JPH05206553A - パルスレーザ電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予備電離電極の消耗を抑制し、また広い面か
らスパーク光を発生することができるパルスレーザ電極
を得る。 【構成】 第１の主電極１に対向する位置に配設された
第２の主電極の電極長手方向両側に、１本のピン状予備
電離電極１０と１つの扇型予備電離電極１１とが一対と
なって構成された予備電離電極対１２が、複数組配列さ
れている。また、前記扇型予備電離電極１１は、その先
端部に段差が設けられ、ピン状予備電離電極の先端部１
０ａと対向する部分１１ａが扇形の円弧を描く様に構成
されている。そして、この扇型の円弧部分１１ａが主電
極２側に近接するように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパルスレーザ発振装置に
用いられるパルスレーザ電極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザ媒質として気体を用いて
レーザ発振を得るためには、主放電電極間においてレー
ザ媒質が空間的に均一なグロー放電を発生させることを
必要とするが、ＴＥＡーＣＯ₂ レーザやエキシマレーザ
等の短パルスレーザ光を発生させる高繰返しパルスレー
ザ発振装置では、その動作圧力が大気圧以上の高圧であ
るため、上記の放電は収束し、アーク放電になりやす
い。これを防止するために、主放電空間の電界分布を調
整したり、主放電に先立って主放電空間の電子密度を予
め高めるために予備電離を行うのが普通である。

【０００３】図６は従来のパルスレーザ電極の一例を示
すものである。即ち、レーザ媒質中に配置される第１の
主電極１に対向する位置に、第２の主電極２が配設さ
れ、前記第２の主電極２の長手方向両側に複数個のピン
状予備電離電極３が、ある一定の間隔で配設されてい
る。このピン状予備電離電極３は、ピン状の金属３ａと
その両端以外の外周部分を覆う絶縁物３ｂとから構成さ
れている。そして、バラストインダクタンス６を介し
て、高圧パルス電源８に接続されている。

【０００４】また、前記ピン状予備電離電極３の外側、
即ち、ピン状予備電離電極３を挟んで第２の主電極２と
向かい合う位置に、板状予備電離電極４が第２の主電極
２と等電位となるように配設されている。そして、前記
ピン状予備電離電極３の各先端部と板状予備電離電極４
の端部は、１ｍｍ程度の距離を保って配置されており、
両者合わせて一組の予備電離電極対が構成されている。
また、前記２つの主電極１，２は、ピーキングコンデン
サ５を介して電気的に接続されている。

【０００５】この様に構成された従来のパルスレーザ電
極においては、高圧パルス電源８から高圧パルスが印加
されると、まず、高圧パルス電源８→バラストインダク
タンス６→ピン状予備電離電極３→板状予備電離電極４
→ピーキングコンデンサ５の回路に電流が流れ、ピーキ
ングコンデンサ５が充電される。この時、ピン状予備電
離電極３と板状予備電離電極４の間の小ギャップで起こ
るスパーク放電によって、紫外線７が発生する。この紫
外線により光電離されて電子が生成し、第１の主電極１
と第２の主電極２の間の空間が予備電離される。

【０００６】続いて、充電を続けるピーキングコンデン
サ５に加わる電圧が、主電極１，２間の放電破壊電圧に
達すると、主放電が開始しレーザ光が発生する。この
際、前記予備電離は主放電をグロー状の均一な放電とす
るために用いられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た様な構成を有する従来のパルスレーザ電極には、以下
に述べる様な解決すべき課題があった。即ち、ピン状予
備電離電極３の先端と、そこから最も近い位置に存在す
る金属部である板状予備電離電極４の一部との間に、予
備電離のためのスパーク放電が発生するため、放電回数
を重ねるにつれて、スパーク放電が生じる部分の電極の
消耗が激しくなる。つまり、図７（Ａ）に示した様な予
備電離電極の初期状態からショット数を重ねると、図７
（Ｂ）に示した様に、スパーク放電のエネルギーが集中
する一点を中心にして、両予備電離電極３，４は部分的
にえぐれてしまう。

【０００８】このため、ピン状予備電離電極３と板状予
備電離電極４の間隔が広がってしまうため、初期の予備
電離強度を長時間にわたって維持することができない。
従って、長時間のレーザ動作を行うと、充分に予備電離
が行われない状態で主放電が点弧することになり、安定
な主放電を維持することが困難となっていた。

【０００９】また、スパーク放電が点状でしか点弧しな
いため、スパーク光の光量が少なく、主放電空間を予備
電離するのに充分な予備電離強度が得られないといった
欠点もあった。さらに、紫外線に替えてＸ線を用いる予
備電離方式が考えられるが、高繰返し動作に適さず、装
置が大型化しコストが大幅に増大するという欠点があっ
た。

【００１０】本発明は、上述した様な従来技術の問題点
を解決するために提案されたもので、その目的は、予備
電離電極の消耗を抑制し、また広い面からスパーク光を
発生することができ、安定なグロー放電を維持して高出
力のレーザ光を得ることができる、高効率のパルスレー
ザ電極を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、対向して配置された第１の主電極と第２の主電極を
備え、両主電極間に生じる主放電に先立って、主放電空
間を予備電離するパルスレーザ電極において、前記主放
電空間を予備電離するための予備電離電極を、ピン状の
金属電極とその周囲に絶縁物を介して配設した扇型の金
属電極とから構成し、前記ピン状の金属電極の先端部と
扇型金属電極端との間にスパーク放電を発生させ、それ
により生じた紫外光で主放電空間を予備電離するように
構成したことを特徴とするものである。

【００１２】請求項２に記載の発明は、同様のパルスレ
ーザ電極において、前記主放電空間を予備電離するため
の予備電離電極を、ピン状の金属電極とその周囲に絶縁
物を介して配設した円筒状の金属電極とから構成し、前
記ピン状の金属電極の先端部と円筒状の金属電極端との
間にスパーク放電を発生させ、それにより生じた紫外光
で主放電空間を予備電離するように構成したことを特徴
とするものである。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、ピン状の金属
電極と扇型の金属電極との間で発生する幅の広い紫外線
を主放電空間に照射することができ、また、予備電離電
極の消耗を少なくすることができるので、主放電空間の
広い範囲にわたり一様な予備電離が可能となり、安定で
励起強度の高いグロー放電を点弧させることができる。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、ピン状の
金属電極と円筒状の金属電極との間で発生する幅の広い
紫外線を主放電空間に照射することができ、また、予備
電離電極の消耗を少なくすることができるので、主放電
空間の広い範囲にわたり一様な予備電離が可能となり、
安定で励起強度の高いグロー放電を点弧させることがで
きる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図５に基
づいて具体的に説明する。なお、図６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。

【００１６】（Ａ）第１実施例 本実施例においては、図１に示した様に、第１の主電極
１に対向する位置に配設された第２の主電極の電極長手
方向両側に、１本のピン状予備電離電極１０と１つの扇
型予備電離電極１１とが一対となって構成された予備電
離電極対１２が、複数組配列されている。また、前記扇
型予備電離電極１１は、その先端部に段差が設けられ、
ピン状予備電離電極の先端部１０ａと対向する部分１１
ａが扇形の円弧を描く様に構成されている。そして、こ
の扇型の円弧部分１１ａが主電極２側に近接するように
配置されている。

【００１７】図２は、前記予備電離電極対１２の先端部
の構成を示したものである。即ち、ピン状予備電離電極
１０を中心として、その周囲に中空の円筒状金属から成
る扇型予備電離電極１１が配設されている。また、ピン
状予備電離電極１０と扇型予備電離電極１１の間には、
その先端部を除いて、電気的絶縁を図るための絶縁物１
３が充填されている。

【００１８】また、ピン状予備電離電極１０は、配線の
インダクタンスが等しくなる様に、各々個別にバラスト
インダクタンス６を介して高圧パルス電源８に接続され
ている。一方、扇型予備電離電極１１は、第２の主電極
２及びピーキングコンデンサ５と電気的に接続されてい
る。

【００１９】この様な構成を有する本実施例のパルスレ
ーザ電極の動作及び作用を以下に説明する。即ち、ピン
状予備電離電極１０に高圧パルス電源８から高圧パルス
が印加されると、バラストインダクタンス６の作用で、
各ピン状予備電離電極１０に等しく電流が分流される。
この電流によりピン状予備電離電極１０の先端部１０ａ
と、それから最も近い金属端である対向する扇型予備電
離電極１１の先端円弧部１１ａとの間において、線状に
スパーク放電が発生し、これにより生じた紫外線７が第
２の主電極２の長手方向両側から主放電空間に照射され
る。

【００２０】同時に、このスパーク放電により流れた電
流は、扇型予備電離電極１１を介して、主電極２からピ
ーキングコンデンサ５を充電しながらアースに流れる。
そして、ピーキングコンデンサ５の電圧が上昇して、主
電極１と主電極２の間に充填されているレーザ媒質ガス
の放電破壊電圧に到達すると、両主電極１，２間に主放
電が点弧し、光共振器（図示せず）の作用でレーザ光が
電極長手方向に発生する。

【００２１】この様に、本実施例のパルスレーザ電極を
用いると、従来、一点に集中して発生していた予備電離
のためのスパーク放電が、扇型予備電離電極１１の先端
部の円弧に沿って線状に発生するため、各予備電離電極
先端部のごく一部のみに局所的にかかっていた電気的負
担が大幅に緩和される。その結果、金属のスパッタリン
グ等による予備電離電極の消耗が軽減されるため、予備
電離電極形状の変化が抑制される。

【００２２】これにより、予備電離強度、予備電離空
間、予備電離の均一性等の予備電離条件は、長時間にわ
たり一定条件に保持されるので、レーザ主放電の安定
性、均一性が長時間にわたり保証される。また、スパッ
タリング等によって発生した金属微粒子による、レーザ
発振光を外部に取り出すためのレーザウィンドウの汚染
をも防ぐことができる。

【００２３】さらに、予備電離が扇型予備電離電極の円
弧に沿って線状に起こるため、一対の予備電離電極対１
２が予備電離させることのできる空間が広くなる。ま
た、主電極に近接する空間で集中的に発生するため、主
放電空間に強度の強い予備電離光を照射して充分な予備
電離を行うことができる。その結果、空間的に均質でム
ラの少ない安定した予備電離を実現することができるた
め、レーザ励起強度が高まり、発振効率も大幅に向上す
る。

【００２４】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、例えば、扇型予備電離電極はピン状予
備電離電極と対向する先端部のみが、ピン状予備電離電
極を中心とした扇型の円弧を描いておればよく、図３
（Ａ）に示した様に、扇型予備電離電極１４を半円筒形
状に構成することもできる。また、図３（Ｂ）に示した
様に、ピン状予備電離電極と対向する先端部以外は、細
幅の棒状に構成しても良く、周囲の放電部構造、放電回
路などに合わせて、個々の場合において最適な形状をと
ることが可能である。

【００２５】（Ｂ）第２実施例 本実施例においては、図４に示した様に、第１の主電極
１に対向する位置に配設された第２の主電極２の電極長
手方向両側に、１本のピン状予備電離電極２０と１つの
中空の円筒状予備電離電極２１とが一対となって構成さ
れた予備電離電極対２２が、複数組配列されている。

【００２６】図５（Ａ）（Ｂ）は、前記予備電離電極対
２２の先端部の構成を示したものである。即ち、ピン状
予備電離電極２０を中心として、その周囲に中空の円筒
状予備電離電極２１が配設され、両者間には、その先端
部を除いて、電気的絶縁を図るための絶縁物２３が充填
されている。

【００２７】また、ピン状予備電離電極２０は、配線の
インダクタンスが等しくなる様に、各々個別にバラスト
インダクタンス６を介して高圧パルス電源８に接続され
ている。一方、円筒状予備電離電極２１は、第２の主電
極２及びピーキングコンデンサ５と電気的に接続されて
いる。

【００２８】この様な構成を有する本実施例のパルスレ
ーザ電極の動作及び作用を以下に説明する。即ち、ピン
状予備電離電極２０に高圧パルス電源８から高圧パルス
が印加されると、バラストインダクタンス６の作用で、
各ピン状予備電離電極２０に等しく電流が分流される。
この電流によりピン状予備電離電極２０の先端部と、そ
れから最も近い金属端である対向する円筒状予備電離電
極２１の先端円周部との間において、線状にスパーク放
電が発生し、これにより生じた紫外線７が第２の主電極
２の長手方向両側から主放電空間に照射される。

【００２９】同時に、このスパーク放電により流れた電
流は、円筒状予備電離電極２１を介して、主電極２から
ピーキングコンデンサ５を充電しながら、主電極からア
ースに流れる。そして、ピーキングコンデンサ５の電圧
が上昇して、主電極１と主電極２の間に充填されている
レーザ媒質ガスの放電破壊電圧に到達すると、両主電極
１，２間に主放電が点弧し、光共振器（図示せず）の作
用でレーザ光が電極長手方向に発生する。

【００３０】この様に、本実施例のパルスレーザ電極を
用いると、従来、一点に集中して発生していた予備電離
のためのスパーク放電が、円筒状予備電離電極２１の先
端部の円周に沿って線状に発生するため、各予備電離電
極先端部のごく一部のみに局所的にかかっていた電気的
負担が大幅に緩和される。その結果、金属のスパッタリ
ング等による予備電離電極の消耗が軽減されるため、予
備電離電極形状の変化が抑制される。

【００３１】従って、予備電離強度、予備電離空間、予
備電離の均一性等の予備電離条件は、長時間にわたり一
定条件に保持されるので、レーザ主放電の安定性、均一
性が長時間にわたり保証される。また、スパッタリング
等によって発生した金属微粒子による、レーザ発振光を
外部に取り出すためのレーザウィンドウの汚染をも防ぐ
ことができる。

【００３２】さらに、予備電離が円筒状予備電離電極の
円周に沿って線状に起こるため、より広い範囲にわたり
予備電離光を照射することができる。その結果、空間的
に均質でムラの少ない安定した予備電離を実現すること
ができるため、レーザ励起強度が高まり、発振効率も大
幅に向上する。

【００３３】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、予備
電離電極を、ピン状の金属電極とその周囲に絶縁物を介
して配設した扇型の金属電極あるいは円筒状の金属電極
とから構成し、ピン状の金属電極の先端部と扇型金属電
極端あるいは円筒状の金属電極端との間にスパーク放電
を発生させ、それにより生じた紫外光で主放電空間を予
備電離するように構成することにより、予備電離電極の
消耗を抑制し、また広い面からスパーク光を発生するこ
とができ、安定なグロー放電を維持して高出力のレーザ
光を得ることができる、高効率のパルスレーザ電極を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルスレーザ電極の第１実施例を示す
斜視図

【図２】（Ａ）は図１に示した実施例の予備電離電極対
の先端部の拡大斜視図、（Ｂ）はその断面図

【図３】（Ａ）（Ｂ）は図１に示した第１実施例の他の
構成例を示す斜視図

【図４】本発明のパルスレーザ電極の第２実施例を示す
斜視図

【図５】（Ａ）は図２に示した実施例の予備電離電極対
の先端部の拡大斜視図、（Ｂ）はその断面図

【図６】従来のパルスレーザ電極の斜視図

【図７】（Ａ）は従来のパルスレーザ電極の予備電離電
極対の要部斜視図、（Ｂ）はその消耗の様子を示す斜視
図

【符号の説明】

１…第１の主電極 ２…第２の主電極 ３…ピン状予備電離電極 ４…板状予備電離電極 ５…ピーキングコンデンサ ６…バラストインダクタンス ７…紫外線 ８…高圧パルス電源 １０…ピン状予備電離電極 １１…扇型予備電離電極 １２…予備電離電極対 １３…絶縁物 １４，１５…扇型予備電離電極 ２０…ピン状予備電離電極 ２１…円筒状予備電離電極 ２２…予備電離電極対 ２３…絶縁物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向して配置された第１の主電極と第２
   の主電極を備え、両主電極間に生じる主放電に先立っ
   て、主放電空間を予備電離するパルスレーザ電極におい
   て、 前記主放電空間を予備電離するための予備電離電極を、
   ピン状の金属電極とその周囲に絶縁物を介して配設した
   扇型の金属電極とから構成し、前記ピン状の金属電極の
   先端部と扇型金属電極端との間にスパーク放電を発生さ
   せ、それにより生じた紫外光で主放電空間を予備電離す
   るように構成したことを特徴とするパルスレーザ電極。
2. 【請求項２】 対向して配置された第１の主電極と第２
   の主電極を備え、両主電極間に生じる主放電に先立っ
   て、主放電空間を予備電離するパルスレーザ電極におい
   て、 前記主放電空間を予備電離するための予備電離電極を、
   ピン状の金属電極とその周囲に絶縁物を介して配設した
   円筒状の金属電極とから構成し、前記ピン状の金属電極
   の先端部と円筒状の金属電極端との間にスパーク放電を
   発生させ、それにより生じた紫外光で主放電空間を予備
   電離するように構成したことを特徴とするパルスレーザ
   電極。