JPH04209580A - パルスレーザ発振装置 - 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１ ［０００１１

【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、その放電部及び電源構成に改良を施した
パルスレーザ発振装置に関するものである。 ［０００２］ 【従来の技術】放電励起方式のガスレーザ装置では、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ＣＯ２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困難である。このため、グロ
ー放電点弧に先立って予備電離を行うと共に、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
一般的である。 ［０００３］図２は、従来のパルスレーザ発振装置の放
電部構成及び励起＠源回路の一例を示す図である。即ち
、一対の主電極１，２が対向して配設され、主電極１．
２で囲まれた空間内にレーザガスが充填されている。ま
た、主電極２は接地されている。一方、主電極１には予
備電離＠極３ａが接続され、両者は電気的に同電位にな
っている。この予備電離電極３ａと予備電離電極３ｂと
は、ギャップ４を介してレーザガス中に対向して配設さ
れている。また、予備電離電極３ｂは主電極１を機械的
に支持する導体から電気的に絶縁されてレーザガス中か
ら引き出され、コンデンサＣｓ５に接続されている。ざ
らに、充電用インダクタンス６の一端は予備電離電極３
ｂとコンデンサＣｓ５に共通接続され、他端は接地され
ている。また、コンデンサＣｓ５はスイッチ７を介して
接地されると共に、充電抵抗８を介して高圧電源ＨＶ９
に接続されている。さらに、主電極１，２間にはコンデ
ンサＣｂｌＯが接続されている。そして、これらのコン
デンサ及びインダクタンス類は、一つもしくは複数個が
並列に接続されて構成されている。また、紙面に垂直方
向には光共振器（図示せず）が配設されている。 ［０００４］この様に構成された従来のパルスレーザ発
振装置は、以下に述べるように動作する。即ち、初期状
態においては、スイッチ７は開いており、高圧＠ＨＨｖ
９−充電抵抗８−コンデンサＣｓ５−充電用インダクタ
ンス６−接地の経路で、コンデンサＣｓ５は充電されて
いる。一方、コンデンサＣｂｌＯは充電されていないの
で、主電極１は接地電位となっている。次いで、スイッ
チ７が閉じられると、コンデンサＣｓ５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Ｃｓ５の予備
電離電極３ｂ側の電位は、コンデンサＣｓ５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。一方、
予備電離電極３ａは接地電位なので、ギャップ４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によって、主電
極１，２間のレーザガスが予備電離される。また、コン
デンサＣｓ５に蓄えられた電荷は、スイッチ７−コンデ
ンサＣｓ５−予備電離電極３ｂ−ギャップ４−子備＠離
電極３ａ−主電極１−コンデンサＣｂｌＯの経路で流れ
９コンデンサＣｂｌＯが充電されていく。この様にして
コンデンサＣｂｌＯ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、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。 ［０００５］

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の様な
従来のパルスレーザ発振装置においては、コンデンサＣ
８５の充＠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の寿命も短くなるといった欠点が
あった。また、スイッチ７の特性で決まる許容電流最大
値及び許容電流変化率以上には充＠電圧をあげることが
できなかった。 ［０００６］この様に、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のは困
難であった。また、従来の方式のエキシマレーザの場合
は、放電破壊電圧はコンデンサｃｂｉｏの端子電圧変化
率に影響されて決まり、外部から制御できないので、放
電開始電圧を上げることができず、放電注入エネルギー
密度を高めることができなかった。さらに、放電インピ
ーダンスが非常に低いため、グロー放＠１１の主電極の
対向方向の放電長を長くして放電インピーダンスを高め
、コンデンサＣｓ５とコンデンサＣｂｌＯと回路の残留
インダクタンスで決まる励起電源回路の放電インピーダ
ンスと整合させるようにしてきた。しかしながら、この
場合には、グロー放＠１１の放電安定性は放電ギャップ
長が長くなるにしたがって低下し、グロー放電１１に注
入可能なエネルギー密度が低く抑えられるため、レーザ
の発振効率の上限が低くなるといった問題や、放電が不
安定になることから、レーザ光の強度が不安定になると
いった問題があった。 ［０００７１本発明は、上記の様な従来技術の欠点を解
消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、グロー放電に注入可能なエ
ネルギー密度を高めてレーザの発振効率を上げ、高効率
で、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１ ［０００８］

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザガスを
気密充填した容器内に一対の主電極を対向配置し、前記
主電極間にコンデンサを接続して主電極の対向する方向
と直交する方向にレーザ光を出射するパルスレーザ発振
装置において、主電極間の対向長を、主電極のレーザガ
ス流と同方向の面長に対して１／２以下となるようにし
、また、主電極の長手方向と直交する方向から、主電極
間に短波長光を照射する装置を主電極の外部に設けたこ
とを特徴とするものである。 ［０００９］

【作用】本発明のパルスレーザ発振装置によれば、主電
極間に印加されるパルス電圧の波高値を大幅に低減する
ことができ、また、スイッチ素子の動作責務を低減し、
グロー放電の放電安定性を高めて、注入可能なエネルギ
ー密度を上げることができる。 ［００１０１

【実施例］以下、本発明の一実施例を図１に基づいて具
体的に説明する。なお、図２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。 ［００１１１本実施例においては、図１に示した様に、
主電極１，２間の対向長Ａが、前記主電極１，２のレー
ザガス流と同方向の面長Ｂに対して、１／２以下となる
ように設定されている。また、高圧電源ＨＶ９は充電抵
抗８を介してコンデンサＣｓ５に接続され、コンデンサ
Ｃｓ５の他端はコンデンサＣｂｌＯに接続されると共に
、充電用インダクタンス６により接地されている。さら
に、充電抵抗８とコンデンサＣｓ５の接続点と接地間に
スイッチ７が接続されている。また、コンデンサｃｂ１
０は接地電位を介して主電極１，２間に接続されている
。さらに、主電極１，２の長手方向と直交する方向から
、主電極間に短波長光を照射する装置（図示せず）が、
主電極の外部に設けられている。この短波長光を照射す
る装置としては、Ｘ線源等を用いることができる。 また、以上のコンデンサ、抵抗及びインダクタンス類は
、一つまたは複数個が並列に接続されて構成されている
。 ［００１２］なお、上述した様に、主電極１，２間の対
向長Ａが前記主電極１．２の面長Ｂに対して、Ａ＜１／
２・Ｂとなるようにしたのは、主電極間の放電インピー
ダンスとグロー放電に注入可能なエネルギー密度から、
本発明者等が鋭意検討した結果に基づくものである。 ［００１３］この様な構成を有する本実施例のパルスレ
ーザ発振装置は、以下に述べる様に作用する。即ち、初
期状態ではスイッチ７は開いており、高圧°１原ＨＶ９
充電抵抗８−コンデンサＣｓ５−充電用インダクタンス
６−接地の経路で、コンデンサＣｓ５は充電されている
。一方、コンデンサＣｂｌＯは充電されていないので、
主電極１は接地電位となっている。次いで、スイッチ７
が閉じられると、コンデンサＣｓ５のスイッチ７側の電
位は接地電位となり、コンデンサＣｂｌＯに高圧電源Ｈ
Ｖ９と逆の極性の電圧が加わる。また、コンデンサＣｓ
５に蓄えられた電荷は、スイッチ７−コンデンサＣ８５
−コンデンサＣｂｌＯの経路で流れ、コンデンサＣｂｌ
Ｏが充電されていく。 ［００１４］そして、一定の時間が経過し、コンデンサ
Ｃｓ５の電荷がコンデンサＣｂｌＯに移行した時点で、
図示していないＸ線源からＸ線１２が主電極１，２の側
方から照射されると、主電極１，２間のレーザガスが予
備電離され、主電極間の電子密度が増加していく。そし
て、主電極１，２間の電圧が、主電極１，２間のレーザ
ガスの放電破壊電圧に達すると、主電極１．　２間にグ
ロー放電が形成され、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１３が出射される。 この場合、レーザ光１３の断面形状は、図１に示した様
に、主電極１，２間の対向長Ａが、前記主電極１，２の
レーザガス流と同方向の面長Ｂに対して、Ａ＜１／２・
Ｂとなるように設定されているため、主電極］、２間の
放電長は短くなり、グロー放電１１の放電安定性は大幅
に向上する。また、Ｘ線１２によって主電極１，２間が
一様に予備電離されるので、グロー放電の放電均一性は
非常に高く、グロー放電に注入可能なエネルギー密度も
大幅に向上する。その結果、エキシマレーザにおいては
、特にレーザ発振効率が向上する。一方、主電極間の放
電長が短くなっているため放電インピーダンスが低くな
るが、Ｘ線源から照射されるＸ線１２の作用で放電開始
時刻を制御することができるため、単位長あたりの放電
破壊電圧を従来より高くすることができ、放電インピー
ダンスを高くすることができる。また、コンデンサＣ８
５に蓄えた電荷をすべてコンデンサＣｂｌＯに移行した
後にグロー放電を発生できるため、エネルギー移行効率
も向上する。さらに、コンデンサＣｂｌＯと主電極１．
２とから形成される放電回路の残留インダクタンスを低
減させることにより、放電インピーダンスと励起電源回
路のインピーダンスを整合させている。 ［００１５］この様に、本実施例によれば、放電破壊電
圧を低減することができるので、スイッチ７に加わる電
圧も低減され、半導体スイッチの使用が可能となり、パ
ルスレーザ発振装置の高繰り返し化、長寿命化に有利と
なる。 ［００１６］ 【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、主電
極間の対向長を、主電極のレーザガス流と同方向の面長
に対して１／２以下となるようにし、また、主電極の長
平方向と直交する方向から、主電極間に短波長光を照射
する装置を主電極の外部に設けることによって、スイッ
チの動作責務を大幅に低減し、グロー放電に注入可能な
エネルギー密度を高めてレーザの発振効率を上げ、高効
率で、長寿命のパルスレーザ発振装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のパルスレーザ発振装置の一実
施例を示す構成図である。

【図２】図２は、従来のパルスレーザ発振装置の一例を
示す構成図である。

【符号の説明】

１　主電極 ２　主電極 ３ａ　予備電離電極 ３ｂ　予備電離電極 ４　ギャップ ５　コンデンサＣｓ 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　　Ｘ線 １３　レーザ光 Ａ　主電極間の対向長 Ｂ　主電極の面長

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザガスを気密充填した容器内に一対の
   主電極を対向配置し、前記主電極間にコンデンサを接続
   して主電極の対向する方向と直交する方向にレーザ光を
   出射するパルスレーザ発振装置において、前記主電極間
   の対向長を、前記主電極のレーザガス流と同方向の面長
   に対して１／２以下となるようにし、また、前記主電極
   の長手方向と直交する方向から、主電極間に短波長光を
   照射する装置を主電極の外部に設けたことを特徴とする
   パルスレーザ発振装置。