JPH0480978A - 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、炭酸力スレーサ、エキシマレーザ等のパルス
レーザ装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等の各種高繰返
しパルスレーザ装置は、同位体分離、半導体プロセス、
表面改質等多くの用途が期待されている。これらの用途
に用いるためには、レーザ光の高繰返し化、高ピークパ
ワー化、安定化等の性能が要求されるが、その中でも特
に高繰返し化が重要である。一般に、高繰返し電源のス
イッチング素子として、サイラトロンや半導体素子が用
いられるか、その寿命及び早い電流立ち上りによる発熱
等の問題かあり、これらを解決する方法として、スイッ
チング電源の後段に、磁気パルス圧縮回路（以下、ＭＰ
Ｃ回路と称す）が用いられている。このＭＰＣ回路は、
非晶質のコアーからできている可飽和リアクトルとコン
デンサを組合わせて構成されるのが一般的である。

第４図に上記の様なＭＰＣ回路を用いたパルスレーザ装
置の構成例を示した。即ち、主電極１匹び予備電離電極
２などから成る放電部が１つのユニットとして組立てら
れ、レーザガスを循環さゼる送風機３及びレーザガスを
冷却する熱交換器４と共に風洞タンク５ａ内に収納され
ている。また前記風洞タンク５ａの上面には、タンク内
外の電気的接続を行うための開口部５ｂが設けられ、接
続片２０を介して前記放電部に接続された貫通端子８ａ
が配設された絶縁板カバー２１が、前記開口部５ｂに設
けられたフランジ２２に取付けられタンク内部のガスシ
ールを行っている。一方、可飽和リアクトル１０とコン
デンサ１１とから成るＭＰＣ回路は、ＭＰＣタンク６ａ
内に収納され、また、このＭＰＣタンク６ａ内には、冷
却と絶縁のために絶縁油１３が充填されている。さらに
、ＭＰＣタンク６ａの下面には、そのタンク壁を貫通し
て貫通端子８ｂが取付けられている。そして前記放電部
とＭＰＣ回路とが、貫通端子８ｂ、接続片２３、貫通端
子８ａ、接続片２ｏを介して接続されている。また、前
記ＭＰＣタンク６ａは、風洞タンク５ａの上部に配設さ
れた支持部材２４の上に、ＭＰＣタンク６ａの側部に突
出して設けられた支持受は部材２５をのせるようにして
、風洞タンク５ａの上に固定されている。なお、風洞タ
ンク５ａの側部には扉２６が設けられ、放電部において
電極部の摩耗等か生じても、その保守・点検作業を行え
るように構成されている。

さらに、光共振器用ミラーを取付けたミラー固定板（図
示せず）が、放電部を挟んで光軸方向前後（紙面前面側
と背面側）に配設されている。このミラー固定板は、低
熱膨張係数を有する４本の支持棒１５ａ〜１５ｄによっ
て支持されている。

また、この４本の支持棒の内、上方に配設される２本の
支持棒１５ａ、１５ｂは、風洞タンク５ａとＭＰＣタン
ク６ａの間の空間内に配設され、他の２本の支持棒１５
ｃ、１５ｄは、風洞タンク５ａを貫通するように配設さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、炭酸ガスレーザ、エキシマし−サ等のパルス
レーザ装置においては、レーザガス圧か大気圧以上であ
るため、安定した放電を得るには、ＭＰＣ回路から放電
部に早い立上りの電圧・電流を流し込む必要がある。一
般に、ＭＰＣ回路から放電部に印加される電圧の立上り
時間は、次式で表わされる。

Ｔ＝πφＴコ耳Ｔ「Ｃ・・・（１） Ｌｓ：ＭＰＣ回路可飽和リアすトル 飽和時インダクタンス Ｌ□　：ＭＰＣ回路最終段から放電部 までの漂遊インダクタンス Ｃ２：ＭＰＣ回路最終段のコンデンサ 容量 ここで、静電容量ｃ２は放電部への注入エネルギーによ
って必然的に決まるので、立上り時間Ｔは、Ｌ工＋Ｌｓ
で決まるといえる。このインダクタンスＬｓは、最終段
ＭＰＣ回路がら放電部までの距離ρ２に大きく依存し、
構造物や工作性の点がら、この距離が比較的長くなり、
結局、インダクタンスＬｓはＬｌの約５０〜１００％と
なる。しかしながら、放電部電流立上り時間の制限から
、総インダクタンスＬ＝Ｌ、＋Ｌｓはある値以下に抑え
なくてはならないため、可飽和リアクトルのインダクタ
ンスＬ１を小さくすることで、総インダクタンスを抑制
していた。この様に、可飽和リアクトルのインダクタン
スを小さくするためには、巻線の巻回数を少なくし、鉄
心の断面積を増加させる必要がある。しかし、鉄心は、
高周波特性の良い、高価な非晶質金属から構成されてい
るため、その断面積を増大することは大幅なコストアッ
プとなっていた。

また、風洞タンク５ａのレーザガスの気密性を保つため
、ＭＰＣタンク６ａと放電部との間に、風洞タンク５ａ
の内外を電気的に接続する貫通端子８ａを配設した絶縁
板カバー２１が必要となり。

また、ＭＰＣ回路と放電部とを電気的に接続するために
、貫通端子８ａ、８ｂ及び接続片２３が必要となるため
、構造が複雑化し、組立作業が繁雑なものとなっていた
。さらに、ＭＰＣタンク６ａの荷重を支えるために、支
持部材２４及び支持受は部材２５が必要となり、また、
支持部材２４を配設するため、放電部から貫通端子８ｂ
の上端部までの長さΩ２が長くなり、装置全体の高さが
高くなるといった欠点もあった。

さらに、上述した様に、光共振器用ミラーを取付けたミ
ラー固定板（図示せず）を支持するための４本の支持棒
１５ａ〜１５ｄの内、上方に配設される２本の支持棒１
５ａ、１５ｂが、風洞タンク５ａとＭＰＣタンク６ａの
間の空間内に配設され、他の２本の支持棒１５ｃ、１５
ｄが、放電部の下方に風洞タンク５ａを貫通するように
配設されるため、上下支持棒の間隔Ｈ２が大きくなり、
ミラー固定板の寸法が大きくなっていた。その結果、光
共振器の安定性も低下していた。

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、構造の簡略化を図り、可飽和リアクト
ルの小型化を可能とした、コンパクトで安定性に優れた
パルスレーザ装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） 本発明は、磁気パルス圧縮回路及びこれを収納するＭＰ
Ｃタンクと、放電部、送風機及び熱交換器を収納した風
洞タンクとを備えて成るパルスレーザ装置において、風
洞タンクの内部にＭＰＣタンクを収納配置し、両者の間
の空間をレーザガスが循環する循環ダクトとし、その内
部に前記放電部、送風機及び熱交換器を配設し、また、
風洞タンクとＭＰＣタンクとの間に貫通端子を配設し、
この貫通端子を介してＭＰＣ回路と放電部とを電気的に
接続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、風洞タンクの内部
にＭＰＣタンクが収納配置されるので、装置の小形化が
可能となる。また、両タンクを接続する接続線の漂遊イ
ンダクタンスをを小さくすることができ、可飽和リアク
トルのインダクタンスの許容値を大きくすることかでき
る。また、構造が簡略化されるので、組立工程も単純化
される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図に基ついて具体的に説
明する。なお、第４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、風洞タンク
３０の内部にＭＰＣタンク３１が配設され、両者の間の
空間３２がレーザガスの循環ダクトとして用いられてい
る。また、前記風洞タンク３０の内側面には、主電極１
及び予備電離電極２などから成る放電部ユニット９、送
風機３及び熱交換器４がそれぞれ取付けられている。な
お、これらは、風洞タンク３０の外側から着脱可能に取
付けられている。一方、風洞タンク３０の内部に配設さ
れたＭＰＣタンク３１内には、可飽和リアクトル１０、
コンデンサ１１から成るＭＰＣ回路が収納され、絶縁と
冷却のために絶縁油１３が充填されている。また、ＭＰ
Ｃタンク３１の側面の内、前記放電部ユニット９と対向
する側面には貫通端子８が設けられ、この貫通端子８を
介して、放電部ユニット９とＭＰＣ回路とが電気的に接
続されている。さらに、光軸上に対向して配設されるミ
ラー固定板である出力側共振器板とリア側共振器板（図
示せず）は、低熱膨張係数を有する４本の支持棒１５ａ
〜１５ｄによって支持されているが、この４本の支持棒
の内、上方に配設される２本の支持棒１５ａ、１５ｂは
、風洞タンク３０の外側（大気側）の放電部ユニット９
の近傍に配設され、他の２本の支持棒１５ｃ、１５ｄは
、ＭＰＣタンク３１を貫通するように配設されている。

この様な構成を有する本実施例のパルスレーザ装置にお
いては、ＭＰＣタンク３０と放電部の間に絶縁板カバー
は配設されず、可飽和リアクトル１０から放電部までの
電路長ｇ１　（貫通端子８の下端から放電部まで）は、
第４図に示した従来の長さＩ２に比べて大幅に短くなる
ため、ＭＰＣ回路と放電部間の漂遊インダクタンスもほ
ぼ電路長ｇ１に比例して小さくなる。また、放電部に印
加される電圧の立上り時間を従来例と同一にするには、
（１）式で示した様に、Ｌ、＋Ｌｓを一定にすれば良く
、本実施例においては、漂遊インダクタンスＬｓが減少
した分、可飽和リアクトルの飽和時インダクタンスＬ１
を大きくすることができる。

一方、可飽和リアクトル鉄心の断面積Ｓは、飽和時のイ
ンダクタンスＬ１との間に、 Ｓｏｃ　ｖ／／　（Ｖ’Ｔ１　−ΔＢ）（ｖ：電圧、Δ
Ｂ＝飽和磁束密度） の関係があり、可飽和リアクトルの飽和時インダクタン
スを大きくできる分に相当して、可飽和リアクトルの鉄
心の断面積を小さくすることができる。その結果、可飽
和リアクトル鉄心の材料である高価な非晶質金属の使用
量を低減することができるので、大幅なコストの削減が
可能となる。

また、風洞タンク３０内にＭＰＣタンク３１を収納して
いるので、従来の様に両者を２段重ねにしていた場合に
比べて、その高さは半減する。さらに、重量の大きいＭ
ＰＣタンク３１の配設位置が従来に比べて下方になるの
で、装置全体の重心が下がり、安定性が向上する。また
、放電部ユニット９、送風機３及び熱交換器４が、風洞
タンク３０の外部から着脱可能に取付けられているため
、それらの保守・点検作業が容易に行える。特に、熱交
換器４の冷却水配管をタンク外に引き出すことが容易と
なるため、風洞タンク内での水漏れの危険性か大幅に低
減される。

さらに、４本の支持棒１５ａ〜１５ｄの内、上方に配設
される２本の支持棒１５ａ、１５ｂを風洞タンク３０の
外側（大気側）の放電部ユニット９の近傍に配設し、他
の２本の支持棒１５ｃ、１５ｄをＭＰＣタンク３１を貫
通するように配設したため、上下支持棒の間隔Ｈ−が従
来に比べて非常に小さくなり、ミラー固定板の小形化が
可能となる。また、光出力及びモードの安定性も大幅に
向上する。

この様に、本実施例によれは、ＭＰＣ回路と放電部間の
漂遊インダクタンスを小さくすることができるため、可
飽和リアクトルのインダクタンスし、を大きくすること
かでき、可飽和リアクトルの鉄心の断面積を小さくする
ことができる。また、風洞タンク内にＭＰＣタンクを収
納配置することによって、構造か簡略化され、組立工程
も簡単なものとなる。さらに、共振器ミラー固定板の小
形化及び光出力の安定性の向上が図れる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、放電部ユニットとＭＰＣ回路との接続部を、第２図
に示した様に構成しても良い。即ち、ＭＰＣタンク３１
を貫通して配設される貫通端子４０の中心線Ａが、風洞
タンク３０（紙面前面側と背面側の側面）のレーザ光軸
上に設けられたウィンド４１の中心線Ｂと一致するよう
に取付けられている。また、貫通端子４０にはその中心
線上に嵌合穴４２が形成され、その内部に放電部ユニッ
ト９との電気的接続部材である接続棒４３が嵌着され、
スライドコンタクタ−が構成されている。本実施例にお
いては、接続棒４３の中心線が放電部ユニットの中心線
と一致するので、風洞タンク３０内に放電部ユニット９
を取付けることによって、放電部の中心線とウィンド４
１の中心線とを容易に一致させることができる。その結
果、放電部ユニットを取付けた後の光軸センター出しの
調整が不要となるという利点がある。

また、第３図に示した様に、放電部ユニット９０大気側
に、レーザガスの予備電離に有効なＸ線管４４を配設し
、また、放電部ユニット９の上側カバーに、Ｘ線照射用
窓４５を配設しても良い。

この場合は、Ｘ線管４４によって放電部に効率良く予備
電離を起こすことができる。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、風洞タンクの内部に
ＭＰＣタンクを収納配置し、両者の間の空間をレーザガ
スが循環する循環ダクトとし、その内部に前記放電部、
送風機及び熱交換器を配設し、また、風洞タンクとＭＰ
Ｃタンクとの間に貫通端子を配設し、この貫通端子を介
してＭＰＣ回路と放電部とを電気的に接続することによ
って、構造の簡略化及び可飽和リアクトルの小型化を可
能とした、コンパクトで安定性に優れたパルスレーザ装
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断
面図、第２図及び第３図は本発明の他の実施例を示す要
部拡大断面図、第４図は従来のパルスレーザ装置の一例
を示す断面図である。 １・・・主電極、２・・予備電離電極、３・・・送風機
、４・・・熱交換器、５ａ・・・風洞タンク、５　ｂ　
９．、開口部、６ａ・・・ＭＰＣタンク、７・・・絶縁
板、８ａ、　８ｂ・・・貫通端子、９・・・放電部ユニ
ット、１０・・、可飽和リアクトル、１１・・・コンデ
ンサ、１３・・・絶縁油、１５ａ〜１５ｄ・・・支持棒
、２０・・・接続片、２１・・、絶縁板カバー　２３・
・・接続片、２４・・・支持部材、２５・・・支持受は
部材、２６・・・扉、３０・・・風洞タンク、３１・、
・ＭＰＣタンク、４０・・・貫通端子、４１・・・ウィ
ンド、４２・・・嵌合穴、４３・・・接続棒、４４・・
・Ｘ線管、４５・・・Ｘ線照射用窓。 第 図 第 図 第 図 、−１３ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コンデンサと可飽和リアクトルから成る磁気パルス圧縮
   回路（以下、ＭＰＣ回路と称す）及びこれを収納するＭ
   ＰＣタンク、また、レーザ媒質を励起させグロー放電を
   起こす放電部とレーザガスを循環させる送風機及びレー
   ザガスを冷却する熱交換器を収納した風洞タンクとを備
   えて成るパルスレーザ装置において、 前記風洞タンクの内部にＭＰＣタンクを収納配置し、両
   者の間の空間をレーザガスが循環する循環ダクトとし、
   その内部に前記放電部、送風機及び熱交換器を配設し、
   また、前記風洞タンクとＭＰＣタンクとの間に貫通端子
   を配設し、この貫通端子を介して前記ＭＰＣ回路と放電
   部とを電気的に接続したことを特徴とするパルスレーザ
   装置。