JPH0357632B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はエキシマガスレーザ発振装置に関す
る。

（従来の技術） ガスレーザ発振装置には、例えば希ガスハイラ
ンドエキシマレーザ発振装置やCO₂レーザ発振装
置があるが、これらレーザ発振装置に使用される
ガスレーザ媒質は一般に数種類のガス組成からな
りレーザ発振の毎にその組成が変化する。例え
ば、Xe；１％以下、HCl；0.2％以下、残りをHe
又はNeとした混合ガスをレーザ媒質としたXeCl
エキシマレーザ発振装置のようにガスレーザ媒質
にハロゲンドナーを１つの組成として使用してい
るものでは、レーザ発振の毎にハロゲンドナーの
濃度が低下する。このように濃度が低下して例え
ば第４図に示すように0.1％以下になると、レー
ザ発振出力は急激に低下する。従つて、XeClエ
キシマレーザ発振装置等では、ハロゲンドナー濃
度の変化によるレーザ出力変動への影響を少なく
するため、ハロゲンドナー濃度が常に所定値とな
るように制御が行われている。

そこで、このハロゲンドナー濃度の変化による
出力変動を制御する方法として一定量ハロゲン注
入法及び注入エネルギー増加法が行われている。
第５図は一定量ハロゲン注入法を適用したエキシ
マレーザ発振装置の構成図であつて、エキシマレ
ーザ発振器１にはハロゲン注入弁２を介してハロ
ゲンガスボボンベ３が接続されている。又、レー
ザ発振する毎にカウントを行なう動作シヨツト数
カウンタ４が設けられ、このカウント値が注入コ
ントローラ５に送出されている。そして、この注
入コントローラ４は動作シヨツト数が所定数に達
するとハロゲン注入弁２に開の操作信号を送出し
て一定量のハロゲンドナーをエキシマレーザ発振
器１に供給する機能を有している。なお、６はエ
キシマレーザ発振器１の各主放電電極間に高電圧
を印加する高圧電源である。しかるに、ハロゲン
ドナーが供給されない状態には第６図に示すよう
にレーザ発振の毎にハロゲンドナー濃度が次第に
低下するとともにレーザ出力が次第に低下する。
そうして、動作シヨツト数が所定値に達すると、
ハロゲン注入弁２が開かれてハロゲンドナーがエ
キシマレーザ発振器１に供給される。しかるに、
このときハロゲンドナーの濃度が高くなるととも
にレーザ出力も大きくなる。

又、第７図は注入エネルギー増加法を適用した
エキシマレーザ発振装置の構成図であつて、注入
コントローラ７は動作シヨツト数カウンタ４のカ
ウント値増加に応じて高圧電源６から各主放電電
極間に印加する電圧レベルを高く制御する機能を
有している。つまり、第８図に示すように動作シ
ヨツト数の増加とともに各主放電電極間に印加す
る電圧レベルつまり注入エネルギーが増加して、
レーザ出力が一定となるようにしている。

しかしながら、上記各方法では次のような問題
がある。先ず、一定量ハロゲン注入法ではハロゲ
ンドナーが間欠的に供給されるために第６図に示
すようにハロゲンドナー濃度がある範囲内で上下
し、このためレーザ出力は変動して不安定となつ
ている。さらに、この方法では各毎に注入される
ハロゲンドナー量が経験によつて定められている
ので、レーザ出力を大きく変化させる場合等の動
作条件の大きな変化に対しては対応できない。と
りわけ、この方法では直接ハロゲンドナー濃度を
検出していないので、ハロゲンドナー濃度制御に
対する信頼性は低い。

又、注入エネルギー増加法は強制的に各主放電
電極間に印加する電圧レベルを高くするので、最
適な動作条件でレーザ光を発振させるものとはな
つていない。従つて、レーザ発振の回数が増加す
るにともなつて印加される電圧が高くなり、これ
によつてレーザ発振装置の寿命が短くなるととも
に安定性及び信頼性が低下し、そのうえレーザ発
振の効率も低下する。

なお、実際には上記各方法を組み合せてハロゲ
ンドナー濃度やレーザ出力の制御が行われている
が、たとえ組み合せたとしても上記各問題が生じ
る。

（発明が解決しようとする課題） 以上のようにハロゲントナー濃度つまりガスレ
ーザ媒質の組成又はレーザ出力を一定に制御する
方法が行われているが、上記の如くハロゲンドナ
ー濃度を常に所定値に制御できるものでなく、又
レーザ発振装置の寿命や安定性、信頼性を低下さ
せるものであつた。

そこで本発明は、ガスレーザ媒質の組成比が常
に所定値となるように制御できる高安定性で高信
頼性のエキシマガスレーザ発振装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、ガスレーザ管内にエキシマガスレー
ザ媒質を封入しガスレーザ管内に対向配置した各
主放電電極間に主放電を発生させてレーザ発振す
るガスレーザ発振装置において、ガスレーザ媒質
を組成するハロゲンドナーの光吸収帯域における
波長の光をガスレーザ管内に照射する発光素子
と、この発光素子で照射された光を受光して受光
量に応じた電気信号に変換する受光素子と、この
受光素子からの電気信号を受けてガスレーザ管内
におけるハロゲンドナーの濃度が所定値となるよ
うにこのハロゲンドナーのガスレーザ管への供給
量を制御するガス供給制御手段とを備えて上記目
的を達成しようとするエキシマガスレーザ発振装
置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、発光素子
からエキシマガスレーザ媒質を組成するハロゲン
ドナーの光吸収帯域における波長の光が照射さ
れ、この光が受光素子で受光されて受光量に応じ
た電気信号に変換される。そして、この受光素子
からの電気信号を受けてガス供給制御手段はガス
レーザ管内におけるハロゲンドナーの濃度が所定
値となるようにこのハロゲンドナーのガスレーザ
管への供給量を制御する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図はエキシマガスレーザ発振装置の全体構
成図であつて、ガスレーザ管１０の内部にはガス
レーザ媒質としてハロゲンドナーを組成の一部と
するエキシマが封入されている。さらに、このガ
スレーザ管１０の内部にはそれぞれ対向配置され
た各主放電電極１１，１２が設けられ、かつこれ
ら各主放電電極１１，１２の長手方向の各端部側
にはそれぞれ光共振器を構成する全反射ミラー１
３及び出力ミラー１４が設けられている。なお、
各主放電電極１１，１２の間には高圧電源１５が
接続されて、直流高電圧＋HVが印加されるよう
になつている。又、このガスレーザ管１０にはハ
ロゲン注入弁１６を介してハロゲンガスボンベ１
７が接続されている。

さて、このガスレーザ管１０の長手方向の一端
側には発光素子としてのダイオードレーザ２０が
設けられてダイオードレーザコントローラ２１に
よつて発光制御されるようになつている。そし
て、このダイオードレザー２０はその発光波長が
ハロゲンドナーの光吸収帯域における波長、
XeClエキシマレーザのようにハロゲンドナーと
してHClを用いる場合、波数5664〜8347cm^-1に設
定されている。又、ガスレーザ管１０の長手方向
の他端側つまりダイオードレーザ２０の対向位置
には受光素子としてのPbs半導体セル２２が設け
られている。このPbs半導体セル２２はダイオー
ドレーザ２０から放射されエキシマ雰囲気中を進
行してきたダイオードレーザ光を受光し、この受
光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力するも
のである。そして、この電気信号は濃度コントロ
ーラ２３に送られるようになつている。この濃度
コントローラ２３はPbs半導体セル２２からの電
気信号を受けてその電圧レベルから現在のハロゲ
ンドナー濃度を求め、この濃度と基準濃度とを比
較してハロゲンドナー濃度が基準濃度となるよう
な開度の操作信号を逐次ハロゲン注入弁１６に送
出する機能を有している。

次に上記の如く構成された装置の作用について
説明する。

各主放電電極１１，１２の間に高圧電源１５か
ら高電圧が印加されてこれら主放電電極１１，１
２の間に主放電が発生すると、全反射ミラー１３
と出力ミラー１４との間に光共振が発生して出力
ミラー１４からレーザ光が出力される。このよう
にしてレーザ光が発振されると第４図に示すよう
にハロゲンドナーの濃度が次第に低下し、これと
ともにレーザ出力が小さくなる。

ところが、本装置ではダイオードレーザコント
ローラ２１によつてダイオードレーザ２０はハロ
ゲンの光吸収帯域と同一波長の光を常に発光して
いる。しかるに、このダイオードレーザ光はガス
レーザ媒質中を通過してPbs半導体セル２２に到
達する。従つて、ダイオードレーザ光はガスレー
ザ媒質中を通過する間にハロゲンドナーの濃度に
応じてその一部が吸収される。しかるに、Pbs半
導体セル２２はダイオードレーザ光を受光し、そ
の受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力す
る。この電気信号は濃度コントローラ２３に送ら
れ、この濃度コントローラ２３は電気信号の電圧
レベルからハロゲンドナー濃度を求めて基準濃度
と比較し、ハロゲンドナー濃度が基準濃度となる
ような開度の操作信号を作成してハロゲン注入弁
１６に送出する。この結果、ガスレーザ媒質を組
成するハロゲンドナーの濃度は常に所定値に制御
される。第２図は以上のようなハロゲンドナー濃
度制御を行なつた場合のハロゲンドナー濃度とレ
ーザ出力とを示す図であつて、ハロゲンドナー濃
度は常に一定で、そのときのレーザ出力は動作シ
ヨツト数が10⁵以上となつてもほぼ一定となつて
いる。又、レーザ発振の効率を見ると、第３図に
示すように本装置は一定量ハロゲン注入法及び注
入エネルギ増加法と比較して高効率であることが
分かる。

このように上記一実施例においては、ダイオー
ドレーザ２０からガスレーザ媒質を組成するハロ
ゲンドナーの光吸収帯域における波長の光を照射
してこの光をPbs半導体セル２２で受光し、この
受光量に応じて濃度コントーラ２３によつてハロ
ゲンドナーのガスレーザ管１０への供給量を制御
する構成としたので、常にハロゲンドナー濃度を
モニタできて濃度が低下した場合、この低下した
ときにハロゲンドナーを供給してハロゲンドナー
濃度を所定値に保てる。従つて、レーザ出力はレ
ーザ発振の回数に関係無く常に安定した状態にで
きる。又、ハロゲン濃度の測定はダイオードレー
ザ２０により放射される光を用いるので、測定に
よるガスレーザ管１０内へのガス汚染等の影響を
与えることが無く、逆にガスレーザ媒質によるハ
ロゲン濃度測定装置（センサ）の腐蝕等のトラブ
ル防止も簡単にできる。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、エキシマ
ガスレーザ媒質の組成比が常に所定値となるよう
に制御できる高安定性で高信頼性のエキシマガス
レーザ発振装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明に係わるエキシマガ
スレーザ発振装置の一実施例を説明するための図
であつて、第１図は全体構成図、第２図は動作シ
ヨツト数に対するハロゲンドナー濃度及びレーザ
出力を示す図、第３図は動作シヨツト数に対する
効率を示す図、第４図はハロゲンドナー濃度に対
するレーザ出力を示す図、第５図乃至第８図は従
来技術を説明するための図である。 １０……ガスレーザ管、１１，１２……主放電
電極、１３……全反射ミラー、１４……出力ミラ
ー、１５……高圧電源、１６……ハロゲン注入
弁、１７……ハロゲンガスボンベ、２０……ダイ
オードレーザ、２１……ダイオードレーザコント
ローラ、２２……Pbs半導体セル、２３……濃度
コントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスレーザ管内にエキシマガスレーザ媒質を
   封入し前記ガスレーザ管内に対向配置した各主放
   電電極間に主放電を発生させてレーザ発振するエ
   キシマガスレーザ発振装置において、前記ガスレ
   ーザ媒質を組成するハロゲンドナーの光吸収帯域
   における波長の光を前記ガスレーザ管内に照射す
   る発光素子と、この発光素子で照射された光を受
   光して受光量に応じた電気信号に変換する受光素
   子と、この受光素子からの電気信号を受けて前記
   ガスレーザ管内における前記ハロゲンドナーの濃
   度が所定値となるようにこのハロゲンドナーの前
   記ガスレーザ管への供給量を制御するガス供給制
   御手段とを具備したことを特徴とするエキシマガ
   スレーザ発振装置。