JPS63229882A - パルスレ−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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、レーザーガス中でパルス放電励起を行なうパ
ルスレーザ装置に関する。

（従来の技術） レーザーガスを励起してパルスレーザ発振を行なわせる
レーザ装置としては、　　ＴＥＡＣＯ２レーザ装置、エ
キシマレーザ装置、金属蒸気レーザ装置。

ハロゲンガスレーザ装置などが知られている。これらは
、電子線励起の大出力のものを除けば７通常、放電励起
方式を採用している。

放電励起方式を採用した従来のパルスレーザ装置は、第
４図あるいは第５図に示すように構成されている。

すなわち、第４図に示すものは２図中太矢印１で示す如
くレーザーガスが通流するガス通路２内に主電極３ａ、
３ｂを対向配置するとともに主電極３ａ、３ｂの近傍に
予備電離用電極４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂを対向配置
している。そして。

予備電離用電極４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂを図示しな
いスイッチを介して図示しない予備電離用パルス電源に
接続し、また主電極３ａ、３ｂをトリガーギャップ６を
介して図示しない充電用電源から充電抵抗７を介して充
電されるコンデンサ８の両端に接続している。

この装置は、まず予備電離用電極４ａ、４ｂ問および５
ａ、５ｂ間で予備放電を行なわせ、続いて数１０〜数ｔ
ｏｏ　ｎｓ遅らせてトリガ信号をトリガーギャップ６に
与え、このトリガーギャップ６を短絡してコンデンサ８
に蓄えられた電荷で主電極３ａ、３ｂ間にグロー状放電
を起こさせ、これによってパルスレーザ発振を行なわせ
るようにしている。

一方、第５図に示すものは、予備放電と主放電とを１つ
の電源で行なわせるようにした自動予備電離形と呼ばれ
ているもので、予備電離用電極４ａ、５ａをトリガーギ
ャップ６の出力端に共通に接続するとともに主電極３ａ
と予備電離用電極４ｂ、５ｂとを共通に放電起動用のコ
ンデンサ９の一端に接続し、このコンデンサ９の他端を
主電極３ｂに接続している。

この装置では、トリガ信号によってトリガーギャップ６
を短絡することによってコンデンサ８から予備電離用電
極４ａ、４ｂおよび５ａ、４ｂを通してコンデンサ９を
充電し、これによって予備放電とコンデンサ９の充電と
を行なわせ、コンデンサ９が充分に充電された時点で主
電極３ａ。

３ｂ間で主放電を起こさせるようにしている。

しかしながら、上記のように構成された従来のパルスレ
ーザ装置にあっては２次のような問題があった。すなわ
ち、レーザ発振を効率良く行なわせ、かつ放電を安定化
させるには、主電極間に立ち上がりの速い電圧を印加し
て放電の立ち上がりを速くするとともに放電が立ち上が
った後、放電を安定に維持できるレベルまで印加電圧を
低下させる必要がある。また、レーザスペクトルの狭帯
域化を図るには放電時間の長時間化を図り、レーザ発振
の長パルス化を図る必要がある。しかし。

従来の装置のように電源として１つのコンデンサ８ある
いは９を用いた場合には、上述した３つの要望を満たす
ことが困難であった。すなわち、放電の立ち上がりを速
くするために、コンデンサ８あるいは９の充電電圧を高
くすると、放電の立ち上がりを速くできる反面、放電が
立ち上がった後に放電を安定に維持できる低レベルまで
印加電圧を落とすことが困難である。また、放電の長時
間化を図るために、コンデンサ８あるいは９の容量を大
きくすると２時定数が大きくなるので、放電の立ち上が
りを速くすることができないことになる。このように、
従来の装置にあっては、この種の装置に要望される条件
を全て満たすことは困難であった。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、従来のパルスレーザ装置にあっては、この
種の装置に望まれる条件、っまりレーザ発振効率の向上
化、放電の安定化、レーザ発振の長パルス化およびレー
ザスペクトルの狭帯域化を同時に満たすことが困難であ
った。

そこで本発明は、構成の複雑化を招くことなく。

上述した条件を満たすことができるパルスレーザ装置を
提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、主電極間で放電を開始させるための７ｕ源と
、放電を維持するための電源とを別構成に設けている。

すなわち１本発明の第１の発明では、レーザーガス中に
対向配置された第１および第２の主電極と、これら主電
極間での放電を促進させる予備電離用電極とを備えたパ
ルスレーザ装置において、充電用電源と、この充電用電
源によって充電される複数のコンデンサおよび各コンデ
ンサを選択的に直列接続するスイッチング素子を主体に
構成され、上記スイッチング素子が動作したとき各コン
デンサの充電電圧を合成したレベルの電圧を前記主電極
間に印加して上記主電極間で放電を開始させる高電圧発
生回路と、前記主電極間に接続された可飽和リアクトル
およびコンデンサからなる直列回路で構成され、上記コ
ンデンサが前記充電用電源によって充電される放電維持
回路とを設けている。

また１本発明の第２の発明では、上記構成に加えて自動
子６２１８　Ｍを行なわせる回路を設けている。

（作用） 主電極間には、高電圧発生回路から直接的あるいは自動
予備電離を行なう回路を通して高圧で立上りの速いパル
ス電圧が印加される。このため。

主電極間に立ち上がりの速い放電が発生する。このとき
高電圧発生回路と放電維持回路とは可飽和リアクトルに
よって分離されている。高電圧発生回路の電圧が所定以
下に低下すると、可飽和リアクトルを通して放電維持回
路のコンデンサから主電極間に電流が流れ込んで、放電
維持に必要な低電圧の長時間パルス放電が行われる。こ
のように。

放電を開始させるのに必要な高電圧を発生する高電圧発
生回路と、放電を維持させるのに必要な放電維持回路と
を設けているので、高電圧発生回路では高電圧で、立ち
上がりの速い短時間パルスを発生させることができ、ま
た放電維持回路では放電維持に必要な低電圧でかつ長時
間パルスを発生させることが可能となる。

（実施例） 以下１図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るパルスレーザ装置の概
略構成を示す図である。この実施例は予備電離を主放電
電源とは別電源で行なわせるようにしたもので、第４図
と同一部分は同一符号で示しである。したがって１重複
する部分の詳しい説明は省略する。

この実施例が従来のものと異なる点は、高電圧発生回路
１１と、放電維持回路１２とを設けたことにある。

高電圧発生回路１１は、マイナー回路構成を採用した２
段式の衝撃電圧発生回路であって、主電極３ａ、３ｂ間
に接続されたコンデンサ２１および抵抗２２からなる直
列回路と、この直列回路と並列に接続された抵抗２３お
よびコンデンサ２４からなる直列回路と、各直列回路の
抵抗とコンデンサとの接続点間を選択的に接続するよう
に介挿されたトリガーギャップ２５とで構成されている
。

そして、各直列回路のコンデンサ２１．２４は充電抵抗
２６を介して図示しない充電用高圧電源に接続されてい
る。なお２図中２７は振動電流防止用のダイオードを示
している。

一方、放電維持回路１２は、主電極３ａ、３ｂ間に可飽
和リアクトル３１とコンデンサ３２とを直列に接続して
構成されている。ここで、コンデンサ３２の容量をＣ工
とし、高電圧発生回路１１を構成する各コンデンサ２１
．２４の容量を０２としたとき、Ｃ１≧０２の関係に設
定されている。

また１図中３３は主電極３ａ、３ｂ間に接続されたピー
キングコンデンサであり、このコンデンサの容量　Ｃ３
はＣ３≦Ｃ２に設定されている。

次に、上記のように構成されたパルスレーザ装置の動作
を説明する。

充電用高圧電源を投入すると、各コンデンサ２１．２４
，３２．３３は図示極性の所定レベルに充電される。こ
の状態で、まず予備電離用電極４ａ、４ｂおよび５ａ、
５ｂを図示しないパルス電源に接続して予備放電を行な
わせ、続いてトリガーギャップ２５にトリガ信号を与え
る。トリガ信号が与えられると、トリガーギャップ２５
が短絡状態となり、この結果、主電極３ａ、３ｂ間にコ
ンデンサ２１．２４に充電された電圧を加算したレベル
の電圧が印加される。このため、主電極３ａ、３ｂ間で
放電が起こる。なお、このとき可飽和リアクトル３１の
阻止作用でコンデンサ３２へは電流が流れない。主電極
３ａ、３ｂ間での放電によって高電圧発生回路１１の出
力電圧、つまり主電極３ａ、３ｂ間の電圧が所定レベル
まで低下すると、可飽和リアクトル３１を介してコンデ
ンサ３２から電流が流れ始める。そして、可飽和リアク
トル３１が飽和してインダクタンスが低下し、これによ
って主電極３ａ、３ｂ間に低電圧の放電が維持され長パ
ルスレーザ発振が行われる。

このように、主電極３ａ、３ｂ間で放電を開始させるの
に必要な電圧を発生する高電圧発生回路１１と、放電開
始後に低電圧放電を持続させるに必要なエネルギを供給
する放電維持回路１２とを設け２両回路を併設したとき
起こり易い両回路間での干渉を可飽和リアクトル３１で
防止するようにしている。したがって、高電圧発生回路
１１側では主電極３ａ、３ｂ間での放電の立ち上がりを
速くするための定数を自由に選択でき、また放電維持回
路１２側では低電圧放電を持続させるのに必要な定数を
自由に選択できることになる。このため、最初、立ち上
がりの速い高圧のパルスを加え、その後放電維持に必要
な低電圧を長時間に亙って加えることができ、結局、レ
ーザ発振の効率向上化、放電の安定化、レーザ発振の長
パスル化およびレーザスペクトルの狭帯域化を実現でき
ることになる。

第２図は本発明の別の実施例に係るパルスレーザ装置の
概略構成を示す図である。　この実施例は１本発明を自
動子（ｉｉ電離形のものに適用したものである。すなわ
ち、この実施例では、放電維持回路１２と高電圧発生回
路１１との間に抵抗４１を接続するとともに抵抗４１と
可飽和リアクトル３１との接続点を主電極３ａ、予備電
離用電極４ａ、５ａに共通に接続し、また予備電離用電
極４ｂ、５ｂを共通に抵抗４１と高電圧発生回路１１と
の接続点に接続し、さらに放電維持回路１２の両端間に
高電圧発生回路１１を構成するコンデンサ２１．２４よ
りはるかに小さい容量の放電起動用のコンデンサ４２を
接続している。

このような構成であると、各コンデンサが図示極性に充
電されている状態でトリガ信号を与えると、トリガーギ
ャップ２５が短絡状態となって予備電離用電極４ａ、４
ｂ問および５ａ、５ｂ間にコンデンサ２１．２４の充電
電圧を加算したレベルの電圧が印加される。このため、
予（ｉｔ！電離用電極４ａ、４ｂ問および５ａ、５ｂ間
に放電が起こり、予備放電が行われるとともにコンデン
サ４２がさらに高い電圧に充電される。そして、コンデ
ンサ４２の充電電圧が所定レベルに達すると、主電極３
ａ、３ｂ間で放電が起こる。このとき、可飽和リアクト
ル３１の存在によってコンデンサ３２へは電流が流れな
い。主電極３ａ、３ｂ間で放電が起こると、引き続いて
可飽和リアクトル３１を介してコンデンサ３２から電流
が流れて低電圧長時間放電へと移行する。したがって、
前記実施例と同様の効果が得られ、しかも自動予備放電
も行なえることになる。

第３図は本発明のさらに別の実施例に係るパルスレーザ
装置の概略構成を示す図である。

この実施例も本発明を自動予備電離形のものに適用した
例である。第２図に示した実施例では。

放電起動用のコンデンサ４２へ充電するとき予備放電を
行なわせるようにしているが、この実施例ではコンデン
サ４２へ充電するときおよびコンデンサ４２から放電さ
せるときの２回に亙って予備放電を行なわせるようにし
ている。すなわち、抵抗４１の両端間を短絡するととも
に予備電離用電極４ｂ、５ｂと主電極３ｂとの間に放電
起動用のコンデンサ４２を接続している。

このような構成であると、各コンデンサが図示極性に充
電されている状態でトリガ信号を与えると、トリガーギ
ャップ２５が短絡状態となって予ｍ電離用電極４ａ、４
ｂ問および５ａ、５ｂ間にコンデンサ２１．２４の充電
電圧を加算したレベルの電圧が印加される。このため、
予備電離用電極４ａ、４ｂ問および５ａ、５ｂ間に放電
が起こり、予備放電が行われるとともにコンデンサ４２
が図示極性に充電される。そして、コンデンサ４２の充
電電圧が所定レベルに達すると、予備電離用電極４ｂ、
４ａ問および５ｂ、５ａ間を通して主電極３ａ、・３ｂ
間で放電が起こる。主電極３ａ、３ｂ間で放電が起こる
と、引き続いて可飽和リアクトル３１を介してコンデン
サ３２から電流が流れて低電圧長時間放電へと移行する
。したがって、前記実施例と同様の効果が得られるとと
もに充分な自動予備放電が行なえることになる。

なお１本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、第１図におけるピーキングコンデンサ３
３は必ずしも必要とするものではない。また、第２図お
よび第３図における抵抗４１をインダクタンス素子に置
き代えてもよい。

また、高電圧発生回路に組み込まれたトリガーギャップ
をサイラトロンや半導体スイッチ等のスイッチング素子
に置換えることもできる。また、可飽和リアクトルの代
りに逆流防止用のダイオード、と充電用の高抵抗とを並
列接続したものを用いるようにしてもよい。さらに、高
電圧発生回路は２段構成に陵らず３段以上の構成にして
もよ（、また充電方式も直列充電方式（マルクス回路）
にしてもよい。その抽水発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々変形することができる。

［発明の効果コ 以上述べたように２本発明によれば、放電を開始させる
ための高電圧発生回路と、放電を維持させるための放電
維持回路とを別構成に設けているので、各回路の定数を
最適に設定するだけで。

放電の安定化および発振効率の向上化を図れ、しかも長
パルス発振を可能化し、レーザスペクトルの狭帯域化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るパルスレーザ装置の概
略構成図、第２図は本発明の別の実施例に係るパルスレ
ーザ装置の概略構成図、第３図は本発明のさらに別の実
施例に係るパルスレーザ装置の概略構成図、第４図およ
び第５図はそれぞれ従来のパルスレーザ装置の概略構成
図である。 ２・・・レーザーガスの通路、３ａ、３ｂ・・・主電極
。 ４　ａ　、　４　ｂ　＊　　５　ａ　＋　　５　ｂ　・
・・予備電離用電極、１１・・・高電圧発生回路、１２
・・・放電維持回路、２１゜２４．３２・・・コンデン
サ、３１・・・可飽和リアクトル、２５・・・トリガー
ギャップ、３３・・・ピーキングコンデンサ、４２・・
・放電起動用のコンデンサ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザーガス中に対向配置された第１および第２
   の主電極と、これら主電極間での放電を促進させる予備
   電離用電極とを備えたパルスレーザ装置において、充電
   用電源と、この充電用電源によって充電される複数のコ
   ンデンサおよび各コンデンサを選択的に直列接続するス
   イッチング素子を主体に構成され、上記スイッチング素
   子が動作したとき各コンデンサの充電電圧を合成したレ
   ベルの電圧を前記主電極間に印加して上記主電極間で放
   電を開始させる高電圧発生回路と、前記主電極間に接続
   された可飽和リアクトルおよびコンデンサからなる直列
   回路で構成され、上記コンデンサが前記充電用電源によ
   って充電される放電維持回路とを具備してなることを特
   徴とするパルスレーザ装置。
2. （２）前記放電維持回路の前記コンデンサの容量は、前
   記高電圧発生回路を構成する前記コンデンサの容量より
   大に設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のパルスレーザ装置。
3. （３）前記高電圧発生回路は、出力端間に容量の小さい
   ピーキングコンデンサが接続されたものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のパルスレーザ装置
   。
4. （４）レーザーガス中に対向配置された第１および第２
   の主電極と、これら主電極間での放電を促進させる予備
   電離用電極とを備えたパルスレーザ装置において、充電
   用電源と、この充電用電源によって充電される複数のコ
   ンデンサおよび各コンデンサを選択的に直列接続するス
   イッチング素子を主体に構成され、上記スイッチング素
   子が動作したとき各コンデンサの充電電圧を合成したレ
   ベルの電圧を出力する高電圧発生回路と、前記予備電離
   用電極を介して前記高電圧発生回路の出力で充電された
   後、充電電圧レベルが所定レベルに達した時点で電荷を
   直接的または上記予備電離用電極を経由させて前記主電
   極間に放出して上記主電極間で放電を開始させる小容量
   の放電起動用コンデンサと、前記主電極間に接続された
   可飽和リアクトルおよびコンデンサからなる直列回路で
   構成され、上記コンデンサが前記充電用電源によって充
   電される放電維持回路とを具備してなることを特徴とす
   るパルスレーザ装置。
5. （５）前記放電維持回路の前記コンデンサの容量は、前
   記高電圧発生回路を構成する前記コンデンサの容量より
   大に設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載のパルスレーザ装置。
6. （６）前記放電起動用コンデンサの容量は、前記高電圧
   発生回路を構成する前記コンデンサの容量より小に設定
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   のパルスレーザ装置。