JPH02130977A

JPH02130977A - パルスレーザ発振装置

Info

Publication number: JPH02130977A
Application number: JP28384988A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yasuoka; 康一安岡; Toru Tamagawa; 徹玉川; Hiroshi Miura; 宏三浦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-11
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1990-05-18

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、パルスレーザ発振装置に係り、特に。

その放電部および電源構成に関するものである。

（従来の技術）放電励起方式のガスレーザでは、レーザガス中で空間的
に均一なグロー放電を発生させてレーザ発振を得ている
が、横方向励起パルスＣＯ□レーザやエキシマレーザを
始めとするパルスレーザ−発振装置では、レーザガス圧
力が大気圧以上であり、さらに電子付着性の強いガス成
分を含んでいるため、上記グロー放電を均一に点弧する
ことは難しい、このため、グロー放電点弧に先立って予
備電離を行うとともに、高速のパルス電圧を放電部に印
加して、グロー放電を形成するのが普通である。

第５図は、従来のパルスレーザ発振装置の放電部構造と
励起電源回路を示す一例である。（例えば、レーザ研究
、第１３巻、第１０号、ｐ８１４（１９８０）などに示
された方式）一対の主電極１，２が対向して配設され、
主電極１，２で囲む空間内にレーザガスが充填されてい
る。主電極２は接地されている。

主電極１には予備電離電極３ａが接続され、電気的に同
電位になっている。予備電離電極３ａと予備電離電極３
ｂはギャップ４を介して対向し、レーザガス中に配設さ
れている。予備電離電極３ｂは主電極１と絶縁されてレ
ーザガス中から引き出され、コンデンサＣａ５に接続さ
れている。充電用インダクタンス６の一端は予備電離電
極３ｂとコンデンサ０゜５に共通接続され、他端は接地
されている。

コンデンサＣ，５はスイッチ７を介して接地されるとと
もに、充電抵抗８を介して高圧電源ＨＶ９に接続されて
いる。主電極１，２間にはコンデンサＣｂｌＯが接続さ
れている。以上のコンデンサ及びインダクタンス類は１
もしくは複数個が並列接続されて構成されている。また
、紙面垂直方向には図示していない光共振器が配設され
ている。

以上の様に構成された従来のパルスレーザ発振装置の動
作を説明する。初期状態ではスイッチ７は開いており、
高圧電源ＨＶ９−充電抵抗８−コンデンサＣａ５−充電
用インダクタンス６−接地の経路でコンデンサＣａ５は
充電されている。コンデンサＣｂ１０は充電されていな
いので、主電極１は接地電位になっている。スイッチ７
が閉じられると、コンデンサＣ，５のスイッチ７側の電
位は接地電位となるので、コンデンサＣａ５の予備電離
電極３ｂ側の電位はコンデンサＣ，５に充電された極性
と逆の極性で予備電離電極３ｂに加わる。予備電離電極
３ａは接地電位なので、ギャップ４間には高電圧が加わ
り、ギャップ４でスパーク放電が発生する。このスパー
ク放電により発生する紫外線で主電極１゜２間のレーザ
ガスが予備電離される。コンデンサＣａ５に蓄えられた
電荷は、スイッチ７−コンデンサＣａ５−予備電離電極
３ｂ−ギャップ４−子備電離電極３ａ−主電極１−コン
デンサＣｂｌＯの経路で流れコンデンサＣｂｌＯが充電
されていく。コンデンサＣｂ１０の電圧が上昇して主電
極１，２間に加わる電圧がレーザガスの放電破壊電圧以
上に達すると、主電極１，２間にグロー放電１１が形成
され、レーザガスが励起されて図示していない光共振器
の作用でレーザ光が紙面垂直方向に出射される。

（発明が解決しようとする課題）このような、従来のパルスレーザ発振装置においては、
コンデンサＣａ５の充電電圧を数１０ｋＶ以上とし、ま
た、コンデンサＣｂｌＯを充電する速度を高めてギャッ
プ４で形成される予備電離放電の発生時間とグロー放電
１１が形成される時間間隔を短くすることが必要である
。このため、スイッチ７を流れる電流の最大値及び時間
変化率は非常に大きく、使用可能なスイッチの種類が限
定されるだけでなく、スイッチ７の寿命も短くなり、さ
らに。

スイッチ７の特性で決まる許容電流最大値および許容電
流変化率以上には充電電圧をあげることができなかった
。このように、利用できるスイッチの動作範囲及び種類
が限定されるため、繰り返し運転や、長寿命運転といっ
た。産業応用上必要な運転動作を実現することは困難で
あった。

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、スイッチの動作責務を大幅に低
減し、レーザの動作領域が広く、かつ長寿命のパルスレ
ーザ発振装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明のパルスレーザ装置は、一対の対向する主電極間
に第１のコンデンサと第２のコンデンサを直列に接続し
て、これらのコンデンサの接続点を接地し、第２のコン
デンサを整流器を介して高圧電源と接続し、第１のコン
デンサをギャップとコンデンサを介して前記高圧電源と
接続し、ギャップと前記コンデンサとの接続点を充電用
インダクタンスにより接地したものである。

（作　　用）上記のような構成の本発明によれば、グロー放電に供給
する全電気エネルギーの一定の部分を直流充電した第２
のコンデンサから供給し、残りのエネルギーを容量移行
方式でコンデンサからパルス充電した第１のコンデンサ
から供給することができる。また、整流器の作用により
コンデンサと第２のコンデンサを共通の高圧電源で充電
することができる。

（実　施　例）以下本発明の一実施例を第１図に基ずいて具体的に説明
する。

第１図に放電部と励起電源回路を示す。主電極１．２お
よび予備電離電極３ａ、　３ｂの構成は従来例と同一で
ある。予備電離電極３ｂは主電極１と絶縁されてレーザ
ガス中から引き出され、コンデンサＣａ５に接続されて
いる。主電極１は高抵抗１２で接地されている。充電、
用インダクタンス６の一端は予備電離電極３ｂとコンデ
ンサＣａ５に共通接続され。

他端は接地されている。コンデンサＣａ５はスイッチ７
を介して接地されるとともに、充電抵抗８を介して高圧
電源ＨＶ９に接続されている。主電極１゜２間にはコン
デンサＣ，１３とコンデンサＣｄ１４が直列に接続され
１両コンデンサの接続点は接地されている。主電極２は
充電抵抗Ｉ５と整流器１６を介して高圧電源１（Ｖ９に
接続されるとともに、高抵抗１２を介して接地されてい
る。高圧電源ＨＶ９の電圧極性は、この実施例では正極
性であるが、負極性でもよく、負極性の場合は整流器１
６の接続方向を逆転すれば良い。以上のコンデンサ、抵
抗及びインダクタンス類は１個もしくは複数個が並列接
続されて構成されている。また、紙面垂直方向には図示
していない光共振器が配設されている。

以上の様に構成されたパルスレーザ発振装置の作用を説
明する。

初期状態ではスイッチ７は開いており、高圧電源）ＩＶ
９−充電抵抗８−コンデンサｃａ５−接地の経路でコン
デンサＣａ５は充電されている。また、コンデンサＣｂ
１４は高圧電源ＨＶ９−！１流器１６−充電抵抗１５−
コンデンサＣｂ１４−接地の経路で充電されている。コ
ンデンサＣｐ１３は充電されていないので、主電極１は
接地電位になっている。スイッチ７が閉じられると、コ
ンデンサｃａ５のスイッチ７側の電位は接地電位となる
ので、予備電離電極３ｂにはコンデンサＣ，５に充電さ
れた電圧と逆極性の電圧が加わる。このとき、子離電離
電極３ａは接地電位なので、ギャップ４間には高電圧が
加わり、ギャップ４でスパーク放電が発生する。このス
パーク放電により発生する紫外線で主電極１，２間のレ
ーザガスが予備電離される。コンデンサｃａ５に蓄えら
れた電荷は、スイッチ７−コンデンサＣａ５−予備型ｍ
電極３ｂ−ギャップ４−子備電離電極３ａ　−主電極１
−コンデンサＣ，１３の経路で流れコンデンサＣ，１３
が充電されていく、コンデンサＣＰ１３の電圧が上昇し
て、コンデンサＣｐ１３とコンデンサＣｄ１４の電圧の
和が主電極１，２間の放電破壊電圧以上に達すると、主
電極１，２間にグロー放電１１が形成され、レーザガス
が励起されて図示していない光共振器の作用でレーザ光
が紙面垂直方向に出射される。スイッチ７が閉じた時点
では、高圧電源ＨＶ９の電位は一瞬低下し、電源の応答
時間で再び上昇していくが、一般に電源の応答時間はス
イッチ７が閉じてからグロー放電１１が点弧するまでの
時間に比較して長いため、この間整流器１６の高圧電源
ＨＶＱ側電位は接地電位に近くなっている。Ｉｌ流器１
６はこの間にコンデンサＣｂ１４に蓄えられた電荷が減
少することを防ぐ機能を持つ。整流器１６がないとレー
ザ出力は低下する。ただし、電源の応答時間がスイッチ
７が閉じてからグロー放電１１が点弧するまでの時間と
同等以下の場合は、整流器１６をインダクタンス又は抵
抗で置き換えることができる。主電極１および主電極２
につけた高抵抗１２は主電極１および主電極２の電位を
安定化する作用をもつ。

以下に、従来例と比較して、本発明の実施例におけるス
イッチ７のスイッチングエネルギーについて詳しく述べ
る。従来例との比較が容易なように、コンデンサＣＰ１
０の容量値とコンデンサＣＰ１３とコンデンサＣｄ１４
の直列容量値が等しく、また主電極１，２間の放電破壊
電圧ニジｄがコンデンサＣＰ１３の電圧；ｖＰとコンデ
ンサＣｄ１４の電圧：ｖｄの合計値（ｗＶｄ十Ｖｐ）と
等しい場合について計算すると、スイッチングエネルギ
ーは０式のようになる。

ニーで、従来方式のスイッチングエネルギーをＥｂ＝１
／２・ＣｂＶｂ”、本方式のスイッチングエネルギーを
ＥＰ＝１／２・ＣＰｖＰ″トシた。コンデンサＣ，１３
とコンデンサＣｄ１４の容量値が等しい場合は。

Ｅｐ＝　１　／　２ＥＰとなりスイッチングエネルギー
は従来の５０％に低下する。また、このときの、電圧値
ｖＰは従来方式の電圧ｖｂの１／２となり、動作電圧で
も１／２になる。このようにスイッチ７の動作責務は大
幅に軽減される０以上はｃ、　＝　ｃｄの場合の動作で
あるが、これ以外の動作条件としてＣｐ　＞　Ｃｄある
いはＣＰ＜ｃｄとし動作電圧、動作エネルギーを変化さ
せることも可能であり１水力式は従来方式に比較して回
路構成の自由度が大きい。

以上の実施例は紫外線予備電離方式のパルスレーザに適
用した例であるが、紫外線予備電離方式以外の、Ｘ線予
備電離方式、コロナ予備電離方式等のパルスレーザに適
用可能なことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

上記のような構成の本発明によれば、グロー放電に供給
する全電気工ネルバーの一定の部分を直流充電したコン
デンサから供給し、残りのエネルギーをパルス充電した
コンデンサから供給することができるので、スイッチン
グするエネルギーを大幅に低減でき、スイッチの寿命を
大幅に長くすることができる。また、コンデンサ容量お
よびパルス充電電圧を自由に組み合わせることができる
ので、スイッチング電流の波高値や変化率も自由に選択
でき、使用可能なスイッチ素子が大幅に広がり、これま
で使用できなかったスイッチ素子の使用も可能になる。

さらに、直流充電するコンデンサの充電経路に整流器を
挿入し、容量移行型のパルス充電をすることにより、共
通の充電電源を用いて、直流充電とパルス充電の両方を
行うことが出来るため、構造が簡単で、回路構成の自由
度が高く、長寿命のレーザ発振装置を提供することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパルスレーザ発振装置の一実施例を示
す回路図、第２図は従来のパルスレーザ発振装置を示す
回路図である。１・・・主電極、　　　　　　２・・・主電極、３・・
・スパーク放電ビン、４・・・ギャップ。５・・・コンデンサＣａ。６・・・充電用インダクタンス７・・・スイッチ、　　　　８・・・充電抵抗、９・・
・高圧電源ＨＶ、１０・・・コンデンサＣｂ−１１・・
・グロー放電、　　　１２・・・高抵抗、１３・・・コ
ンデンサｃ、、１４・・・コンデンサｃｄ、１５・・・
充電抵抗、　　　　１６・・・整流器。？第２図第１図

Claims

【特許請求の範囲】

　一対の対向する主電極間にコンデンサを接続したパル
スレーザ発振装置に於て、前記コンデンサを直列に２分
割接続して、前記分割点を接地電位とし、前記２分割の
コンデンサの一方を整流器を介して直流電源と接続し、
他方のコンデンサをギャップと他のコンデンサを介して
前記直流電源と接続し、前記ギャップと前記他のコンデ
ンサとの接続点をインダクタンスにより接地したことを
特徴とするパルスレーザ発振装置。