JPH04105379A - パルスレーザ装置 - Google Patents

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、電源部の磁気パルス圧縮回路とレーザ装置本
体を一体化したパルスレーザ装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、大出力ＴＥＡ、ＴＥＭＡ−Ｃｏ、レーサをはじめ
、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ等、外挿パルスレーザ
装置の産業への使用が検討されている。また、これらの
レーザには、高速、大電流のパルス電源が要求されるよ
うになってきている。

この様なパルス電源では、大電流を開閉するスイッチ素
子の電力負担が極めて大きいため、現在用いられている
様なスイッチ素子（例えば、サイラトロン、サイリスタ
等）では、開閉動作かできない場合が多い。また、パル
スレーザ装置としては、動作遅れ時間が小さく　（数＋
ｎ５ｅｃ以下）、シかも長寿命（１０８シヨツト程度以
上）であることが要求されるので、実用となるスイッチ
素子はほとんどない状態にある。

そこで、最近では、パルス圧縮回路を付加することによ
り、スイッチ素子の電力負担を低減して、高速、大電流
、高出力のパルス電源を実現する方法が試みられており
、その代表例として磁気パルス圧縮回路が挙げられる。

この磁気パルス圧縮回路は、鉄心等の強磁性体の磁化の
飽和を利用したものであり、例えは、Ｊａｐａｎｅｓｅ
　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ「＾ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　Ｖ０＋、ＮＯ，Ｉｌ、＋９８Ｆ１．ｐｐｌ、８８５
−［８５７“Ｐｕ１ｓｅｄ　Ｃ０２Ｌａｓｅｒ　Ｐｕｍ
ｐｅｄ　ｂｙ　ａｎ　Ａｌｌ　５ｏｌｉｄ−８ｔａｔｅ
　ＭａｇｎｅＬ］ｃ　Ｅｘｃｆｔｅｒ”に示されたもの
かある。

第３図にこの様な磁気パルス圧縮回路の回路例を示した
。即ち、レーザ電源３０は充電抵抗３１を介して第１の
コンデンサ７と接続され、この第１のコンデンサ７には
第２、第３のコンデンサ８゜９が並列に接続されている
。また、前記第１、第２のコンデンサ７．８の間には第
１の可飽和リアクトル１０が直列に接続され、第２、第
３のコンデンサ８．９の間には第２の可飽和リアクトル
１１が直列に接続されている。さらに、第３のコンデン
サ９には第３の可飽和リアクトル１２が直列に接続され
、これを介してレーザ放電部５が並列に接続されている
。この様に構成することによって、第１のコンデンサ７
から第１の可飽和リアクトル１０を介して第２のコンデ
ンサ８に至る第１段のループと、第２のコンデンサ８が
ら第２の可飽和リアクトル１１を介して第３のコンデン
サ９に至る第２段のループと、第３のコンデンサ９から
第３の可飽和リアクトルＪ２を介してレーザ放電部５に
至る第３段のループ表かそれぞれ形成されている。また
、第１のコンデンサ７と第１の可飽和リアクトル１０と
の間にはスイッチ１６が設けられ、開閉可能に構成され
ている。

この様に構成された従来のパルスレーザ装置は、以下に
述べる様に動作する。即ち、レーザ電源３０から充電抵
抗３１を介して第１のコンデンサ７が充電される。ここ
で、スイッチ１６を投入すると、第１のコンデンサ７の
極間電圧は、第１の可飽和リアクトル１０と第２のコン
デンサ８の直列回路に加わる。この時、第２のコンデン
サ８には電荷が蓄えられておらず、その極間電圧はほぼ
零であるため、第１の可飽和リアクトル１０の極間に第
１のコンデンサ７の極間電圧がほぼ全部加わる。その結
果、第１の可飽和リアクトル１０の極間にわずかな電流
１７が流れる。この電流１７は第１の可飽和リアクトル
１０を励磁し、第１の可飽和リアクトル１０の鉄心内磁
束密度が飽和磁束密度以」二になると、第１の可飽和リ
アクトル１０は飽和状態となる。すると、第１の可飽和
リアクトル１０のインダクタンスが急激に低下するため
、第１のコンデンサ７から飽和状態の第１の可飽和リア
クトル１０を介して電流１７が流れ、第２のコンデンサ
８を充電する。なお、」１記の様にして第１段のループ
を流れる電流１７の周波数は、第１のコンデンサ７の容
量値、飽和時の第１の可飽和リアクトル１０のインダク
タンス値及び第２のコンデンサ８の容量値でほぼ決まる
。続いて、第２のコンデンサ８の極間電圧が上昇すると
共に、第２の可飽和リアクトル１１の極間に電圧が加わ
り、同様にして第２の可飽和リアクトル１１に電流１８
が流れ、飽和に至る。この時、第２のコンデンサ８の電
荷は第３のコンデンサ９に転移する。

さらに、第３の可飽和リアクトル１２についても同様に
して電流１９が流れ、飽和に至る。

ここで、各可飽和リアクトル１０〜１２を流れる各段の
電流１７〜１９の周波数を順に高めるために、第１〜第
３の可飽和リアクトル１０〜１２の非飽和時及び飽和時
のインダクタンスを順次小さくする方法かとられている
。また、各コンデンサに蓄えられたエネルギーを効率良
く後段のコンデンサに伝達するために、各段のコンデン
サの容量を等しくし、可飽和リアクトル１０〜１２の値
を順次小さくしていく方法がとられている。この方法で
は、各段のループの電圧は一定であり、第４図（Ａ）〜
（Ｃ）に示した様に、各段のループを流れる電流１７〜
１９の波高値は順次増幅され、周波数が高められていく
。そして、磁気パルス圧縮された最終段のループの電流
１９は、負荷であるレーザ放電部５に流れ、レーザ発振
を起こさせる。

以上述べた可飽和リアクトルの飽和、非飽和の動作過程
を、第５図を参照して以下に詳述する。

なお、第５図は可飽和リアクトルを構成する鉄心の磁化
曲線を示すものである。即ち、可飽和リアクトルの前段
のコンデンサから励磁電流が流れると、可飽和リアクト
ルの鉄心の動作点は、第５図の中心点２３から点２４に
向かって移動する。この励磁電流によって動作点か点２
４に達すると、可飽和リアクトルの鉄心内の磁束密度は
飽和磁束密度層」―になり、可飽和リアクトルは飽和状
態となる。この時、可飽和リアクトルのインダクタンス
が急激に低下するため、前段のコンデンサから飽和状態
にある可飽和リアクトルを介して、電流が後段のコンデ
ンサに流れ込み、これを充電する。

この様に可飽和リアクトルが飽和状態にある時の鉄心の
動作点は、点２４よりもはるかに磁化力Ｈの大きい所に
あるが、電流の減少と共に磁化力Ｈの小さい方に移動し
て点２５に至り、鉄心は飽和状態から非飽和状態になる
。すると、可飽和リアクトルのインダクタンスが急激に
増加するので、可飽和リアクトルを流れる電流は急激に
減少する。

半周期後、電流が零になった時の動作点は、点２５にな
り、ここで停止すると磁気が残ることになる。

ところで、点２５に鉄心の動作点がある状態で、再びス
イッチ１６を投入すると、鉄心の動作点は点２５から点
２４の方向に移動するが、この場合の磁束変化量は小さ
いため、非飽和時の可飽和リアクトルのインダクタンス
を充分に大きくすることができず、磁気パルス圧縮動作
はほとんど行えなくなる。そこで、いったん磁気パルス
圧縮を行った後は、鉄心の動作点を第５図中点２６から
点２７を介して再び中心点２３に戻す、いわゆる磁気リ
セットを行い、再び同じレベルの磁気パルス圧縮を行え
るようにしている。そのため、従来の回路では、第３図
に示した様に、各段ループにリセット装置２０〜２２が
設けられている。この磁気リセットには種々の方法があ
るが、最も簡単なものに、直流電流を逆方向に流して鉄
心の動作点が点２６になるようにする方法がある。この
方法によれば、磁気パルス圧縮を行なった後に、鉄心の
動作点は点２６になるため、この状態で次の磁気パルス
圧縮動作を行なうと、磁束変化は点２３から行なうより
も大きくとれるので、圧縮率を高くすることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、１−記の様な従来のパルスレーザ装置に
は、以下に述べる様な解決すべき課題があった。即ち、
一般に、レーザ装置本体にエネルギーを供給するレーザ
電源は、レーザ装置本体の側部に配設されるか、このレ
ーザ電源として、第３図に示した様な磁気パルス圧縮回
路を備えたレーザ電源を用いた場合には、その設置スペ
ースが大幅に増大する。また、レーザ電源とレーザ装置
本体とを電気的に接続する部分が長くなるため、回路の
インピーダンスが増加し、発振効率が低下するといった
欠点があった。

本発明は、以上の欠点を解消するために提案されたもの
で、その目的は、装置全体の小形化を可能とし、レーザ
出力の効率を高めることのできるパルスレーザ装置を提
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） 本発明は、コンデンサと、このコンデンサから入力され
た電流を、その時間幅を圧縮して出力する可飽和リアク
トルとから成る磁気パルス圧縮回路を電源部に備え、ま
た、レーザ光を発生させる放電部を有するパルスレーザ
装置において、前記磁気パルス圧縮回路をタンク内に収
納し、そのタンクごとパルスレーザ装置本体の内部に収
納配置したことを特徴とするものである。

（作用） 本発明のパルスレーザ装置によれば、レーザ装置本体の
内部に磁気パルス圧縮回路を収納したタンクを配置する
ことによって、レーザ装置全体の小形化が可能となる。

また、磁気パルス圧縮回路と放電部とを近接配置するこ
とができ、磁気パルス圧縮回路から放電部までの電気的
配線を同軸状にすることができるので、回路のインピー
ダンスを低減し、入力のロスを小さくすることができる
。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。なお、第３図に示した従来型と同一
の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

本実施例においては、第１図に示した様に、し−ザ装置
本体４の内部に、放電部５と共に磁気パルス圧縮回路３
が配設されている。そして、この磁気パルス圧縮回路３
が、ケーブル２を介して、レーザ装置本体４の外部に設
けられたレーザ電源１に接続されている。また、前記放
電部５て得られたレーザ光は、出力ウィンド６より出力
されるように構成されている。なお、前記磁気パルス圧
縮回路３は、内部に絶縁油を充填したタンク内に収納さ
れ、そのタンクごとレーザ装置本体４の内部に収納配置
されている。

第２図は、レーザ装置本体４の内部に配設される磁気パ
ルス圧縮回路３と放電部５の詳細を示したものである。

即ち、磁気パルス圧縮回路３を構成する第１．第２のコ
ンデンサ７．８及び第１゜第２の可飽和リアクトル１０
．１１は、はぼ同軸状に接続されている。また、磁気パ
ルス圧縮回路３と放電部５とを接続するリターン導体も
ほぼ同軸状に配設されている。一方、放電部５は、対向
配置された一対の電極１４．１５及びその側部に配設さ
れたコンデンサ１３とから構成されている。

この桶な構成をａする本実施例のパルスレーザ装置にお
いては、以下の様にしてレーザ光が出力される。即ち、
レーザ電源１からケーブル２を介してレーザ装置本体４
の内部に配設された磁気パルス圧縮回路３に電流か供給
されると、前述した様にして磁気パルス圧縮された最終
段のループ電流が放電部５に供給され、レーザ発振を起
こさせる。そして、出力ウィンド６からレーザ光か出力
される。

この様に、本実施例によれは、レーザ装置本体４の内部
に磁気パルス圧縮回路３を収納配置しているため、装置
全体の小形化が可能となる。また、磁気パルス圧縮回路
３を構成する第１．第２のコンデンサ７．８及び第１．
第２の可飽和リアクトル１０．１１をほぼ同軸状に接続
しているため、磁気パルス圧縮回路のインピーダンスを
小さく抑えることができる。さらに、磁気パルス圧縮回
路３と放電部５とを接続するリターン導体もほぼ同軸状
に配設し、また、両者を近接配置することによって、リ
ターン導体を短（することができるので、この部分のイ
ンピーダンスの低減も可能となるため、パルスレーザ装
置の発振効率を大幅に向上することができる。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、磁気パルス圧縮回路
をタンク内に収納し、そのタンクことパルスレーザ装置
本体の内部に収納配置することによって、装置全体の小
形化を可能とし、レーザ出力の効率を高めることのでき
るパルスレーザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパルスレーザ装置の一実施例を示す概
略図、第２図は本発明のパルスレーザ装置本体内部の磁
気パルス圧縮回路及び放電部の回路図、第３図は一般的
な磁気パルス圧縮回路の回路図、第４図（Ａ）〜（Ｃ）
は磁気パルス圧縮回路の各段ループに流れる電流値を示
す図、第５図は可飽和リアクトルを構成する鉄心の磁化
曲線を示す図である。 １・・・レーザ電源、２・・・ケーブル、３・・・磁気
パルス圧縮回路、４・・・レーザ装置本体、５・・放電
部、６・・・出力ウィンド、７・・・第１のコンデンサ
、８・・・第２のコンデンサ、９・・・第３のコンデン
サ、１゜・・・第１の可飽和リアクトル、１１・・・第
２の可飽和リアクトル、１２・・・第３の可飽和リアク
トル、１３・・・コンデンサ、１４．１５・・・電極、
１６・・スイッチ、１７・・第１段のループ電流、１８
山第２段のループ電流、１９・・第３段のループ電流、
２０〜２２・・・リセット装置、３０・・・レーザ電源
、３１・・・充電抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コンデンサと、このコンデンサから入力された電流を、
   その時間幅を圧縮して出力する可飽和リアクトルとから
   成る磁気パルス圧縮回路を電源部に備え、また、レーザ
   光を発生させる放電部を有するパルスレーザ装置におい
   て、 前記磁気パルス圧縮回路がタンク内に収納され、そのタ
   ンクごとパルスレーザ装置本体の内部に収納配置されて
   いることを特徴とするパルスレーザ装置。