JPH01201975A - エキシマレーザ発振器 - Google Patents

エキシマレーザ発振器

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JPH01201975A
JPH01201975A JP2569488A JP2569488A JPH01201975A JP H01201975 A JPH01201975 A JP H01201975A JP 2569488 A JP2569488 A JP 2569488A JP 2569488 A JP2569488 A JP 2569488A JP H01201975 A JPH01201975 A JP H01201975A
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JP
Japan
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discharge
discharge space
laser oscillator
ultraviolet light
excimer laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP2569488A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Ikeda
斉 池田
Taira Horijima
掘島 平
Hisao Kyono
京野 久男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0915Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、長寿命でかつ高繰り返し動作のエキシマレー
ザ発振器に関するものである。
〔従来の技術〕
エキシマレーザは、紫外域で効率良く発振し、その短波
長性、高輝度性、短パルス性といった特徴を生かして半
導体プロセス、加工用、医療用を中心に各産業分野で幅
広く利用されつつある。
エキシマレーザの励起方式には、放電励起式、電子ビー
ム励起式、X線励起式、マイクロ波励起式等のものがあ
る。なかでも装鐙の構成が簡単で小型化が容易なことか
ら、実用的には放電励起式が多用されている。放電励起
型エキシマレーザは、いかにして電極間で均一なグロー
放電を得るかが一つの課題である。そのために、主放電
に先がけて電極間の空隙をあらかじめ電離することが必
要であり、自動予備電離もしくはX線予備電離といった
方策がとられている。
従来の自動予備電離放電励起型エキシマレーザの構成が
第4図に示されている。同図に示す装置はレーザ発振器
1と発振電源回路2からなる。
レーザ発振器1の外殻は円筒型の密封容器3で、発振器
出力から定まる長さを図示の紙面垂直方向に有している
。密封容器3の内部には発振媒質のレーザガスとして、
例えばArFエキシマレーザの場合にはAr、F2 、
He等が封入されている。密封容器3の中央部にはアノ
ード11とカソード12からなる主放電電極が対向して
配置され、その間には放電空間16が形成される。アノ
ード11およびカソード12は夫々円筒に沿って長い一
体物である。放電空間16に対応する位置の円筒両端部
には、全反射鏡および出力鏡からなるレーザミラー(不
図示)が配置されている。
アノードllおよびカソード12には、充電用コンデン
サ13を介して予備電離電極14が接続されている。予
備電離電極14の個々は針状でかつ適当なギャップを有
している。充電用コンデンサ13は主放電電極に複数接
続され、充電用コンデンサ13の各々1個に対して1〜
3組ずつの予備電離電極14が接続される。
レーザ発振器1はA点とB点で発振電源回路2に接続さ
れている。発振電源回路2は以下のように動作する。高
圧電源4により充電抵抗5を通して主コンデンサ7に電
荷が蓄えられる。主コンデンサ7の電位は充電抵抗5と
の時定数に従って上昇する。一定電位に上昇した時点で
、例えばスパークキャンプまたはサイラトロン等からな
るスイッチ6を閉じると主コンデンサ7からスイッチ6
、インダクタンス8を通じて放電電流が流れる。その結
果A点の電位は、B点を基準にして負方向に増大する。
A点の電位が負方向に増大するに伴い、予備電離電極1
4のキャップで放電が発生する。その結果、主コンデン
サ7の電荷が充電用コンデンサ13に移行し、電荷の移
行に伴い主電極のアノード11及びカソード12間の電
位差が上昇する。
この電位差か主電極間の距離及びレーザガスの種類と封
入圧力から定まる放電開始電圧に達すると主放電が生じ
る。一方、予備電離電極14のキャンプでの前記放電に
伴って紫外線15が発生する。その紫外線15が放電空
間16にあるレーザガスを電離させ、この予備電離状態
が一定時間保たれる。そのため、放電空間16に起きる
主放電はグロー放電となリレーザ発振の効率をあげる働
きをする。
この予備電離動作が充分でないと主放電は針状のアーク
放電になってしまう。アーク放電をすると封入されてい
るレーザガスが劣化し、またアノード11及びカソード
12が損耗してしまう。
その結果、レーザ発振器が短寿命となってしまう。すな
わち自動予備電離放電励起型エキシマレーザにとって、
前記予備電離が高効率化、長寿命化の上で極めて重要で
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記のように充電用コンデンサ13の各々1個に対して
1〜3組ずつの予備電離電極14が接続されている。充
電用コンデンサ13の1個に対してなるべく多くの組数
の予備電離電極14が接続され、かつ予備電離電極14
を主電極であるアノード11及びカソード12になるべ
く近づければ、予備電離電極14のキャップ間放電によ
って生じる紫外線が効率良く放電空間16を照射し、予
備電離の効率は高くなる。しかし充電用コンデンサ13
として使用される高耐圧コンデンサには、その耐圧から
定まる一定限度の大きさがあり、接続できる予備電離電
極14の組数には限界があるため広い範囲を均一に電離
するには構成上からくる一定の制限があった。さらにこ
の方式においては予備電離電極が針状であること、構成
が複雑であること等から、回路のインダクタンスしゃ抵
抗Rが他の方式に比較して大きくなってしまう。そのた
め電荷の急速な充、放電がしにくいので、高繰り返し動
作に対する大きな問題点となっていた。また予備電離そ
のもの\本質はアーク放電であり、レーザガスが劣化す
ること、予備電離゛電極が経時的に摩耗することおよび
それに伴いダストが発生することなどは避けられないこ
とである。これらの欠点がレーザ発振器を短寿命にする
原因になっていた。
=一方、X線予備電離方式は、レーザ発振器の側面にX
線が透過できる窓部を設け、そこにX線管を密着し、放
電に先がけX線管を動作させて予備電離を行うものであ
る。この方式は前述の自動予備電離方式の欠点を取り除
くことができ、大出力のものに対して適用している例が
ある。
しかしレーザ発振器の内部は、一般に、散気圧のレーザ
ガスが封入されているのに対して、X線管内は真空であ
る。そのためレーザ発振器とX線管を結合する窓部は、
その圧力差に酎える必要がある。これに対しX線透過の
ためには窓部はできるだけ薄いことが要求されるという
相反する命題がある。そのため窓部の材料選択や構造面
で特殊な対策が必要である。またX線管そのもの〜容積
が大きいため発振器が全体として大型になってしまうこ
とやX線管の駆動には高電圧が必要なだめその駆動電源
か大きくなってしまうということがあった。そのため装
置全体が大きくかつ高価になるといった欠点を有してい
た。
本発明は、これらの各種放電励起型エキシマレーザ発振
器の欠点を解消し、小型で長寿命かつ高繰り返し動作が
可能なエキシマレーザ発振器を提供することを目的とす
るものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するための本発明のエキシマレーザ発振
器を実施例に対応する第1図により説明する。同図に示
すように、発振器10は発振媒質ガスが封入された密封
容器3内に対になった放電電極11.12および放電電
極11.12の終端部近傍にレーザミラー(図示せず)
を有している。放電電極11.12とそのレーザミラー
とにより囲まれて放電空間16が形成される。この放電
空間を照射可能な位置に紫外線発光ランプ21が配置さ
れている。
〔作用〕
紫外線発光ランプ21は連続もしくは主放電に先立って
パルス的に点灯するようにする。紫外線発光ランプ21
から発生した紫外線15の一部は放電空間16を照射し
、そこに存在するレーザガスを均一に電離するから、放
電空間16に起きる主放電は均一なグロー放電となる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図は本発明のエキシマレーザ発振器10の実施例を
示す横断面図である。密封容器3、および密封容器3内
に配置されたアノード11、カソード12、放電空間1
6の部分の構成は、第4図に示した発振器1の部分と同
一である。勿論、不図示の全反射鏡および出力鏡からな
るレーザミラーも配設され、密封容器3内にはレーザガ
スが充填されている。
しかし発振器10は、第4図の発振器lとは異なり、密
封容器3内に棒状に長い紫外線発光ランプ21をアノー
ド11およびカソード12の側部に平行に配置しである
。また充電用コンデンサ13は密封容器3の外部に配置
しである。紫外線発光ランプ21は、図示していない貫
通端子により密封容器3の外°部に通じ、ランプ駆動電
源22(第2図参照)に接続されている。
第2図は上記エキシマレーザ発振器10に用いられる紫
外線発光ランプ21の横断面図である。
ランプの放電管筒25の材料として肉厚の石英管(直径
15φmm、肉厚3mm)を用い、その外表面にフッ化
マグネシウムOIgF2)の薄膜からなるコーティング
被覆28を設けである。放電管筒25内の両端には、夫
々電極26および27が配置されて密封されている。そ
の電極26および27はランプ駆動電源22に接続され
ている。また放電管筒25内には低圧水銀が充填されて
いる。
なお発振電源回路2は、従来の回路と同一のものが使用
される。
以下に上記実施例のエキシマレーザ発振器10の動作を
説明する。
紫外線発光ランプ21は連続的な点灯あるいは放電直前
ごとのパルス放電のいずれでも良いが、ここでは後者の
例について説明する。紫外線発光ランプ21は適当なタ
イミングでもって充電用コンデンサ13の充電に先がけ
てランプ駆動電源22により点灯する。これにより紫外
線15が放′屯空間16を照射し、そこにあるレーザガ
スが電離する。
発振電源回路2では、高圧電源4により充電抵抗5を通
して主コンデンサ7に電荷が蓄えられると、その時定数
に従って上昇しスイッチ6が閉じてインダクタンス8を
通じ放電電流が流れる。その結果、主コンデンサ7の電
荷が充電用コンデンサ13に移行し、アノード11及び
カン−112間の電位差が上昇して放電空間16に放電
が生しる。一方、前記のように紫外線15の照射により
放電空間16にあるレーザガスが電離しているため放電
はグロー放電となる。
紫外線発光ランプ21は棒状に長いため、従来の予備電
離電極方式が紫外線の点光源であったのに対して、面光
源とみることができ、放電空間16を均一に照射できる
。そこに生ずる放電も均一なグロー放電となるため、レ
ーザガスの劣化等が生じない。本例では特に充電コンデ
ンサ13が容器3の外に配置されているため、コンデン
サ被覆材料とレーザガスとが反応してコンデンサおよび
レーザガスが劣化してしまうことがない。紫外線発光ラ
ンプ21からの紫外線照射エリヤが広いのでアノード及
びカソード電極11及び12の距離を広くとることが可
能で、X線予備電離と類似した大面積ビームを得ること
が可能となる。
また従来用いられていた細い線または棒状の予備電離電
極を使用しないので、充電コンデンサ13をアノード1
1およびカソード12に結合するにあたり十分低いイン
ダクタンスおよび抵抗値をもつ接続片を使用出来る。そ
のため充電コンデンサ13、カソード12、放電空間1
6.7ノード11により構成される放電回路のインピー
ダンスを低下させることが可能となリレーザ発振器の高
繰り返し動作が可能となる。
上記実施例に使用した紫外線発光ランプ21は、外表面
にMgF2薄膜のコーティング被覆28があるため、紫
外線透過率が向上する。同時に、雀封容器3内に封入さ
れているレーザガスが電離して紫外線発光ランプ21の
外表面を浸蝕することに対する耐性が向上する。
第3図は本発明のエキシマレーザ発振器の別な実施例を
示す横断面図である。紫外線発光ランプ21の外側部に
は紫外線反射鏡18が夫々配置されている。紫外線反射
鏡18の反射面は平面または凹面が使用できるが、図示
例では反射効率を上げるため凹曲面の例が示しである。
凹曲面の形状は反射光が効率良く、均一に放電空間に集
束するように断面を、例えば円面または放物面、楕円面
にし、その中心または焦点近傍に紫外線発光ランプ21
を配置する。紫外線反射鏡の材質としては、例えば研磨
したニッケル板を使用する。このようにしてあればレー
ザガスが電離して活性であるが、十分な耐久性が得られ
る。研磨した金属板の上に金メツキを施したものは耐久
性の上でさらに好ましい。
上記の実施例では紫外線発光ランプ21は、発光効率の
良い低圧水銀ランプを採用したが、これ以外に、例えば
高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、希ガスハライドラ
ンプ、キセノンランプを使用できる。
また紫外線発光ランプ21の外表面の薄膜のコーティン
グ被覆28は、ハロゲンン化アルカリ土類金属の@膜か
らなるもので、前例のMgF2以外にCaF2や他のフ
ッ化物、あるいはレーザガスの種類によって他のハロゲ
ン化物でも良い。さらにコーティング被覆28は、紫外
光透過率が最大となる無反射コーティングが透過率の点
で望ましく、なかでも多層コーティングが優れている。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明のエキシマレーザ発振器は
、従来の自動予備電離励起型エキシマレーザと同程度の
大きさでありながら数々の利点がある。先ず紫外線発光
ランプの優れた働きにより、均一な予備電離を実現でき
る。従来の予備電離電極方式では必然的に発生するアー
ク放電に伴うレーザカスの劣化等が生じない。また予備
電離電極がないため、その放電によるレーザガスの劣化
かない。これらはいずれも発振器の長寿命化に寄与する
。従来の予備電離電極方式にあった回路のインダクタン
スおよび抵抗が増大、予備電離電極の損耗、粉ジンの発
生といった諸問題を解消できる。
そのため本発明のエキシマレーザ発振器は、小型で長寿
命、大面積ビーム、高繰り返し動作といった優れた特性
を実現出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用するエキシマレーザ発振器と発振
電源回路の実施例を示す横断面図、第2図は紫外線発光
ランプ横断面図、第3図はエキシマレーザ発振器の別な
実施例を示す横断面図、第4図は従来のエキシマレーザ
発振器と発振電源回路を示す図である。 1・10   レーザ発振器 2   発振電源回路 3   密封容器4   冒圧
電源   5   充電抵抗6   スイッチ   7
   主コンデンサ8   インダクタンス 11   アノード  12   カソード13   
充電コンデンサ 14   予備電離電極 15   紫外線   16   放電空間18   
紫外線反射鏡 21   紫外線発光ランプ 22   ランプ駆動電源 25   管筒26−27
    電極 28   コーティング被覆 特許出願人  日本無線株式会社

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 1. 密封容器内に対になった放電電極および該放電電
    極の終端部近傍にレーザミラーを有し、該放電電極と該
    レーザミラーとにより囲まれて放電空間が形成され、該
    密封容器内に発振媒質ガスを封入したエキシマレーザ発
    振器において、前記放電空間を照射可能な位置に紫外線
    発光ランプが配置されていることを特徴とするエキシマ
    レーザ発振器。
  2. 2. 請求項第1項記載の前記紫外線発光ランプの表面
    がハロゲン化アルカリ土類金属の薄膜で被覆されている
    ことを特徴とするエキシマレーザ発振器。
  3. 3. 請求項第1項および第2項記載の前記紫外線発光
    ランプが前記放電空間に向う後背部に紫外線反射鏡が配
    置されていることを特徴とするエキシマレーザ発振器。
  4. 4. 請求項第3項記載の前記紫外線反射鏡が凹面鏡で
    、前記紫外線発光ランプが該凹面鏡の焦点近傍にあるこ
    とを特徴とするエキシマレーザ発振器。
JP2569488A 1988-02-08 1988-02-08 エキシマレーザ発振器 Pending JPH01201975A (ja)

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JP2569488A JPH01201975A (ja) 1988-02-08 1988-02-08 エキシマレーザ発振器

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JP (1) JPH01201975A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434880A (en) * 1992-07-11 1995-07-18 Lumonics Ltd. Laser system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5434880A (en) * 1992-07-11 1995-07-18 Lumonics Ltd. Laser system

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