JPH02116184A - パルスレーザ電源装置 - Google Patents
パルスレーザ電源装置Info
- Publication number
- JPH02116184A JPH02116184A JP26806388A JP26806388A JPH02116184A JP H02116184 A JPH02116184 A JP H02116184A JP 26806388 A JP26806388 A JP 26806388A JP 26806388 A JP26806388 A JP 26806388A JP H02116184 A JPH02116184 A JP H02116184A
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- JP
- Japan
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- saturable reactor
- capacitor
- stage
- pulse
- power supply
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、大電流・パルスレーザ電源を実現するための
、パルスレーザ電源装置に関するものである。
、パルスレーザ電源装置に関するものである。
（従来の技術）
近年、分子法によるウラン分離装置に使用するＴＥＡ及
びＴ Ｅ Ｍ Ａ ＣＯ２レーザを始め、エキシマレー
ザ、銅蒸気レーザ等、各種レーザの産業への使用が検討
されており、同時にこれらのレーザのための、優れた大
電流・繰返しパルスレーザ電源が要求される様になって
いる。また、同様の電源が加速器のＦａｓｔ Ｐｕ１ｓ
ｅｄ ）ｌａｇｎｅｔｓ用としても求められている。
びＴ Ｅ Ｍ Ａ ＣＯ２レーザを始め、エキシマレー
ザ、銅蒸気レーザ等、各種レーザの産業への使用が検討
されており、同時にこれらのレーザのための、優れた大
電流・繰返しパルスレーザ電源が要求される様になって
いる。また、同様の電源が加速器のＦａｓｔ Ｐｕ１ｓ
ｅｄ ）ｌａｇｎｅｔｓ用としても求められている。
この様な大電流・繰返しパルス電源には、早い電流の立
上り（１００ＫＡ／μ５ｅｃ）、高繰返し性（２００〜
ｌ０ＫＰＰＳ） 、大電流（〜ｌ０ＫＡ） 、高電圧（
〜１５０ＫＶ ） 、低いインピーダンス高リアクタン
ス比を有する可飽和リアクトル（教）１１１２以上で十
分に応答し、しかも飽和時と非飽和時で大きいインダク
タンスの比を有する特性）、非常に狭いパルス幅（１０
０ｎＳｅＣ） 、ジッタ時間（数十ｎ５ｅｃ以下）、長
寿命（１０８〜１１程度以上）等の条件が要求されてい
る。
上り（１００ＫＡ／μ５ｅｃ）、高繰返し性（２００〜
ｌ０ＫＰＰＳ） 、大電流（〜ｌ０ＫＡ） 、高電圧（
〜１５０ＫＶ ） 、低いインピーダンス高リアクタン
ス比を有する可飽和リアクトル（教）１１１２以上で十
分に応答し、しかも飽和時と非飽和時で大きいインダク
タンスの比を有する特性）、非常に狭いパルス幅（１０
０ｎＳｅＣ） 、ジッタ時間（数十ｎ５ｅｃ以下）、長
寿命（１０８〜１１程度以上）等の条件が要求されてい
る。
上記の目的で考え出されたのが第２図に示す電気回路で
ある。第２図の電気回路において、パルス変圧器１１の
低圧側が、繰返しパルス電流を発生するためのスイッチ
回路であり、高圧側は磁気パスル圧縮回路（Ｍａｇｎｅ
ｔｉｃ Ｐｕ１ｓｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ＝ＭＰＣ
回路）と呼ばれる電気回路である。
ある。第２図の電気回路において、パルス変圧器１１の
低圧側が、繰返しパルス電流を発生するためのスイッチ
回路であり、高圧側は磁気パスル圧縮回路（Ｍａｇｎｅ
ｔｉｃ Ｐｕ１ｓｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ＝ＭＰＣ
回路）と呼ばれる電気回路である。
第２図のパルス変圧器１１の低圧側に形成されたスイッ
チ回路において、充電電源１には、充電用リアクトル２
，３．４及び整流器５，６．７を介してコンデンサ８，
９．１０が接続され、パルス変圧器１１の低圧側に３並
列に接続されている。また、スイッチ素子であるサイリ
スタ１２．１３．１４はドライバ１５により点弧される
ようになっている。
チ回路において、充電電源１には、充電用リアクトル２
，３．４及び整流器５，６．７を介してコンデンサ８，
９．１０が接続され、パルス変圧器１１の低圧側に３並
列に接続されている。また、スイッチ素子であるサイリ
スタ１２．１３．１４はドライバ１５により点弧される
ようになっている。
この様なスイッチ回路の動作としては、まず充電電源１
によって、充電用リアクトル２，３．４及び整流器５，
６．７を介して、コンデンサ８゜９．１０を常時一定の
電圧に充電しておく。ここでドライバ１５により、電源
全体として必要とされる周波数になるように、サイリス
タ１２．１３．１４を次々と点弧することよにり、パル
ス変圧器１１の低圧側には必要な繰返し数でパルス電流
が発生する。
によって、充電用リアクトル２，３．４及び整流器５，
６．７を介して、コンデンサ８゜９．１０を常時一定の
電圧に充電しておく。ここでドライバ１５により、電源
全体として必要とされる周波数になるように、サイリス
タ１２．１３．１４を次々と点弧することよにり、パル
ス変圧器１１の低圧側には必要な繰返し数でパルス電流
が発生する。
なお、第２図の例ではサイリスタの数は３個（即ち、パ
ルス変圧器の低圧側に接続する回路は３並列）としであ
るが、これは電源として要求される繰返しのパルス数と
サイリスタの能力に応じて、適当な数を選ぶことになる
。例えば、一般のサイリスタは、数百Ｈｚ、ｌ ｋｌｌ
ｚ程度の繰返し周波数で使用するのが限界である。従っ
て、例えば繰り返し周波数が５ ｋＨｚの場合にはサイ
リスタの並列数は７〜１０以上となる。
ルス変圧器の低圧側に接続する回路は３並列）としであ
るが、これは電源として要求される繰返しのパルス数と
サイリスタの能力に応じて、適当な数を選ぶことになる
。例えば、一般のサイリスタは、数百Ｈｚ、ｌ ｋｌｌ
ｚ程度の繰返し周波数で使用するのが限界である。従っ
て、例えば繰り返し周波数が５ ｋＨｚの場合にはサイ
リスタの並列数は７〜１０以上となる。
なお、第２図では繰返しパルス電流を発生するためのス
イッチ素子としては、特にサイリスタに限定されるもの
ではないが、上記のように厳しい条件に対して、そのス
イッチ素子として機械的スイッチを使用することは寿命
ヤシツタの点で問題があり、結局サイリスタが最も適し
ている。
イッチ素子としては、特にサイリスタに限定されるもの
ではないが、上記のように厳しい条件に対して、そのス
イッチ素子として機械的スイッチを使用することは寿命
ヤシツタの点で問題があり、結局サイリスタが最も適し
ている。
この様なスイッチ回路に使用するスイッチ素子は、一定
のパルス幅でエネルギーを充電電源１からＭＰＣ回路側
に送る役割を果たすものであり、このスイッチ素子とし
てサイラトロン或は半導体が最適と考えられるが、前記
のような高電圧の電源回路ではスイッチの責務か大きく
、それだけ大型のスイッチを使用せざるを得ない。
のパルス幅でエネルギーを充電電源１からＭＰＣ回路側
に送る役割を果たすものであり、このスイッチ素子とし
てサイラトロン或は半導体が最適と考えられるが、前記
のような高電圧の電源回路ではスイッチの責務か大きく
、それだけ大型のスイッチを使用せざるを得ない。
一方、パルス変圧器１１の高圧側のＭＰＣ回路は適当な
値のコンデンサ１Ｂ、 １７．１８と可飽和リアクトル
１９．２０．２１が３段に組み合わせられており、この
各段の回路によって、パルス変圧器１１の低圧側から入
力された電流の時間幅が順次圧縮されるように構成され
ている。この様な構成から、パルス変圧器の低圧側から
入力された電流の時間幅を百分の一程度にすることによ
り、電流の上昇率を前記した１００ｋＡ ／μｓｅｃ以
上とするものである。
値のコンデンサ１Ｂ、 １７．１８と可飽和リアクトル
１９．２０．２１が３段に組み合わせられており、この
各段の回路によって、パルス変圧器１１の低圧側から入
力された電流の時間幅が順次圧縮されるように構成され
ている。この様な構成から、パルス変圧器の低圧側から
入力された電流の時間幅を百分の一程度にすることによ
り、電流の上昇率を前記した１００ｋＡ ／μｓｅｃ以
上とするものである。
この様なパルス変圧器１１の高圧側の動作を詳細に述べ
れば、パルス変圧器１１の高圧側に電圧が発生すると、
この電圧に比例して第一段のコンデンサ１６の極間電圧
が上昇する。この結果、コンデンサ１６の極間電圧に比
例して、第１段の可飽和リアクトル１９には僅かな電流
が流れ出すがこの電流がある値に達すると可飽和リアク
トル１９の鉄心内の磁束数は飽和磁束密度以上にいたり
、可飽和リアクトル１９は飽和状態となり、急激にイン
ダクタンスが低下し、コンデンサ１６に蓄えられたエネ
ルギーは可飽和リアクトル１９を介して第二段のコンデ
ンサ１７に転移する。この場合、各段の可飽和リアクｌ
ヘル１９．２０．２１の非飽和時及び飽和時のインダク
タンスを順次小ざくすることにより、各段をながれる電
流の周波数を順次高周波にすることが出来る。
れば、パルス変圧器１１の高圧側に電圧が発生すると、
この電圧に比例して第一段のコンデンサ１６の極間電圧
が上昇する。この結果、コンデンサ１６の極間電圧に比
例して、第１段の可飽和リアクトル１９には僅かな電流
が流れ出すがこの電流がある値に達すると可飽和リアク
トル１９の鉄心内の磁束数は飽和磁束密度以上にいたり
、可飽和リアクトル１９は飽和状態となり、急激にイン
ダクタンスが低下し、コンデンサ１６に蓄えられたエネ
ルギーは可飽和リアクトル１９を介して第二段のコンデ
ンサ１７に転移する。この場合、各段の可飽和リアクｌ
ヘル１９．２０．２１の非飽和時及び飽和時のインダク
タンスを順次小ざくすることにより、各段をながれる電
流の周波数を順次高周波にすることが出来る。
ところで、第一段のコンデンサ１６と、第一段の可飽和
リアクトル１９と、第二段のコンデンサ１７との関係は
、可飽和リアク１〜ル１９が非飽和のとぎ、このループ
にながれる電流の周波数における第一段のコンデンサ１
６とインピーダンスと、第一段の可飽和リアクｌ〜ル１
９の非飽和時のインピーダンスを適正な値にすることに
より、第一段のコンデンサ１６から第二段のコンデンサ
１７ヘエネルギーが転移する時期を調整することが出来
、可飽和リアクトル１９が飽和のときになかれる電流周
波数における第二段のコンデンサ１７のインピーダンス
より可飽和リアクトル１９の飽和時のインピーダンスを
十分に大きくすることにより、第一段のコンデンサ１６
のほぼ全エネルギーをコンデンサ１７に転移させること
ができる。
リアクトル１９と、第二段のコンデンサ１７との関係は
、可飽和リアク１〜ル１９が非飽和のとぎ、このループ
にながれる電流の周波数における第一段のコンデンサ１
６とインピーダンスと、第一段の可飽和リアクｌ〜ル１
９の非飽和時のインピーダンスを適正な値にすることに
より、第一段のコンデンサ１６から第二段のコンデンサ
１７ヘエネルギーが転移する時期を調整することが出来
、可飽和リアクトル１９が飽和のときになかれる電流周
波数における第二段のコンデンサ１７のインピーダンス
より可飽和リアクトル１９の飽和時のインピーダンスを
十分に大きくすることにより、第一段のコンデンサ１６
のほぼ全エネルギーをコンデンサ１７に転移させること
ができる。
以上のように、インピーダンス関係によりエネルギー転
移の時期を調整し、エネルギー転移の効率を向上するた
めの、具体的なコンデンサと可飽和リアクトルとの組合
せは多数考えられるが、もつとも−殻内なのはコンデン
サの値を一定にしておき、可飽和リアクトルの値を変化
させていく方法である。
移の時期を調整し、エネルギー転移の効率を向上するた
めの、具体的なコンデンサと可飽和リアクトルとの組合
せは多数考えられるが、もつとも−殻内なのはコンデン
サの値を一定にしておき、可飽和リアクトルの値を変化
させていく方法である。
可飽和リアクトルの特性式を示せば、
可飽和リアクトルの
飽和電圧ｏｃ（入力周波数ＸＬｔ線の２乗Ｘ鉄心の飽和
磁束密度×鉄心の断面積） となる。上記のように、エネルギー転移の時期を調整し
、■キルギー転移の効率を向上するために鉄心や巻線の
巻数を変えて、可飽和リアクトルの値を変えることは容
易に出来ず、簡単に操作できるものではない。
磁束密度×鉄心の断面積） となる。上記のように、エネルギー転移の時期を調整し
、■キルギー転移の効率を向上するために鉄心や巻線の
巻数を変えて、可飽和リアクトルの値を変えることは容
易に出来ず、簡単に操作できるものではない。
（発明が解決しようとする課題）
上記のような従来のパルスレーザ電源については、磁気
圧縮回路が動作する電圧値（可飽和リアクトルか飽和電
圧に達したときの値を言う）は可飽和リアクトルの構成
で決まってしまうため、エネルギー転移の効率を向上出
来なかった。また、飽和電圧値は負荷となるレーザ放電
部の構成によって変化していかなければいけないが、可
飽和リアクトルの飽和電圧を変化させるのは容易でなか
ったため、飽和電圧値を変えられなかった。また、同じ
放電部を使用して動作電圧を一定にして入力を調整した
い場合にも同様なことが言えた。
圧縮回路が動作する電圧値（可飽和リアクトルか飽和電
圧に達したときの値を言う）は可飽和リアクトルの構成
で決まってしまうため、エネルギー転移の効率を向上出
来なかった。また、飽和電圧値は負荷となるレーザ放電
部の構成によって変化していかなければいけないが、可
飽和リアクトルの飽和電圧を変化させるのは容易でなか
ったため、飽和電圧値を変えられなかった。また、同じ
放電部を使用して動作電圧を一定にして入力を調整した
い場合にも同様なことが言えた。
そこで、本発明は以上の欠点を除去するために提案され
たもので、その目的は可飽和リアクトルの飽和電圧値を
容易に変化でき、各段のエネルギー転移の効率の向上と
、入力調整が可能なパルスレーザ電源装置を提供すると
ころにある。
たもので、その目的は可飽和リアクトルの飽和電圧値を
容易に変化でき、各段のエネルギー転移の効率の向上と
、入力調整が可能なパルスレーザ電源装置を提供すると
ころにある。
（課題を解決するための手段）
本発明のパルスレーザ電源装置は、充電電源のコンデン
サと磁気圧縮回路の一段目のコンデンサの間に回路周波
数調整用リアクトルを設けると共に、各段の可飽和リア
クトルに直列に回路周波数調整用リアクトルを設けたこ
とにより、磁気圧縮回路入力周波数を調整し、また、可
飽和リアクトルの飽和電圧値を調整するように構成した
もので必る。
サと磁気圧縮回路の一段目のコンデンサの間に回路周波
数調整用リアクトルを設けると共に、各段の可飽和リア
クトルに直列に回路周波数調整用リアクトルを設けたこ
とにより、磁気圧縮回路入力周波数を調整し、また、可
飽和リアクトルの飽和電圧値を調整するように構成した
もので必る。
（作 用）
上のような構成を有する本発明によれば、磁気圧縮回路
の各可飽和リアクトルの飽和電圧値を最適値に調整する
ことが出来、各段のエネルギー転移の効率を向上するこ
とが可能となる。
の各可飽和リアクトルの飽和電圧値を最適値に調整する
ことが出来、各段のエネルギー転移の効率を向上するこ
とが可能となる。
（実施例）
以下本発明の一実施例を第１図に基づいて具体７的に説
明する。なお、第２図に示した従来型と同一の部分は説
明を省略する。
明する。なお、第２図に示した従来型と同一の部分は説
明を省略する。
本実施例においては、第１図の回路図に示したにうに、
パルス変圧器１１と磁気圧縮回路の一段目のコンデンサ
１６との間にタップ付きのりアクドル２３が設けられて
る。充電電源１のコンデンサ８゜９．１０に貯められた
電荷はある周波数でパルス変圧器１１とタップ付きりア
クドル２３を介して磁気圧縮回路の一段目のコンデンサ
１６に充電される。その周波数で磁気圧縮回路の一段目
のコンデンサ１６に電圧が立ち上がり一段目の可飽和リ
アクトル１９の飽和電圧に達したときに、タップ付きり
アクドル２４と可飽和リアクトル１９を介して次の段の
コンデンサ１７に電荷を移動する。同じ様に、タップ付
きりアクドル２５と可飽和リアクトル２０を介して三段
目のコンデンサ１８に電荷を移動する。そして、最後に
可飽和リアクトル２１を介して放電部２２へと電荷を入
力する。
パルス変圧器１１と磁気圧縮回路の一段目のコンデンサ
１６との間にタップ付きのりアクドル２３が設けられて
る。充電電源１のコンデンサ８゜９．１０に貯められた
電荷はある周波数でパルス変圧器１１とタップ付きりア
クドル２３を介して磁気圧縮回路の一段目のコンデンサ
１６に充電される。その周波数で磁気圧縮回路の一段目
のコンデンサ１６に電圧が立ち上がり一段目の可飽和リ
アクトル１９の飽和電圧に達したときに、タップ付きり
アクドル２４と可飽和リアクトル１９を介して次の段の
コンデンサ１７に電荷を移動する。同じ様に、タップ付
きりアクドル２５と可飽和リアクトル２０を介して三段
目のコンデンサ１８に電荷を移動する。そして、最後に
可飽和リアクトル２１を介して放電部２２へと電荷を入
力する。
この様な構成を有する本実施例のパルスレーザ電源装置
においては、第１図に示す可飽和リアク］・ル１９．２
０．２１の飽和電圧が入力電圧の最大値でない場合に、
回路周波数調整リアクトル２３．２４゜２５の値を変化
させることにより、各段に入力する回路周波数の値を変
化させて、可飽和リアクトル１９、２０．２１の飽和電
圧値を調整し入力電圧波形の最大値で飽和電圧に達する
ようにすることが出来る。飽和電圧が入力電圧の最大値
になるため各段のエネルギー転移の効率が向上すること
になる。
においては、第１図に示す可飽和リアク］・ル１９．２
０．２１の飽和電圧が入力電圧の最大値でない場合に、
回路周波数調整リアクトル２３．２４゜２５の値を変化
させることにより、各段に入力する回路周波数の値を変
化させて、可飽和リアクトル１９、２０．２１の飽和電
圧値を調整し入力電圧波形の最大値で飽和電圧に達する
ようにすることが出来る。飽和電圧が入力電圧の最大値
になるため各段のエネルギー転移の効率が向上すること
になる。
この様に、本実施例のパルスレーザ電源装置を用いると
、磁気圧縮回路の各段の可飽和リアクトルについて飽和
電圧値を入力電圧値の最大値に微調整できることで各段
のエネルギー転移の効率を向上することができる。以上
により、磁気圧縮回路の動作を最適状態で行えることが
出来、総合効率のいいパルスレーザ電源装置を得ること
が出来る。
、磁気圧縮回路の各段の可飽和リアクトルについて飽和
電圧値を入力電圧値の最大値に微調整できることで各段
のエネルギー転移の効率を向上することができる。以上
により、磁気圧縮回路の動作を最適状態で行えることが
出来、総合効率のいいパルスレーザ電源装置を得ること
が出来る。
第１図は本発明のパルスレーザ電源装置の１実施例を示
す回路図、第２図は、従来のパルスレーザ電源装置の一
例を示す回路図である。 １・・・充電電源、 ８．９．１０・・・コンデンサ
、１２、１３．１４・・・スイッチ素子（サイリスタ）
、１５・・・ドライバ、 １１・・・パルストランス
、１Ｂ、 １７．１８・・・コンデンサ、１９、２０．
２１・・・可飽和リアクトル、２２・・・レーザ放電部
、 ２３、２４．２５・・・タップ付きりアクドル。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健
す回路図、第２図は、従来のパルスレーザ電源装置の一
例を示す回路図である。 １・・・充電電源、 ８．９．１０・・・コンデンサ
、１２、１３．１４・・・スイッチ素子（サイリスタ）
、１５・・・ドライバ、 １１・・・パルストランス
、１Ｂ、 １７．１８・・・コンデンサ、１９、２０．
２１・・・可飽和リアクトル、２２・・・レーザ放電部
、 ２３、２４．２５・・・タップ付きりアクドル。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健
Claims (1)
- 充電電源に接続されたコンデンサにスイッチ素子を接続
したスイッチ回路と可飽和リアクトルとコンデンサをレ
ーザ放電部に接続してなる磁気パルス圧縮回路とを有す
るパルスレーザ電源装置において、磁気パルス圧縮回路
におけるコンデンサと充電電源に接続されたパルス変圧
器の間にインダクタンスの値を可変できるリアクトルを
接続したことを特徴とするパルスレーザ電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26806388A JPH02116184A (ja) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | パルスレーザ電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26806388A JPH02116184A (ja) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | パルスレーザ電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02116184A true JPH02116184A (ja) | 1990-04-27 |
Family
ID=17453373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26806388A Pending JPH02116184A (ja) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | パルスレーザ電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02116184A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014204460A (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-27 | 住友電気工業株式会社 | 限流・潮流制御装置 |
| US10218170B2 (en) | 2013-04-01 | 2019-02-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Current-limiting device utilizing a superconductor for a current-limiting operation |
-
1988
- 1988-10-26 JP JP26806388A patent/JPH02116184A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014204460A (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-27 | 住友電気工業株式会社 | 限流・潮流制御装置 |
| US9762051B2 (en) | 2013-04-01 | 2017-09-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Current-limiting and power-flow control device |
| US10218170B2 (en) | 2013-04-01 | 2019-02-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Current-limiting device utilizing a superconductor for a current-limiting operation |
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