JPS6328085A - 放電励起パルスレ−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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、エキシマレーザなどの短時間の放電励起を
必要とする放電励起パルスレーザ装置に関し、特に放電
励起部の高性能化及び長寿命化を実現した放電励起パル
スレーザ装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、放電励起パルスレーザ装置には、主電極間に短
パルス電圧を印加するため、容量移行回路又はＬＣ反転
回路などと呼ばれる種々の回路が用いられている。

第４図は、例えば「レーザ研究（１９８４年８月、第１
２巻）」の第４２６頁に記載された、容量移行回路を用
いたエキシマレーザ等の従来の放電励起パルスレーザ装
置を示す回路図である。図において、（１）は放電励起
部であり、相対向する一対の主電極（１ａ）及び（１ｂ
）と、これら主電極（ｌａ）、（１ｂ）間に介在された
レーザガスとからなっている。（２）は放電励起部（１
）に並列に接続され、主電極（１ａ）、（１ｂ）間に短
パルス電圧を印加してグロー放Ｔｉ（主放電）を生じさ
せるための励起用コンデンサである。

（３）は励起用コンデンサ（２）に直列に接続され、放
電励起部（１）内のレーザガスを主放電開始前に予備Ｔ
ｉ１ｔ離するための紫外線ＵＶを発生する予備電離ギャ
ップである。この紫外線ＵＹ発生用の予備電離ギャップ
（３）は、例えば、Ｘ線発生器などの他の予備電離機構
と置き換えることができ、紫外線ＵＶの代わりにＸ線等
によりレーザガスを予備電離するようにしてもよい。

（４）は励起用コンデンサ（２）及び予備ｆｆｌ離ギャ
ップ（３）からなる直列回路に並列に接続された充電用
インダクタンス、（５）は充電用インダクタンス（４）
に並列に接続されたパルス充電用コンデンサ、（６）は
パルス充電用コンデンサ（５）に直列に接続されたザイ
ラトロンなどからなる高電圧スイッチであり、これら（
４）〜（６）は、励起用コンデンサ（２）をパルス的に
充電するためのパルス充電回路を構成している。

従来の放電励起パルスレーザ装置は上記のように構成さ
れ、パルス充電用コンデンサ（５）に予め蓄えられた電
気エネルギが、高電圧スイッチ（６）の起動により励起
用コンデンサ（２）に移行し、放電励起部（１）に主放
電を発生させるようになっている。

まず、トリガ回路（図示せず）により高電圧スイッチ（
６）が起動されて閉じると、パルス充電用コンデンサ（
５）に蓄えられた電気エネルギは、高電圧スイッチ（６
）を介して充電用インダクタンス（４）、励起用コンデ
ンサ（２）及び予備電離ギャップ（３）からなる並列回
路に印加される。そして、充電用インダクタンス（４）
と、励起用コンデンサ（２）及び予備電離ギャップ（３
）との時定数に従って、パルス充電用コンデンサ（５）
内の電気エネルギは、予備電離ギャップ（３）を介して
励起用コンデンサ（２）に移行する。

このとき、予備電離ギャップ（３）間はアーク放電によ
り接続されているため、予備ｒｉ離ギャップ（３）間に
は紫外線Ｕｖが発生する。この紫外線１１／は主電極（
ｌａ）、（ｌｂ）間のレーザガスに照射され、主電極（
１ａ）、（１ｂ）間に、空間的に均一な種電子を発生さ
せる。

パルス充電用コンデンサ（５）から励起用コンデンサ（
２）への電気エネルギ移行に伴い、励起用コンデンサ（
２）の両端子間の電圧が上昇して主電極（１ａ）、（１
ｂ）間の放電開始電圧に到達すると、主電極（ｌａ）、
（ｌｂ）間にグロー放Ｍ（１放１りが生じる。

このとき、主電極（１ａ）、（１ｂ）間のレーザガス内
には均一な種電子が発生しているので、グロー放電は均
一に発生する。

このグロー放電により、放電励起部（１）、励起用コン
デンサ（２）及び予備電離ギャップ（３）は主放電回路
を構成し、励起用コンデンサ（２）に蓄えられた電気エ
ネルギは、主電極（１ａ）、（ｔｂ）間のレーザガスを
励起する。従って、放電励起部（１）からは、例えば第
４図の紙面垂直方向にレーザ光が放射される。

一般に、エキシマレーザのようにレーザガスが高気圧で
ある場合、主電極（１ａ）、（ｌｂ）間の均一な予備電
離により発生したグロー放電を長時間にわたって安定に
維持することは困難なため、グロー放電は数１０〜１０
０ｎ秒程度の時間でアーク放電に移行する。しかし、主
放電回路の時定数は十分小さいので、励起用コンデンサ
（２）に蓄えられた電気エネルギはアーク放電に移行す
る前に消費されるのが普通である。

一方、パルス充電用コンデンサ（５）には励起用コンデ
ンサ（２）を充電するため十分大きな電気エネルギが蓄
えられており、この電気エネルギを主放電中に全て投入
して消費することは回路構成上非常に困難である。従っ
て、主放電開始時までに励起用コンデンサ（２）に移行
できなかった電気エネルギは、パルス充電用コンデンサ
（５）、高電圧スイッチ（６）、放電励起部（１）から
なる閉回路を介したアフタカレントと呼ばれる電流とな
って消費される。

しかし、この閉回路の時定数は主放電回路の時定数より
数倍大きいため、アフタカレントは、レーザ励起に全く
寄与しないアーク放電となって、主電極（ｌａ）、（１
ｂ）間で消費される可能性が高い。

［発明が解決しようとする問題点〕 従来の放電励起パルスレーザ装置は以上のように、パル
ス充電用コンデンサ（５）の残留電気エネルギが、主放
電終了後に放電励起部（１）に印加されてアーク放電を
発生さ仕るので、主電極（ｌａ）及び（ｌｂ）を構成す
る金属のスパッタリングにより主電極（ｌａ）及び（ｌ
ｂ）の表面が破損すると共にレーザガスが汚染され、又
、レーザガスの分解による劣化を生じ、放電励起部（１
）の性能や信頼性の劣化及び寿命の制限につながるとい
う問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、主電極間のアーク放電を防止することにより
、高性能且つ長寿命な放電励起パルスレーザ装置を得る
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る放電励起パルスレーザ装置は、放電励起
部に並列に接続された短絡用スイッチと、この短絡用ス
イッチを主放電がアーク放射に移行する直前に短絡する
短絡起動手段とを設けたちのである。

［作用］ この発明においては、短絡起動手段が、主放電が終了し
てアーク放電に移行する前に、短絡用スイッチを短絡し
て充電・回路内の残留電気エネルギを短絡用スイッチに
流し、主放電終了後に放電励起部に電圧が印加されない
ようにする。

［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
図はこの発明の一実施例を示す回路図であり、（１）〜
（６）は前述の従来装置と同様のものである。

（ｌＯ）は放電励起部（１）に並列に接続された短絡用
スイッチである。（１１）は高電圧スイッチ（６）及び
短絡用スイッチ（１０）の起動タイミングを制御するト
リガ制御回路であり、高電圧スイッチ（６）を起動して
から短絡用スイッチ（ｌＯ）を起動するまでの所定時間
が予め設定されている。

Ａはパルス充電用コンデンサ（５）から流れ出る充電回
路用電流、Ｂは励起用コンデンサ（２）から流れ出る励
起用コンデンサ電流、Ｃは主電極（ｌａ）、（ｌｂ）間
を流れる放電励起部電流、Ｄは短絡用スイッチ（１０）
を流れる短絡用スイッチ電流であり、各電流Ａ−Ｄの波
形は第２図のように表わされる。

次に、第２図の波形図を参照しながら、第１図に示した
この発明の一実施例の動作について説明する。

まず、タイミングＰにおいて、トリガ制御回路（１１）
が高電圧スイッチ（６）を起動すると、パルス充電用コ
ンデンサ（５）から励起用コンデンサ（２）に充電回路
電流Ａが流れ、電気エネルギの移行が開始する。このと
きの電気エネルギ移行時間ＴＩは約１００ｎ秒程度であ
る。

この電気エネルギ移行により、励起用コンデンサ（２）
の両端子間の電圧が上昇し、タイミングＱにおいて主電
極（１ａ）、（１ｂ）間でグロー放電が開始する。この
とき、励起用コンデンサ（２）から投入される励起用コ
ンデンサ電流Ｂ（１１気エネルギ）は、放電励起部電流
Ｃとなって主電極（ｌａ）、（１ｂ）間を流れる。従っ
て、グロー放電時間Ｔ２の間、レーザガスは励起されて
レーザ光を放射する。以上の動作は前述の従来装置と同
様である。

次に、アーク放電時間Ｔ３に移る前のタイミングＲにお
いて、トリガ制御回路（１１）は短絡用スイッチ（１０
）を起動し、短絡用スイッチ（１０）を短絡する。

このタイミングＲを決定する所定時間は、ＴＩ＋７２か
ら、（１００ｎ秒十数１０ｎ秒）程度に設定されている
。

従って、グロー放電時間下２中に励起用コンデンサ（２
）からレーザガスへの電気エネルギが十分投入されてい
るので、性能が劣化することはない。又、グロー放電時
間Ｔ２からアーク放電時間Ｔ３に移行する直前のタイミ
ングＲで強制的に主放電が終了させられるので、主電極
（１ａ）、（ｌｂ）間にアーク放電が発生することはな
い。

短絡用スイッチ（１０）が短絡された後の時間Ｔ３にお
いては、充電回路電流Ａ（残留電気エネルギ）が、全て
短絡用スイッチを介して短絡用スイッチ電流りとして消
費される。

次の主放電を繰り返す場合は、放電されたパルス充電用
コンデンサ（５）を再び充電する。主放電が繰り返され
る間隔は数ｍ秒程度なので、その間に短絡用スイツチ（
１０）は回復して再び開放状態となる。

尚、上記実施例ではか、短絡起動手段としてトリガ制御
回路（１１）を設けたが、第３図のように短絡用スイッ
チ（ｌＯ）をレーザトリガ・スパークギャップとし、放
電励起部（１）から放射されるレーザ光（Ｉ２）を所定
長さの光学的遅延路（図示せず）を介して導き、短絡用
スイッチ（１０）の起動に用いてもよい。尚、図におい
て、（１３）はレーザ光（１２）を短絡用スイッチ（１
０）に集光するだめの集光レンズである。

この場合、光学的遅延路は例えば光ファイバで構成され
ており、レーザ光放射開始即ち主放電開路のタイミング
Ｑから数１０ｎ秒後に、レーザ光（Ｉ２）が短絡用スイ
ッチ（１０）に照射されるような長さに設定されている
。従って、第２図に示したタイミングＲにおいて、主放
電からアーク放電に移行する直前に主電極（１ａ）、（
ｌｂ）間を短絡することができる。

又、放電励起部（１）から放射されるレーザ光を光検知
器（図示せず）で受光して電気信号に変換し、この電気
信号により短絡用スイゲチ（１０）を起動してもよい。

この場合、光検知器に、レーザ光を受光してから所定時
間（数Ｉｏｎ秒）経過後に電気信号を出力するための遅
延回路を内蔵するか、又は、光検知器が、所定長さの光
学的遅延路を介したレーザ光を受光するように構成すれ
ばよい。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、放電励起部に並列に短
絡用スイッチを設け、この短絡用スイッチを主放電がア
ーク放電に移行する直前に短絡することにより、主放電
終了後のアーク放電が生じないようにしたので、主電極
及びレーザガスの劣化を防ぎ、高性能且つ長寿命な放電
励起パルスレーザ装置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を示す回路図、第２図は第
１図内の各電流を示す波形図、第３図はこの発明の他の
実施例を示す回路図、第４図は従来の放電励起パルスレ
ーザ装置を示す回路図である。 （＋）・・・放電励起部　　　（Ｌａ）、（ｌｂ）・・
・主電極（２）・・・励起用コンデンサ （３）・・・予備電離ギャップ（予備電離機構）（５）
・・・放電回路内のパルス充電用コンデンサ（６）・・
・放電回路起動用の高電圧スイッチ（１０）・・・短絡
用スイッチ （１１）・・・トリガ制御回路（短絡起動手段）（１２
）・・・レーザ光 Ｐ・・・充電回路が起動するタイミングＱ・・・主放電
が開始するタイミング Ｒ・・・短絡用スイッチが起動するタイミング尚、図中
、同一符号は同−又は相当部分を示す。 懸１図 帛２図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対向する一対の主電極及びこの主電極間に介在
   されたレーザガスからなる放電励起部と、この放電励起
   部に並列に接続された励起用コンデンサと、この励起用
   コンデンサをパルス的に充電するパルス充電回路と、前
   記レーザガスを予備電離させるための予備電離機構とを
   備え、前記主電極間の主放電によりレーザ光を発生する
   放電励起パルスレーザ装置において、前記放電励起部に
   並列に接続された短絡用スイッチと、この短絡用スイッ
   チを前記主放電がアーク放電に移行する直前に短絡する
   短絡起動手段とを設けたことを特徴とする放電励起パル
   スレーザ装置。
2. （２）短絡起動手段は、パルス充電回路及び短絡用スイ
   ッチの各起動タイミングを制御するトリガ制御回路から
   なり、前記短絡用スイッチは、前記パルス充電回路が起
   動してから一定時間後に短絡されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の放電励起パルスレーザ装置。
3. （３）短絡起動手段は、放電励起部から放射されるレー
   ザ光を導くための所定の光路長を持つ光学的遅延路から
   なり、短絡用スイッチは、前記光学的遅延路を介したレ
   ーザ光により起動されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の放電励起パルスレーザ装置。
4. （４）短絡起動手段は、放電励起部から放射されるレー
   ザ光を検知する光検知器からなり、短絡用スイッチは、
   前記光検知器から出力される電気信号により起動される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放電励起
   パルスレーザ装置。
5. （５）光検知器は、レーザ光を検知してから一定時間後
   に電気信号を出力することを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載の放電励起パルスレーザ装置。
6. （６）光検知器は、所定の光路長を持つ光学的遅延路を
   介したレーザ光を検知することを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の放電励起パルスレーザ装置。