JPH0318073A - 金属蒸気レーザ装置 - Google Patents
金属蒸気レーザ装置Info
- Publication number
- JPH0318073A JPH0318073A JP15193089A JP15193089A JPH0318073A JP H0318073 A JPH0318073 A JP H0318073A JP 15193089 A JP15193089 A JP 15193089A JP 15193089 A JP15193089 A JP 15193089A JP H0318073 A JPH0318073 A JP H0318073A
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- Japan
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- pulse
- generating circuit
- discharge
- switch means
- discharge tube
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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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/031—Metal vapour lasers, e.g. metal vapour generation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (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
[産業上の利用分野]
この発明はガス放電によって金属を加熱、気化させてレ
ーザ出力を得る放電管を備えた金属蒸気レーザ装置に関
するものである。 [従来の技術] 第4図は、例えばコツパー バボウア レーザス カム
オフ゛エージイ(COPPER VAPORLAS
ERS COME OF AGE)レーザ フォ
ーカス ジュライ 1 9 8 2 (LASERFO
CUS, JULY, 1982)に記載された、従来
の銅蒸気レーザ装置の駆動C原としてのパルス発生回路
を示す図であり、第4図において1は高圧電諒、2は充
電用リアクトル、3は充電用ダイオード、4は充放電を
行うコンデンサ、5は充電用抵抗、6はサイラトロンス
イッチ、7は放電管(レーザTUBE)である。 次に動作について説明する。高圧電源1から発生される
高圧電圧(数KV〜数十KV)は、リアクトル2、ダイ
オード3、充電用抵抗5を介してコンデンサ4に充電さ
れる。 この充電状態において、サイラトロンスイッチ6が導通
すると、主コンデンサ4に蓄えられていた電圧は、サイ
ライトロンスイッチ6を通り放電管7に印加され、放電
管7の中にガス放電を形成する.その際、放電管7のイ
ンピーダンスは充電用抵抗5の抵抗値より大幅に小さく
なるために、サイラトロンスイッチ6に流れる電流は主
として放電管7に流れる。 この放電の熱エネルギによって、放電管7内の温度は1
500℃程度の高温に上昇し、予じめ収納してある金
属例えば銅粒子を蒸気にすると共に放電管内に銅蒸気を
充満させる。 放電管7内に形成されたガス放電によって放電プラズマ
の電子を加速し、この電子は放電管7内に充満された銅
原子に衝突すると共に銅原子の原子レベルを第一共鳴準
位である上準位に励起し、準安定準位である下準位へ励
起される数は少ないため、反転分布が形成される。上準
位にある銅原子はレーザ発振を伴って下準位に落ち、さ
らに下準位から基底準位にゆっくりと緩和する。以上の
動作を数KHzで繰り返す。 下準位から基底準位への緩和は放電管7の口径が小さい
場合は、放電管7の壁と励起原子との衝突で行われ、放
電管7の口径が大きい場合は、下準位原子と低速電子と
の超弾性衝突にて行われ、その寿命は数百μsecと長
い。 〔発明が解決しようとする課題〕 従来の銅蒸気レーザ装置は以上のように構成されている
ので、下準位から基底準位に緩和する時間が数百μSe
Cと非常に長く、緩和が終了するのを待って次のパルス
を印加するとパルス繰り返し数が小さくなり、またパル
ス繰り返し数を高くするとパルス印加時の下準位の数が
多くなるため反転分布が不完全となり銅蒸気レーザの効
率が低下するという問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、各パルスの間で下準位から基底準位への緩和
を促進させ、次のパルスでの反転分布をより安全なもの
とすることで、パルス繰り返し数が高い場合でも、効率
が高い金属蒸気レーザ装置を得ることを目的とする。 〔課題を解決するための手段】 この発明に係る金属蒸気レーザ装置は、充放電コンデン
サと多数の固体スイッチング素子を直並列接続して構成
したスイッチ手段からなり、前記放電管にガス放電を発
生させる第1のパルス電圧を供給する第1のパルス発生
回路および該第1のパルス電圧より所定時間遅れて該放
電管に第2のパルス電圧を供給する第2のパルス発生回
路と、前記第1.第2のパ゛ルス発生回路の充放電コン
デンサにそれぞれ干渉防止リアクトルを介して給電する
別個独立に設けられた複数の高圧電源とを具備したもの
である。
ーザ出力を得る放電管を備えた金属蒸気レーザ装置に関
するものである。 [従来の技術] 第4図は、例えばコツパー バボウア レーザス カム
オフ゛エージイ(COPPER VAPORLAS
ERS COME OF AGE)レーザ フォ
ーカス ジュライ 1 9 8 2 (LASERFO
CUS, JULY, 1982)に記載された、従来
の銅蒸気レーザ装置の駆動C原としてのパルス発生回路
を示す図であり、第4図において1は高圧電諒、2は充
電用リアクトル、3は充電用ダイオード、4は充放電を
行うコンデンサ、5は充電用抵抗、6はサイラトロンス
イッチ、7は放電管(レーザTUBE)である。 次に動作について説明する。高圧電源1から発生される
高圧電圧(数KV〜数十KV)は、リアクトル2、ダイ
オード3、充電用抵抗5を介してコンデンサ4に充電さ
れる。 この充電状態において、サイラトロンスイッチ6が導通
すると、主コンデンサ4に蓄えられていた電圧は、サイ
ライトロンスイッチ6を通り放電管7に印加され、放電
管7の中にガス放電を形成する.その際、放電管7のイ
ンピーダンスは充電用抵抗5の抵抗値より大幅に小さく
なるために、サイラトロンスイッチ6に流れる電流は主
として放電管7に流れる。 この放電の熱エネルギによって、放電管7内の温度は1
500℃程度の高温に上昇し、予じめ収納してある金
属例えば銅粒子を蒸気にすると共に放電管内に銅蒸気を
充満させる。 放電管7内に形成されたガス放電によって放電プラズマ
の電子を加速し、この電子は放電管7内に充満された銅
原子に衝突すると共に銅原子の原子レベルを第一共鳴準
位である上準位に励起し、準安定準位である下準位へ励
起される数は少ないため、反転分布が形成される。上準
位にある銅原子はレーザ発振を伴って下準位に落ち、さ
らに下準位から基底準位にゆっくりと緩和する。以上の
動作を数KHzで繰り返す。 下準位から基底準位への緩和は放電管7の口径が小さい
場合は、放電管7の壁と励起原子との衝突で行われ、放
電管7の口径が大きい場合は、下準位原子と低速電子と
の超弾性衝突にて行われ、その寿命は数百μsecと長
い。 〔発明が解決しようとする課題〕 従来の銅蒸気レーザ装置は以上のように構成されている
ので、下準位から基底準位に緩和する時間が数百μSe
Cと非常に長く、緩和が終了するのを待って次のパルス
を印加するとパルス繰り返し数が小さくなり、またパル
ス繰り返し数を高くするとパルス印加時の下準位の数が
多くなるため反転分布が不完全となり銅蒸気レーザの効
率が低下するという問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、各パルスの間で下準位から基底準位への緩和
を促進させ、次のパルスでの反転分布をより安全なもの
とすることで、パルス繰り返し数が高い場合でも、効率
が高い金属蒸気レーザ装置を得ることを目的とする。 〔課題を解決するための手段】 この発明に係る金属蒸気レーザ装置は、充放電コンデン
サと多数の固体スイッチング素子を直並列接続して構成
したスイッチ手段からなり、前記放電管にガス放電を発
生させる第1のパルス電圧を供給する第1のパルス発生
回路および該第1のパルス電圧より所定時間遅れて該放
電管に第2のパルス電圧を供給する第2のパルス発生回
路と、前記第1.第2のパ゛ルス発生回路の充放電コン
デンサにそれぞれ干渉防止リアクトルを介して給電する
別個独立に設けられた複数の高圧電源とを具備したもの
である。
【イ乍用]
この発明においては、第1のパルス発生回路から供給さ
れる第1のパルス電圧間に第2のパルス発生回路から発
生される第2のパルス電圧を印加し、下準位原子と低速
電子との超弾性衝突を強性的に生じさせ、その結果、下
準位原子の緩和が促進され、第1のパルス発生回路から
第1のパルス電圧が印加される場合に反転分布がより完
全なものとなり、高い繰り返しにおいてもレーザ効率の
低下を防止する。 また、第1のパルス発生回路および第2のパルス発生回
路を多数の固体スイッチング素子を直並列接続して構成
したスイッチ手段を用いているので、応答速度が速く、
従来のサイライトロンスイッチに存在したアノードデレ
イタイムのような使用条件でスイッチング時間が変わる
ことがなく、信頼性が高く、長寿命化が図られる。 〔実施例J 以下、この発明の一実施例を図について説明する.第1
図において、1lは放電管、12は放電管l1と並列接
続した充電用抵抗、13aは充放電コンデンサ14aと
多数の固体スイッチング素子を直並列接続して構成した
スイッチ手段15aを直列接続して構成した第1のパル
ス発生回路、13bは充放電コンデンサL4bと多数の
固体スイッチング素子を直並列接続して構成したスイッ
チ手段15bを直列接続して構成した第2のパルス発生
回路である。この第1,第2のパルス発生回路13a,
13bはそれぞれリアクトル16a16bを介して放電
管11と並列接続されている。 17aはリアクトル18a、ダイオード19a、干渉防
止リアクトル20aを介して充放電コンデンサ14aに
給電する高圧電源、17bはリアクトル18b、ダイオ
ード19b、干渉防止リアクトル20bを介して充放電
コンデンサ14bに給電する高圧電源、2lはスイッチ
手段15aに導通信号を出力する発振器、22は導通信
号を所定時間遅延させてスイッチ手段15bに供給する
遅延回路である。 第2図はスイッチ手段15a,15bの具体例を示す構
成図であり、例えば多数のFET23を直並列接続した
ものである。なお、FET23の代わりに、SIT,I
GBT,SIサイリスタ、トランジスタ、サイリスク等
の固体スイッチング素子であってもよい。 次に動作を第3図のタイムチャート図を参照して説明す
る。高圧電源17a,(17b)から、リアクトル18
a (18b) 、ダイオード19a(19b).干渉
防止リアクトル20a (20b)を介して充放電コン
デンサ14a(14b)に高圧電圧が充電される。 次に、発振器2lからの導通信号によってスイッチ手段
15aが導通すると、充放電コンデンサ14aに充電さ
れた高圧電圧は放電管1lに印加され,放電管11の中
にガス放電を形成する。 一方、遅延回路22は発振器2lからの導通信号を所定
時間だけ遅延した後、スイッチ手段15bを導通させ、
充放電コンデンサ14bに充電されている高圧電圧を放
電管11に印加する。 この結果、放電管1lには、時刻七〇において、充放電
コンデンサ14aの充電電圧が印加されてガス放電を発
生し、時刻t0から所定時間でだけ遅延されて充放電コ
ンデンサ14bの充電電圧が印加される。 上記スイッチ手段15a,15bL:v導通によって該
各スイッチ手段に流れる電流Ia,Ibは、充放電コン
デンサ14a,14bとリアクトル16a,16bおよ
び放電管11のインピーダンスによって決定され第3図
に示すような波形となる。 銅蒸気レーザ装置において、下準位原子の基底準位への
緩和は、内管2の口径が大きい場合は下準位と低速電子
との超弾性衝突によって行われる。 つまり、 C u * + e ilawl− C u + e
(rastここで、Cu*は下準位原子 Cuは基底準位原子 e jml。1は低速電子 ear畠富tlは高速電子 となる。 第2のパルス発生回路13bから印加される電圧は、銅
原子を上準位に励起しない低い電圧であるが、電子の加
速は行われるため電子と銅原子との衝突は激しくなる。 その結果、下準位原子と電子との超弾性衝突が活発にな
り、よって下準位の緩和が促進される。 なお、干渉防止リアクトル20a,20bはスイッチ手
段15a,15bを導通したときに流れる電流の周波数
成分に対しては大きなインピーダンスとなるようにイン
ダクタンス値を選ぶ。例えば一般に銅蒸気レーザ装置の
場合、放電管l1に流れる電流は、パルス幅が最大でも
500μ88Cであるから、基本周波数或分としては約
IMHzとなる。干渉防止リアクトル20a,20bが
IMHzに対し充分大きなインピーダンスを持つために
は、干渉防止リアクトル20a,20bのインダクタン
スをLzとすると、 2ifLz》Zr Zrは放電管1lのインピーダンスが必要となる。通常
、インピーダンスZTは数Ω〜数十Ωであるから、例え
ば50Ωとすると、 となる.よって、インダクタンスLzはHiooμH以
上に選べばよい。インダクタンスLzを上記のように選
択することで、例えばスイッチ手段15a,15bの導
通と共に充放電コンデンサ14a,14bから放電電流
が流れだすことはない。 【発明の効果】 以上のように、この発明によれば、第1のパルス発生回
路と別に第2のパルス発生回路を設け、放電管に第1の
パルス発生回路から第lのパルス電圧が印加された後、
所定時間遅延して第2のパルス発生回路から再び上記放
電管に第2のパルス電圧を印加するように構成したので
、下準位の原子が基底準位に緩和する時間が短縮され、
その結果第lのパルス発生回路からの次のパルス印加時
に反転分布がより完全なものとなり、高繰り返しにおい
ても効率の高い金属蒸気レーザ装置を得ることができる
効果がある. また、第1のパルス発生回路および第−2のパルス発生
回路のスイッチ手段を、多数の固体スイッチング素子を
直並列接続して構成しているので、応答速度が早く、従
来のサイラトロンスイッチに存在したアノードデレイタ
イムのような使用条件でスイッチング時間が変わること
がなく、信頼性が高く、長寿命化が図られる。
れる第1のパルス電圧間に第2のパルス発生回路から発
生される第2のパルス電圧を印加し、下準位原子と低速
電子との超弾性衝突を強性的に生じさせ、その結果、下
準位原子の緩和が促進され、第1のパルス発生回路から
第1のパルス電圧が印加される場合に反転分布がより完
全なものとなり、高い繰り返しにおいてもレーザ効率の
低下を防止する。 また、第1のパルス発生回路および第2のパルス発生回
路を多数の固体スイッチング素子を直並列接続して構成
したスイッチ手段を用いているので、応答速度が速く、
従来のサイライトロンスイッチに存在したアノードデレ
イタイムのような使用条件でスイッチング時間が変わる
ことがなく、信頼性が高く、長寿命化が図られる。 〔実施例J 以下、この発明の一実施例を図について説明する.第1
図において、1lは放電管、12は放電管l1と並列接
続した充電用抵抗、13aは充放電コンデンサ14aと
多数の固体スイッチング素子を直並列接続して構成した
スイッチ手段15aを直列接続して構成した第1のパル
ス発生回路、13bは充放電コンデンサL4bと多数の
固体スイッチング素子を直並列接続して構成したスイッ
チ手段15bを直列接続して構成した第2のパルス発生
回路である。この第1,第2のパルス発生回路13a,
13bはそれぞれリアクトル16a16bを介して放電
管11と並列接続されている。 17aはリアクトル18a、ダイオード19a、干渉防
止リアクトル20aを介して充放電コンデンサ14aに
給電する高圧電源、17bはリアクトル18b、ダイオ
ード19b、干渉防止リアクトル20bを介して充放電
コンデンサ14bに給電する高圧電源、2lはスイッチ
手段15aに導通信号を出力する発振器、22は導通信
号を所定時間遅延させてスイッチ手段15bに供給する
遅延回路である。 第2図はスイッチ手段15a,15bの具体例を示す構
成図であり、例えば多数のFET23を直並列接続した
ものである。なお、FET23の代わりに、SIT,I
GBT,SIサイリスタ、トランジスタ、サイリスク等
の固体スイッチング素子であってもよい。 次に動作を第3図のタイムチャート図を参照して説明す
る。高圧電源17a,(17b)から、リアクトル18
a (18b) 、ダイオード19a(19b).干渉
防止リアクトル20a (20b)を介して充放電コン
デンサ14a(14b)に高圧電圧が充電される。 次に、発振器2lからの導通信号によってスイッチ手段
15aが導通すると、充放電コンデンサ14aに充電さ
れた高圧電圧は放電管1lに印加され,放電管11の中
にガス放電を形成する。 一方、遅延回路22は発振器2lからの導通信号を所定
時間だけ遅延した後、スイッチ手段15bを導通させ、
充放電コンデンサ14bに充電されている高圧電圧を放
電管11に印加する。 この結果、放電管1lには、時刻七〇において、充放電
コンデンサ14aの充電電圧が印加されてガス放電を発
生し、時刻t0から所定時間でだけ遅延されて充放電コ
ンデンサ14bの充電電圧が印加される。 上記スイッチ手段15a,15bL:v導通によって該
各スイッチ手段に流れる電流Ia,Ibは、充放電コン
デンサ14a,14bとリアクトル16a,16bおよ
び放電管11のインピーダンスによって決定され第3図
に示すような波形となる。 銅蒸気レーザ装置において、下準位原子の基底準位への
緩和は、内管2の口径が大きい場合は下準位と低速電子
との超弾性衝突によって行われる。 つまり、 C u * + e ilawl− C u + e
(rastここで、Cu*は下準位原子 Cuは基底準位原子 e jml。1は低速電子 ear畠富tlは高速電子 となる。 第2のパルス発生回路13bから印加される電圧は、銅
原子を上準位に励起しない低い電圧であるが、電子の加
速は行われるため電子と銅原子との衝突は激しくなる。 その結果、下準位原子と電子との超弾性衝突が活発にな
り、よって下準位の緩和が促進される。 なお、干渉防止リアクトル20a,20bはスイッチ手
段15a,15bを導通したときに流れる電流の周波数
成分に対しては大きなインピーダンスとなるようにイン
ダクタンス値を選ぶ。例えば一般に銅蒸気レーザ装置の
場合、放電管l1に流れる電流は、パルス幅が最大でも
500μ88Cであるから、基本周波数或分としては約
IMHzとなる。干渉防止リアクトル20a,20bが
IMHzに対し充分大きなインピーダンスを持つために
は、干渉防止リアクトル20a,20bのインダクタン
スをLzとすると、 2ifLz》Zr Zrは放電管1lのインピーダンスが必要となる。通常
、インピーダンスZTは数Ω〜数十Ωであるから、例え
ば50Ωとすると、 となる.よって、インダクタンスLzはHiooμH以
上に選べばよい。インダクタンスLzを上記のように選
択することで、例えばスイッチ手段15a,15bの導
通と共に充放電コンデンサ14a,14bから放電電流
が流れだすことはない。 【発明の効果】 以上のように、この発明によれば、第1のパルス発生回
路と別に第2のパルス発生回路を設け、放電管に第1の
パルス発生回路から第lのパルス電圧が印加された後、
所定時間遅延して第2のパルス発生回路から再び上記放
電管に第2のパルス電圧を印加するように構成したので
、下準位の原子が基底準位に緩和する時間が短縮され、
その結果第lのパルス発生回路からの次のパルス印加時
に反転分布がより完全なものとなり、高繰り返しにおい
ても効率の高い金属蒸気レーザ装置を得ることができる
効果がある. また、第1のパルス発生回路および第−2のパルス発生
回路のスイッチ手段を、多数の固体スイッチング素子を
直並列接続して構成しているので、応答速度が早く、従
来のサイラトロンスイッチに存在したアノードデレイタ
イムのような使用条件でスイッチング時間が変わること
がなく、信頼性が高く、長寿命化が図られる。
第1図はこの発明の一実施例による金属蒸気レーザ装置
の回路図、第2図はスイッチ手段の構成図、第3図は上
記実施例の動作を説明するタイムチャート図、第4図は
従来の金R蒸気レーザ装置の回路図である。 1lは放電管、13aはの第1のパルス発生回路、13
bは第2のパルス発生回路、15a,15bはスイッチ
手段、1.7a,17bは高圧電源、21は発振器、2
2は遅延回路。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
の回路図、第2図はスイッチ手段の構成図、第3図は上
記実施例の動作を説明するタイムチャート図、第4図は
従来の金R蒸気レーザ装置の回路図である。 1lは放電管、13aはの第1のパルス発生回路、13
bは第2のパルス発生回路、15a,15bはスイッチ
手段、1.7a,17bは高圧電源、21は発振器、2
2は遅延回路。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- ガス放電によって金属を加熱、気化させてレーザ出力
を得る放電管と、多数の固体スイッチング素子を直並列
接続して構成したスイッチ手段を充放電コンデンサに接
続し、このスイッチ手段の開閉によって、前記放電管に
ガス放電を発生させる第1のパルス電圧を供給する第1
のパルス発生回路と、前記スイッチ手段と同一構成のス
イッチ手段を充放電コンデンサに接続し、このスイッチ
手段の開閉によって前記放電管に第2のパルス電圧を供
給する第2のパルス発生回路と、前記第1のパルス発生
回路のスイッチ手段に導通信号を供給する発振器と、前
記導通信号を所定時間遅延して前記第2のパルス発生回
路のスイッチ手段に導通信号を供給する遅延回路と、前
記第1のパルス発生回路および前記第2のパルス発生回
路のそれぞれの充放電コンデンサに干渉防止リアクトル
を介して給電する別個独立に設けられた第1の電源およ
び第2の電源とを備えた金属蒸気レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15193089A JPH0318073A (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 金属蒸気レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15193089A JPH0318073A (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 金属蒸気レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0318073A true JPH0318073A (ja) | 1991-01-25 |
Family
ID=15529309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15193089A Pending JPH0318073A (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 金属蒸気レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0318073A (ja) |
-
1989
- 1989-06-14 JP JP15193089A patent/JPH0318073A/ja active Pending
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