JPH0716054B2 - レーザ発振器 - Google Patents

レーザ発振器

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JPH0716054B2
JPH0716054B2 JP6751585A JP6751585A JPH0716054B2 JP H0716054 B2 JPH0716054 B2 JP H0716054B2 JP 6751585 A JP6751585 A JP 6751585A JP 6751585 A JP6751585 A JP 6751585A JP H0716054 B2 JPH0716054 B2 JP H0716054B2
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laser oscillator
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行雄 佐藤
仁志 若田
健雄 春田
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0971Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はパルスレーザ発振器、とくにそのスイツチン
グ素子である水素サイラトロンの動作の安定化に関する
ものである。
〔従来の技術〕
第2図は従来この種のものとして代表的な横方向励起型
パルスレーザ発振器の回路を模式的に示す回路構成図で
あり、特にエキシマレーザ(例えばArF,XeF,XeCl)、TE
ACO2レーザ、窒素レーザ発振器等で良く使われる回路の
一例を示したものである。図において(1)はメインコ
ンデンサ、(2)はメインコンデンサ(1)を充電する
直流高圧電源、(3)はメインコンデンサ(1)の充電
路を形成する充電用インダクタンス、(4)はパルスレ
ーザをスイツチングする水素サイラトロン、(5)は水
素サイラトロン(4)をスイツチングするトリガー、
(6)は水素サイラトロン(4)に流れる電流を制限す
るイングクタンス、(7)(8)はレーザガス中に相対
向して配設された一対の電極で(7)は陰極、(8)は
陽極である。(9)は主放電によつてレーザが励起され
る放電励起部、(10)は放電励起部(9)を主放電に先
立つて予備電離する紫外光、(11)は紫外光(10)を発
生するための予備電離ギヤツプ、(12)は主放電を起こ
すためのピーキングコンデンサ、(13)はレーザガス、
(14)はレーザガスを封じ切るレーザ筐体、(15)はサ
イトロンアノード、(16)はサイトロンカソード、(1
7)は第一グリツド、(18)は第二グリツド、(19)は
サイラトロンカソード(16)を加熱するカソードヒー
タ、(20)は水素を含有する金属カプセル、(21)は金
属カプセル(20)を加熱して水素サイラトロン(4)内
の水素ガス圧力を調整するリザーバーヒータ、(22)は
ヒータ部(19),(20)において発生するサージを吸収
するコンデンサ、(23)はパルスブロツキングトラン
ス、(24)はカソードヒータ用絶縁トランス、(25)は
リザーバーヒータ用絶縁トランス、(26)は商用周波交
流電源である。
次に動作について説明する。レーザ筐体(14)に封入さ
れたレーザガス(13)(例えばKr,F2,Heから成る混合ガ
ス)が、陰極(7)と陽極(8)の間に矢印の方向から
流し込まれ、直流高圧電源(2)により、メインコンデ
ンサ(1)が所定の電圧で充電され、そして、トリガー
(5)から第一グリツド(17)及び第二グリツド(18)
にパルスが与えられると、水素サイラトロン(4)が導
通状態となる。この時、メインコンデンサ(1)に蓄え
られた電荷は、インダタクンス(6)を通して、ピーキ
ングコンデンサ(12)に移行される。その際、予備電離
ギヤツプ(11)はアーク放電で接続され、そこから発生
する紫外光(10)により、陰極(7)の近傍、及び放電
励起部(9)の全域に渡り、レーザガス(13)が弱電離
状態(電子密度ne=106〜1081コ/cm3)となる。ピー
キングコンデンサ(12)の充電により、陰極(7)と陽
電(8)の間の電圧が放電開始電圧に達すると、ピーキ
ングコンデンサ(12)に蓄えられた電荷は、一気に陰極
(7)と陽極(8)の間に流れ、放電励起部(9)にパ
ルス放電が形成される。これは、あらかじめ放電励起部
(9)が紫外光(10)によつ均一な予備電離状態にされ
ているため、均一な放電となる。この放電により形成さ
れた放電励起部(9)では、レーザ媒質が励起され(例
えば、KrF)、レーザ発振が生じる。
このようなパルスレーザ発振器では、1秒間に数十〜数
千回動作させることにより、平均出力が得られている。
このような高繰返し動作を行なうためには、以下の仕様
を満たすスイツチング素子が必要とされる。
保持電圧(サイラトロンに印加できる電圧)が高い
こと。(最大30〜50KV程度) ピーク電流が高いこと。(最大5〜20KA程度) 電流の立ち上がり(di/dt)が早いこと。(最大50
〜200KA/μs程度) 導通状態から非導通状態になるまでの復帰時間が早
いこと。(1〜5μs以下) 高繰返し動作が可能なこと。(数百〜数千PPS) 寿命が長いこと。(108シヨツト以上) これらの仕様を満たすスイツチング素子として、現在の
ところは水素サイラトロン(4)が一般的に使われてい
る。水素サイラトロン(4)は基本的には3極〜5極の
真空管で、内部に若干の水素ガス(もしくは重水素ガ
ス)が封入されている。水素ガスは、真空管に一般に封
入されている希ガス、もしくは水銀等に比べて、イオン
衝撃によるカソードダメージを起こしにくく、なおかつ
再結合が早い(すなわち復帰時間が早くなる)という特
徴を併せ持ち、高繰返しのスイツチング素子を可能とし
ている。
ここで水素サイラトロン(4)の動作を説明する。サイ
ラトロンアノード(15)に正の高電圧が印加された状態
で、トリガー(5)から第一グリツド(17)にパルス電
圧が印加されると、アノード(15)、カソード(16)間
が弱電離状態となる。一定の遅延時間をおいて、トリガ
ー(5)から第二グリツド(18)にパルス電圧が印加さ
れると、少ないジツターで、アノード(15)、カソード
(16)間に放電が形成され、水素サイラトロン(4)は
導通状態となる。この導通状態は、外部回路により電流
が流されている限り、もしくはアノード(15)、カソー
ド(16)間の電圧が反転しない限り続き、それらが実現
した後、水素サイラトロン(4)内部のガスの再結合時
間を経て、非導通状態に復帰する。
ここで水素サイラトロン(4)の動作特性を決めるうえ
で重要なヒーター電圧の設定について述べる。
リザーバーヒータ(21)の電圧は、水素サイラトロンの
動作に以下の影響を与える。
リザーバーヒータ(21)の電圧の減少は、保持電圧を増
加し、復帰時間を減少させる反面、最大の電流の立ち上
がり(di/dt)maxを減少させ、サイラトロンの寿命は著
しく低減される。このため、リザーバーヒータ電圧は、
最低限必要な保持電圧、復帰時間を確保できる限定の電
圧まで増加させ、(di/dt)maxの特性が最大となるよう
に設定するのが望ましい。
一方、カソードヒータ(19)の電圧は、カソードからの
適切な熱電子の放出、およびカソード材料、ヒータの寿
命という観点から最適な電圧が設定される。
従来この種のヒータ電源は、商用周波電源(26)を絶縁
トランス(24),(25)により設定電圧まで降圧して用
いていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕 従来のパルスレーザ装置における、水素サイラトロンの
ヒータ電源は、以上ように構成されていたので、1日の
時間帯によつて負荷が極端に変わり、例えば工場内での
商用周波電源を用いた場合、時間帯による電圧変化の影
響を受け、次のような問題点があつた。
工場内での他の負荷が急激に減少した場合、商用周
波電源の電圧が増加し、それに伴なつてリザーバーヒー
タの電圧が増加する。この時、サイラトロン(4)の保
持電圧が低下するため、メインコンデンサ(1)の充電
途中でサイラトロン(4)が導通状態となり、直流電圧
電源(2)が短絡して、レーザ発振が停止するととも
に、サイラトロンに大電流が流れ、その電極に大きなダ
メージを与える。
工場内での他の負荷が急激に増加した場合、商用周
波電源の電圧が減少し、リザーバーヒータ電圧が減少す
る。これにより、(di/dt)maxの特性を著しく悪化さ
せ、サイラトロンの寿命を短かくする。
カソードヒータ電圧についても、工場内の商用周波
電源の変動により、その適正電圧の設定からずれ、サイ
ラトロンカソード(16)、カソードヒータ(19)が損傷
し、サイラトロン(4)の寿命が短かくなる。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、安定したレーザ発振を得るとともに、サイト
ロンの長寿命化を企り、信頼性のあるパルスレーザ発振
器を得ることを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るパルスレーザ発振器は、そのスイツチン
グ素子である水素サイラトロンにおいて、カソードヒー
タ、及びリザーバーヒータの電源として、定電圧電源を
採用したものである。
〔作用〕
この発明におけるパルスレーザ発振器は、そのスイツチ
ング素子である水素サイラトロンのカソードヒータ、及
びリザーバーヒータが、定電圧電源により常に設定電圧
で駆動されているため、水素サイラトロンは必要な保持
電圧、復帰時間を確保しつつ、最大のdi/dt特性を確保
し、信頼性あるパルスレーザ発振器を実現する。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、(27)はカソードヒータ用定電圧電源、
(28)はリザーバーヒータ用定電圧電源である。
第1図においてパルスレーザの基本的動作は、従来例で
示したものと同一である。しかしながら、水素サイラト
ロン(4)のカソードヒータ(19)、及びリザーバーヒ
ータ(21)は各々独立の定電圧電源(27)、及び(28)
により、設定した印加電圧で動作しており、この際商用
周波電源(26)の電圧変動には依存しない。このため、
工場内等で使用された場合、この負荷の稼働率にかかわ
らず、水素サイラトロン(4)は常に必要な保持電圧、
復帰時間を保ちつつ、最大の(di/dt)特性を示す。そ
のため、水素サイラトロン(4)は常に安定した動作を
示し、なおかつその寿命は著しく向上する。したがつ
て、このスイツチング素子を備えたパルスレーザ発振器
は、信頼性の高い装置となる。
一般に水素サイラトロン(4)の動作特性(保持電圧、
復帰時間、di/dt)は、カソードヒータ(19)、リザー
バーヒータ(21)の印加電圧が、設定値の電圧に対して
0.1V変化すると特性が変化する。したがつてヒータ用定
電圧電源(27),(28)の仕様として、設定電圧に対し
て±0.05V以下の電圧変動であることが望ましい。
なお、上記実施例では、カソードヒータ(19)、リザー
バーヒータ(21)が各々独立した定電圧電源(27),
(28)により制御される例を示したが、水素サイラトロ
ン(4)によつては、カソードヒータ(19)と、リザー
バーヒータ(21)が直列、または並列に接続され、単一
の電源により動作されるものもあり、この場合にこの発
明を適用しても、同様の効果を奏するのはいうまでもな
い。
また、上記実施例では、レーザ発振器を構成する一対の
電極にパルス的に電圧を印加し放電を起こす放電回路と
して、いわゆる、自動予備電離方式容量多行型回路を適
用した例について示しているが、これは何らこの発明を
限定するものではなく、パルス的に電圧を印加するあら
ゆる放電回路に適用できる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、スイツチング素子と
して用いられている水素サイラトロンのカソードヒー
タ、およびリザーバーヒータに、定電圧電源を接続した
ので、信頼性の高いパルスレーザ発振器が得られる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるパルスレーザ発振器
の回路を模式的に示す回路構成図、第2図は従来のパル
スレーザ発振器の回路を模式的に示す回路構成図であ
る。 図において、(1)はメインコンデンサ、(2)は直流
高圧電源、(4)は水素サイラトロン、(7)は陰極、
(8)は陽極、(12)はピーキングコンデンサ、(13)
はレーザガス、(19)はカソードヒータ、(21)はリザ
ーバーヒータ、(27)はカソードヒータ用定電圧電源、
(28)はリザーバーヒータ用定電圧電源である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザガス中に相対向して配設された一対
    の電極、この一対の電極にパルス的に電圧を印加する放
    電回路、及び上記放電回路をスイツチングする水素サイ
    ラトロンを有するものにおいて、上記水素サイラトロン
    に備わるカソードヒータ及びリザーバーヒータに定電圧
    電源を接続したことを特徴とするレーザ発振器。
  2. 【請求項2】定電圧電源の電圧変動の幅は、設定電圧に
    対して±0.05V以下である特許請求の範囲第1項記載の
    レーザ発振器。
JP6751585A 1985-03-28 1985-03-28 レーザ発振器 Expired - Lifetime JPH0716054B2 (ja)

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