JPH07240556A

JPH07240556A - ガスレーザ発振装置

Info

Publication number: JPH07240556A
Application number: JP3114694A
Authority: JP
Inventors: Koji Kakizaki; 弘司柿崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ガスレーザの高繰り返し動作に適用
できて長寿命化を図る。【構成】放電空間(A) を望む位置に銅板(25)を配置し、
この銅板(25)のエッジから放電空間(A) に向かってＵＶ
光を放射して予備電離を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、予備電離の改善を図っ
たガスレーザ発振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスレーザ発振装置として、例えばエキ
シマレーザ発振装置は、安定なパルス放電を得るため
に、通常、主電極に電圧を印加する前にＵＶ光やＸ線を
照射して放電空間のエキシマレーザ媒質を弱電離、つま
り予備電離している。

【０００３】この予備電離の方法としては、他にフォト
トリガー又は遅延電離と呼ばれる方法がある。この方法
は、各主電極に高電圧パルスを印加し、この後にＵＶ光
やＸ線を照射してパルス放電を点弧させるもので、スイ
ッチング素子の長寿命化を図っている。

【０００４】しかしながら、このフォトトリガーの方法
は、主電極に高電圧を印加するためのスイッチング素子
の長寿命化を図れるものの、高繰り返し動作でレーザ光
を発振することができず、そのうえエキシマレーザでは
十分な出力が得られない。

【０００５】一方、予備電離方式として、ＵＶ方式、Ｘ
線方式、コロナ方式があるが、これら方式では次のよう
な問題がある。図５はＵＶ方式の予備電離を示す図であ
る。対向配置された各主電極１、２には、ピーキングコ
ンデンサ３を介して複数のピン電極４が接続されてい
る。これらピン電極４は、各主電極１、２に沿ってそれ
ぞれ対向配置されている。

【０００６】このようなピン電極４に所定の電圧が印加
されると、各ピン電極４間にスパーク放電が発生し、こ
のときに生じるＵＶ光を各主電極１、２間の放電空間に
照射することにより予備電離が行われる。

【０００７】しかしながら、このＵＶ方式では、スパー
ク放電により不純物が発生し、ガスレーザ媒質の寿命を
短くする。又、スパーク放電によりピン電極４が摩耗し
て取換えが必要となる。

【０００８】さらに高繰り返し動作では、予備電離能力
が低下するとともにスパーク放電の生成物によってガス
レーザ出力が低下する。図６はＸ線方式の予備電離を示
す図である。各主電極５、６のうち主電極６は、Ｘ線透
過部６ａが形成されている。この主電極６の外側にはＸ
線管７が配置され、このＸ線管７から放射されたＸ線
が、Ｘ線透過部６ａを透過して放電空間に照射されて予
備電離が行われるようになっている。

【０００９】しかしながら、このＸ線方式では、予備電
離能力は優れているものの、Ｘ線しゃ蔽に対する安全性
の問題、Ｘ線発生に大きな電力を必要とするためにその
経済性の問題、装置自体が大型化する問題等がある。

【００１０】図７はコロナ方式の予備電離を示す図であ
る。各主電極８、９のうち主電極９の表面上には、コロ
ナ電極１０が配置されている。このコロナ電極１０は、
図８に示すように円筒状に形成されたガラス等の絶縁物
１１の内部に電極１２を配置したものとなっている。従
って、この電極１２に電圧を印加することによって、コ
ロナ電極１０からＵＶ光、電子を放電空間に放射し、予
備電離を行うものとなっている。

【００１１】しかしながら、コロナ方式では、予備電離
能力が弱く、エキシマレーザにあまり向いていない。
又、コロナ電極１０を主電極に密着させるので、高繰り
返し動作では、放電生成物が主電極表面に残留してしま
う。以上のように各予備電離方式には問題があり、かか
る問題はフォトトリガー方式にもあてはまる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにガスレー
ザの高繰り返し動作に適用することが困難であり、かつ
ガスレーザ媒質や予備電離電極の寿命が短いものであっ
た。そこで本発明は、ガスレーザの高繰り返し動作に適
用できて長寿命化を図れるガスレーザ発振装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、ガス
レーザ媒質を封入したチャンバー内に各主電極を対向配
置し、これら主電極間に主放電を発生させてレーザ光を
出力するガスレーザ発振装置において、各主電極間の放
電空間を望む位置に短波長光発生用の金属電極体、放電
空間を望まない位置に短波長光トリガ用電極をそれぞれ
配置して上記目的を達成しようとするガスレーザ発振装
置である。

【００１４】請求項２によれば、金属電極体は、エッジ
の形成された金属板、又は少なくとも１本のワイヤーで
ある。請求項３によれば、金属電極体は、エッジが形成
されニッケルメッキの施された銅板である。

【００１５】請求項４によれば、金属電極体は、各主電
極に対しピーキングコンデンサを介して接続されてい
る。請求項５によれば、金属電極体は、各主電極の少な
くとも片側に配置されている。

【００１６】請求項６によれば、トリガ用電極は、金属
電極体と並列に接続された少なくとも一対のピン電極で
ある。請求項７によれば、トリガ用電極は、各主電極に
対しピーキングコンデンサを介して接続されている。

【００１７】請求項８によれば、トリガ用電極は、各主
電極の少なくとも片側に配置されている。請求項９によ
れば、ガスレーザ媒質は、エキシマレーザ媒質である。

【００１８】請求項１０によれば、ガスレーザ媒質は、
１０torr以下のＸｅと０．５〜２torr程度のＨＣｌと
を、Ｈｅにより大気圧以上に希釈したエキシマレーザ媒
質である。

【００１９】

【作用】請求項１によれば、各主電極の放電空間を望む
位置に短波長光発生用の金属電極体を配置し、この金属
電極体から放電空間に向かって短波長光を放射して主放
電の点弧を行う。このときトリガ用電極により金属電極
体にコロナ放電を発生させる。

【００２０】このような金属電極体によるフォトトリガ
ーであれば、スパーク放電を発生させず不純物の発生を
防止できてガスレーザ媒質の長寿命化が図れ、かつＸ線
しゃ蔽の問題を解決できるとともに放電生成物の密着が
なくなって高繰り返し動作が可能となる。

【００２１】請求項２によれば、金属板のエッジからコ
ロナ放電が発生し、又は少なくとも１本のワイヤーから
コロナ放電が発生し、そのＵＶ光が放電空間に照射され
る。請求項３によれば、ニッケルメッキの施された銅板
のエッジからコロナ放電が発生する。

【００２２】請求項４によれば、金属電極体には、ピー
キングコンデンサから電圧が供給されてコロナ放電を発
生する。請求項５によれば、各主電極の少なくとも片側
に少なくとも１つ配置された金属電極体からコロナ放電
を発生する。

【００２３】請求項６によれば、トリガ用電極間の放電
により、そのＵＶ光が放電空間に照射される。請求項７
によれば、トリガ用電極には、ピーキングコンデンサか
ら電圧が供給されて放電を発生する。

【００２４】請求項８によれば、各主電極の少なくとも
片側に配置されたトリガ用電極から放電を発生する。請
求項９によれば、エキシマレーザ媒質に対してＵＶ光が
照射されて予備電離が行われる。

【００２５】請求項１０によれば、１０torr以下のＸｅ
と０．５〜２torr程度のＨＣｌとを、Ｈｅにより大気圧
以上に希釈したエキシマレーザ媒質であれば、エキシマ
レーザ光の出力が最大となる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１はエキシマレーザ発振装置の構成図
である。チャンバー２０内には、エキシマレーザ媒質が
封入されている。このエキシマレーザ媒質は、１０torr
以下のＸｅと０．５〜２torr程度のＨＣｌとを、Ｈｅに
より大気圧以上に希釈したものとなっている。

【００２７】又、チャンバー２０内には、放電部２１が
設けられている。すなわち、各主電極２２、２３が対向
配置され、これら主電極２２、２３に各ピーキングコン
デンサ２４を介して金属電極体としての各銅板２５が接
続されている。

【００２８】具体的には、図２の正面図、及び図３の側
面図に示すように各主電極２２、２３の両側面にそれぞ
れ複数のピーキングコンデンサ２４が接続され、これら
各主電極２２、２３間の各ピーキングコンデンサ２４間
にそれぞれ各銅板２５が接続されている。すなわち、各
銅板２５は、上下の各ピーキングコンデンサ２４間を短
絡するように接続されている。

【００２９】このような各銅板２５の接続により、これ
ら銅板２５は、各主電極２２、２３間の放電空間Ａを望
む位置にそれぞれ所定間隔をおいて配置されている。こ
れら銅板２５は、厚さ０．２ｍｍ、幅５ｍｍの角型に形
成され、かつその表面にニッケルメッキが施されてい
る。

【００３０】図３における左端に示すピーキングコンデ
ンサ２４には、放電空間を望まない位置にトリガー用ピ
ン電極３３が配置されている。なお、チャンバー２０内
には、ファン２６及び熱交換器２７が配置され、エキシ
マレーザ媒質の循環及びその熱交換が行われるようにな
っている。

【００３１】一方、図４は電気回路の構成図である。高
圧電源２８には、抵抗２９を介してサイラトロン３０が
接続されている。このサイラトロン３０には、主コンデ
ンサ３１を介して各主電極２２、２３が接続されてい
る。又、サイラトロン３０には、主コンデンサ３１を介
して各銅板２５、各ピーキングコンデンサ２４が接続さ
れている。これらピーキングコンデンサ２４のうち１個
のみにトリガー用ピン電極３３が接続されている。な
お、各主電極２２、２３間には、充放電用のコイル３２
が接続されている。

【００３２】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。高圧電源２８から抵抗２９を通して主コ
ンデンサ３１に充電が行われた状態に、サイラトロン３
０がオンすると、主コンデンサ３１に蓄えられた電荷が
各ピーキングコンデンサ２４に移行する。この移行時間
は、ほぼ２００ｎｓの間に行われる。

【００３３】これらピーキングコンデンサ２４への電荷
移行により、各ピーキングコンデンサ２４の電圧が高く
なって所定電圧に達すると、トリガー用ピン電極３３に
放電が発生し、その光により各銅板２５のエッジからコ
ロナ放電が発生する。このとき、トリガー用ピン電極３
３の光が放電空間を直接照射すると、後続のコロナ放電
によるトリガーを妨害する。

【００３４】このコロナ放電発生により、そのＵＶ光、
電子が、図２に示すように各主電極２２、２３間の放電
空間Ａに照射される。この結果、各主電極２２、２３に
対する印加電圧が所定電圧に到達すると、これら主電極
２２、２３間にパルス放電が点弧し、図示しないレーザ
共振器によりレーザ共振が起こり、エキシマレーザ光が
出力される。

【００３５】この場合、エキシマレーザ媒質は、上記の
如く１０torr以下のＸｅと０．５〜２torr程度のＨＣｌ
とを、Ｈｅにより大気圧以上に希釈したものであるが、
ＸｅＣｌレーザの場合、Ｘｅ分圧がレーザ発振を支配す
る。

【００３６】実験の結果、エキシマレーザ出力は、Ｘｅ
が１０torr以下で高くなり、４torrで最大を示すものと
なった。又、ＨＣｌ分圧は、Ｘｅ分圧によって最適値が
多少変化する。Ｘｅが４torrでは、ＨＣＬが分圧が１to
rrのときにエキシマレーザ出力が最大となった。この実
験は、全ガス圧２０９０torr（２．７５気圧）までＨｅ
で希釈したエキシマレーザ媒質により行ったもので、全
ガス圧は本装置の動作を支配しないものである。但し、
ＸｅＣｌで一般によく用いられている希釈ガスＮｅで
は、レーザ出力は得られない。

【００３７】このように上記一実施例においては、放電
空間Ａを望む位置に銅板２５を配置し、この銅板２５か
ら放電空間Ａに向かってＵＶ光を放射して主放電点弧を
行うようにしたので、スパーク放電を発生することがな
くそれによる不純物の発生を防止できてガスレーザ媒質
の長寿命化が図れる。これは、特にニッケルメッキの施
された銅板２５のエッジからコロナ放電が発生すること
による。Ｘ線しゃ蔽の問題を解決でき、さらに放電生成
物の密着がなくなって高繰り返し動作が可能となる。

【００３８】このようにエキシマレーザの高繰り返し動
作が可能となり、従来数１０Ｈｚであったものが、例え
ば１．５ｋＨｚまで高めることができる。又、コロナ放
電発生用の電極や電源回路を持たないので、装置全体を
簡素にすることができ、これにより保守が容易にでき
る。

【００３９】従って、現在の主流の予備電離方式である
ＵＶ方式、Ｘ線方式、コロナ方式とをそれぞれ比較する
と、本装置は、次のような効果を有する。ＵＶ方式のよ
うにスパーク放電を発生することなく、不純物の発生を
防止できる。

【００４０】Ｘ線方式のようにＸ線のしゃ蔽、大型化、
高価といった問題が生じない。そのうえ、本装置とＸ線
方式のものとを同一装置でかつ同一ガスレーザ媒質によ
り実際に比較したところ、本装置は、エキシマレーザ出
力が３分の２となるが、Ｘ線発生の電力を考慮すると、
効率は逆に１．５倍となる。

【００４１】コロナ方式のように放電生成物が電極に密
着することがなく、高繰り返し動作が可能となり、かつ
装置全体を簡素にでき、保守が容易となる。又、エキシ
マレーザ媒質１０torr以下のＸｅと０．５〜２torr程度
のＨＣｌとを、Ｈｅにより大気圧以上に希釈するので、
このような条件とすれば、エキシマレーザ光の出力を最
大にできる。

【００４２】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなく次のように変形してもよい。例えば、各ピ
ーキングコンデンサ２４は、各主電極２２、２３の両側
面に設けているが、各主電極２２、２３の片側のみに設
けるようにしてもよい。これにより、各銅板２５を各主
電極２２、２３の片側のみに配置するようにしてもよ
い。

【００４３】又、各ピーキングコンデンサ２４に対して
１つの銅板２５を接続するのでなく、１つのピーキング
コンデンサ２４に対して複数の銅板２５を接続するよう
にしてもよい。

【００４４】このようにそれぞれ構成としても上記一実
施例と同様の効果を奏することができる。さらに、銅板
２５に代えて、細線を用いても上記一実施例と同様の効
果を奏することができる。この場合、各細線には、電流
ピーク値約２００Ａ、電流パルス幅３００ｎｓのパルス
電流が流れるので、このパルス電流により溶断しない素
材、断面積を有するように形成することになる。

【００４５】又、銅板２５は、コロナ放電が発生しやす
いように正方形、又は長方形等の角型の細線としてもよ
い。この場合、これら細線を複数本捩って電流容量を確
保するようにしてもよい。

【００４６】又、エキシマレーザ媒質としてＸｅＣｌガ
スを用いた場合について説明したが、ＫｒＦガス、Ａｒ
Ｆガスとしても上記一実施例と同様の効果を奏すること
ができる。これらの場合、Ｋｒ、Ａｒ分圧によりレーザ
発振が支配される。さらにエキシマレーザ媒質に限ら
ず、ＣＯ₂ 等のガスレーザ発振装置にも適用できる。

【００４７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ガ
スレーザの高繰り返し動作に適用できて長寿命化を図れ
るガスレーザ発振装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるエキシマレーザ発振装置の一実
施例を示す構成図。

【図２】同装置の放電部の具体的な構成図。

【図３】放電部における銅板の配置を示す図。

【図４】電気回路の構成図。

【図５】ＵＶ方式の予備電離方式を示す構成図。

【図６】Ｘ線方式の予備電離方式を示す構成図。

【図７】コロナ方式の予備電離方式を示す構成図。

【図８】コロナ電極の構成図。

【符号の説明】

２０…チャンバー、２１…放電部、２２，２３…主電
極、２４…ピーキングコンデンサ、２５…銅板、２８…
高圧電源、３０…サイラトロン、３１…主コンデンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスレーザ媒質を封入したチャンバー内
に各主電極を対向配置し、これら主電極間に主放電を発
生させてレーザ光を出力するガスレーザ発振装置におい
て、前記各主電極間の放電空間を望む位置に短波長光発生用
の金属電極体、前記放電空間を望まない位置に短波長光
トリガ用電極をそれぞれ配置したことを特徴とするガス
レーザ発振装置。
【請求項２】金属電極体は、エッジの形成された金属
板、又は少なくとも１本のワイヤーであることを特徴と
する請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】金属電極体は、エッジが形成されニッケ
ルメッキの施された銅板であることを特徴とする請求項
１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】金属電極体は、各主電極に対しピーキン
グコンデンサを介して接続されていることを特徴とする
請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項５】金属電極体は、各主電極の少なくとも片
側に配置されることを特徴とする請求項１記載のガスレ
ーザ発振装置。
【請求項６】トリガ用電極は、金属電極体と並列に接
続された少なくとも一対のピン電極であることを特徴と
する請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項７】トリガ用電極は、各主電極に対しピーキ
ングコンデンサを介して接続されていることを特徴とす
る請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項８】トリガ用電極は、各主電極の少なくとも
片側に配置されることを特徴とする請求項１記載のガス
レーザ発振装置。
【請求項９】ガスレーザ媒質は、エキシマレーザ媒質
であることを特徴とする請求項１記載のガスレーザ発振
装置。
【請求項１０】ガスレーザ媒質は、１０torr以下のＸ
ｅと０．５〜２torr程度のＨＣｌとを、Ｈｅにより大気
圧以上に希釈したエキシマレーザ媒質であることを特徴
とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。