CN102668274B - Co2气体放电激光器的预电离方法 - Google Patents

Abstract

RF供电的CO₂气体放电激光器包括放电电极和在该电极之间的激光气体混合物。当将该RF电源用于这些电极时，电离该激光气体混合物，当已经将该RF电源使用了足以在该激光气体混合物中点着放电的持续时间时，启动激光动作。通过周期地将该RF电源用于这些电极达到期间不期望发生放电点着的预定周期来预电离该气体混合物。监视从这些电极反射回路的RF电源。如果在该预定持续时间已经逝去之前该监视的电源落在指示激光动作的即将启动的预定等级之下，终止该RF电源到这些电极的应用以阻止该激光动作发生。

Description

CO2气体放电激光器的预电离方法

技术领域

一般地，本发明涉及二氧化碳(CO₂)气体放电激光器，包括其中点着气体放电以引起激光器动作的激光气体混合物。特别地，本发明涉及预电离该气体混合物以促进可靠地点着该放电的设备和方法。

背景技术

CO₂激光器通常包括在包含该激光其他混合物的外壳内的间隔分开平行的放电电极。使用其延伸在这些电极之间的纵轴配置激光谐振腔。通过将通常以RF电压脉冲形式的RF电源应用给该放电电极来在该激光气体混合物中击中(点着)气体放电。这使得该激光谐振腔传递在持续时间和频率上对应于该RF电压脉冲的持续时间和频率的激光辐射的脉冲。当正传递脉冲时，在下一个脉冲实际上立即重新点着该放电用于传递下一个脉冲的一个RF脉冲的应用之后的混合物中保留了充足的电离。

在商业上可获得的脉冲CO₂激光器中，通常存在一些为在该激光气体混合物中保留一些等级的电离而提供的装置，当未正在传递激光脉冲序列时。普遍地将此称作为预电离。预电离促进气体放电的点着，当期望传递激光器脉冲时。通常配置预电离装置用来最小化在到这些电极的RF脉冲电源的应用和激光器脉冲的传递之间的任意延迟。也应配置该预电离装置使得无论最小化延迟保留多少，该延迟是可预测和可重复的。

早期，例如具有小于100瓦特(W)平均功率输出预电离的低功率激光器已经由独立预电离装置所提供，不与火花塞有差别，并由独立于该放电电极的RF电源的电源来操作。发现该方法不足以用于具有较高功率输出的激光器。为这样的激光器已经研发了称作为预燃放电方法的方法。在该预燃放电方法中，创建预电离是通过将来自该激光器的主要RF电源的 RF脉冲应用于具有足够长脉冲持续时间的放电电极以创建自由电子并提供所需的电离，但是长不足以实际点着放电(等离子)和导致激光动作。

对于该预燃放电方法研发的挑战是去发现容纳在该预燃放电(预电离)情况和该点着放电(激光)情况之间存在的激光负载阻抗差异的装置。在分配给本申请的代理人，于2009年1月6日申请的，申请号为12/367,174的美国专利中描述了一个这样的装置，其全部公开内容通过引用在此并入本文。依照该说明书的预燃放电方法可靠地运行在具有平均输出功率达到400W的脉冲CO₂激光器中。

已经发现，当试图实施将本方法实施在具有平均功率输出达到1000W的脉冲CO₂激光器中时，已经将可靠一致的预电离提供在该较低功率激光器中的预电离脉冲持续时间偶尔地引起在该较高功率激光器中的不希望的激光动作。也已经发现，因为统计波动名义上在相同1000W激光器之间，能够提供预电离而没有不希望的激光动作的预电离脉冲持续时间是难于预测的。这需要耗时和每一个激光器的昂贵的“校准”以确定用于该激光器的特定最佳预电离脉冲持续时间。试图使用足够短的持续时间以避免没有这样校准的激光导致了不可靠的放电点火。已经发现必要的是，进一步研发该预电离方法以避免在不希望激光动作和不可靠的放电点火之间的冲突。

在气体放电中的上述现有技术预燃放电过程的操作的示范性说明在下面参照图1A和1B而被提出，其中每一个描述了作为时间函数的电压，并一起提供了计时图。图1A描述了预燃脉冲的计时，图1B描述了激光器脉冲的计时。

在打开该激光器之前，首先在时间t₀处打开该预燃放电。预燃脉冲生成电路命令RF电源(RFPS)发出由短RF脉冲组成的RF预燃脉冲序列，在图1A中由脉冲SP₁，SP₂和SP₃示范。这些RF脉冲具有宽度(持续时间)W_S，和峰值电压V。这些脉冲使用其间时间间隔T来重复，即采用脉冲重复频率(PRF)等于1/T。在该方法中，这些RFPS供电该未点着的放电，即，该预燃功能，和该点着放电。该峰值电源V名义上对于该点着和未点着放电情况是相同的。预燃脉冲的持续时间短于激光脉冲的持续时间并太短而不能实际上导致激光放电。通过实施例的方式，预燃脉冲可能具 有大约4μs的持续时间。在激光升温期间该预燃脉冲预处理该激光气体，通过生成充足数量的自由电子在该放电电极之间气体内。该最初升温时期能够与数分钟一样长。该自由电子确保了当用来发出激光脉冲的用户命令指示该RFPS发出具有足够长以激起激光放电和发出激光脉冲的宽度(持续时间)W_L的RF脉冲时，快速点着放电，例如大约50微秒或更长。选择该时期T使得将总是存在充足的自由电子在该期间以促进在需要时的激光放电的点火。

在图1B中，任意选择该用户命令脉冲以达到时间t₂，临时由持续时间t_D分隔，跟随时间t₁处的预燃脉冲SP₃的终止。由于时间t_D小于在预燃脉冲之间的时间T，在该放电中存在必要的自由电子用来使用较少的时间抖动(延迟)迅速点着该放电。一旦接收到该激光命令脉冲，禁止该预燃脉冲命令电路。在时间t₃处终止该激光脉冲(LP₁)。如果在另一时期T在t₃后已经逝去之前未接收到另一用户命令信号，重新激活该预燃脉冲电路以使得预燃脉冲由该RFPS传递。在图1B中，脉冲SP₄表示这样脉冲的第一个。该预燃电路命令该RFPS使用其间时期T以传递预燃脉冲直到接收到另一用户命令以传递激光脉冲。

上述现有技术系统运行非常好，但是总是存在一个问题，关于为任意给定激光设置，预燃脉冲应该是多长。当然该持续时间必须刺激该气体而不导致激光。使用400W CO₂条形激光器的大量实验已经指出，作为示范的4μs脉冲在满足这些条件之上。然而，当将相同预燃脉冲宽度用于1000WCO₂条形激光器时，在该预燃脉冲结束之前发生激光动作，少量激光功率由该激光器发出，当其尚未接收到信号去这样做时。将该预燃脉宽减少到在显现为可接收运行的1000W条形激光器中的3μs，至少在该一个特定激光器中。问题在于，在该相同产品族模型中的激光器之间存在统计波动，因此不能确定，未引起在该家族中一个单元内的激光的预燃脉冲持续时间将也不引起在该家族中另一单元内的激光。

当通过实验能够相对快速地确定任意特定激光器的合适预燃脉冲持续时间时，该实验性确定为该激光器生产增加了时间和成本。相应地，存在一种用于传递在该预燃脉冲的传递期间自动避免不希望的激光的预燃脉冲的方法和电路的需求。

发明概述

在本发明的第一方面，通过预电离该激光气体混合物的方法来避免以上讨论的冲突，包括到这些电极的RF电源的初始应用和对来自这些电极的RF电源反射的监视。当该监视的反射RF电源落在指示了激光器动作即将发动的预定等级之下时，终止到这些电极的RF电源的应用以阻止该激光器动作发生。

在优选实施方案中，估计了可应用该RF电源而不引起激光器动作的最大时间周期。如果在已经将RF电源应用于该估计的最大时间周期之前该监视的反射功率未落在该预定值之下，在该最大持续时间已经逝去之后终止RF电源的应用。在另一请客中，如果跟随该RF电源应用的终止，该激光器的用户尚未命令激光器动作发生，重复将该RF电源的终止到这些电极的启动，在该激光气体混合物将仍旧足以被电离以促进放电的点火的期间的时间周期。

附图简要说明

图1A和1B是作为时间函数的RF电压图，提供了概要地描述了传递预燃脉冲和激光脉冲的现有技术方案的操作的计时图。

图2概要地描述了依照本发明的激光器设备的优选实施方案，包括激光头，将RF电源传递给该激光头的RF电源，监视将RF电源传递到并反射自该激光头的RF电源的传感器，从该监视的反射RF信号处提供指示在该反射RF信号中下降的数字信号的电路，复杂可编辑逻辑器件(CPLD)，配置用来基于从该传感器电路处数字信号的接收来终止到该激光头的RF电源的传递。

图3A，3B，3C和3D提供了计时图，概要地描述了由图2的CPLD响应来自该传感器电路的数字信号的接收进行的RF脉冲的终止。

图4是逻辑电路图，概要地描述了图2的CPLD的一个优选配置。

图5是随意可用于图4的CPLD配置的故障检测电路，用于在如果在预定时间尚未接收到图2的数字信号时提供故障信号。

图6是逻辑电路图，概要地描述了图2的CPLD的另一优选配置，具 有图4配置的功能，但是在如果图2的传感器电路未检测到任意反射的RF信号时另外提供了故障信号。

发明详述

图2依照本发明概要地描述了激光器设备10的优选基本设计。激光器10具有四个主要子系统，由AC电源驱动的DC电源12；由该DC电源驱动的RF电源(RFPS)14；激光头16，包括(但未图示)放电电极，激光气体混合物，光学谐振腔；和电子控制电路18。由于对于本领域技术人员来说RF激励的气体放电激光器的设置是公知的，此处未展现该激光器设置的具体说明。

提供前向传感器耦合器20用来监视传播到该激光器电极用来按需创建预燃脉冲或激光器脉冲的RF能量(电源)。提供反(后)向耦合器传感器22用来监视从这些电极反射的RF电源。

将来自这些定向耦合器的前向和后向(反射)的信号供应给电路18内的模拟电路24。模拟电路24将该前向和反射(模拟)的信号与阈值比较并将在这些模拟信号中的变化转换成相应的数字信号。该前向信号指出该RFPS正将RF电源传递给这些电极(负载)。在该后向信号中的变化提供了在这些电极之间放电的点着时序信息。这将在此后进一步进行具体描述。

控制电路18包括负载可编程逻辑器件(CPLD)26。优选这样的装置是从加利福尼亚州的圣克拉拉市的ALTERA公司可获得的模块EPM3256。此后进一步提供了该装置的组件的优选配置的具体说明。用户将ON/OFF命令提供给该CPLD用来启动和停止激光器脉冲的传递。该CPLD处理来自电路24和来自该用户命令输入的数字化反射RF能量信息并将处理后的用户或预燃命令传递给该RFPS。基于来自该CPLD的输入，该RFPS将该合适的RF预燃或可操作的(激光器)脉冲传递给激光头16。

当打开该RFPS或传递发电电路预燃脉冲或激光器脉冲时，来自传感器22的反射RF信号快速上升。这是因为在该RF脉冲开端，该气体尚未分解，相应地该激光器作为高度错配负载而动作。短时间之后，在该激光器中的激光开始分解，该负载匹配开始提高，导致该反射的RF电源减少； 据此，导致来自RF 22反射的信号(电压)减少。用于该气体分解发生的实际时间，在基于该激光头的特定配置应用该RF电源之后，包括例如，该气体混合物组成和压力，该电机形状和间隔，和自最后激活激光器放电而逝去的“发生”时间。

通过将该反射的RF信号传过包含在模拟电路24内的高速电压比较器(图2未示出)来数字化该模拟反射RF信号，该比较器具有参考电压，由该激光器制造商设置。当该反射的RF信号在该参考电压的设置等级之下时，该比较器的输出为数字高。当该反射的RF信号在该设置参考电压之上时，该比较器的输出为数字低。能将该高和低输出称作为数字化反射信号。

以下继续参照图2提出电路18的功能的概要说明。基于该激光器的第一次启动，CPLD 26打开预燃脉冲序列用于初始激光器暖机周期，其使能该RFPS。来自这些电极的反射的RF信号快速上升并由传感器22检测。当来自该传感器22的信号越过电路24内的比较器的参考电压的设置等级时，该信号触发该比较器的输出从高到低。作为响应，该RFPS将RF能量传递到该气体中直到该气体开始分解。随着该气体开始分解，在该RFPS和该激光器之间的阻抗匹配提高，该反射的RF相应信号开始下降。这导致该信号再次越过该比较器的参考电压，使得该数字反射信号从低返回到高。出自该比较器的数字反射信号的从低到高的转换导致该CPLD通过关闭该RFPS终止该预燃脉冲。该CPLD继续计算出完全的预燃重复周期(在图1A和1B中的T)，随后启动新的预燃脉冲，如果在图1A和1B中所述的预燃周期的结束之前未接收到用户命令脉冲。

然而，这里强调的是，与图1A和1B所述的现有技术设置的比较中，未将该预燃脉冲的持续时间固定在预定，计时时间，但是被调节(终止)在该信号变化自指示激光器动作是预燃的传感器22时，据此阻止该预燃脉冲实际地导致该激光器动作。换句话说，该RFPS输出仅仅只是需要去开始导致该气体分解的预燃脉冲。然而，因为该激光器正被重复地驱动到开始激光放电的点处，在全部时间中在该气体内存在足够的自由电子用于该激光器快速随着低时间抖动开始，当由该用户要求脉冲时。能够将该发明的方法称作为“智能预燃”。因为在该智能预燃中决不点着该放电，存 在很少或没有发生在正预燃的时间处的激光器动作的机会。

如果在来自该RFPS的预燃脉冲的应用上该气体无法开始分解，将不会存在来自该激光头的反射RF信号中的下落，因此设置为在一些预设最大脉冲时间之后终止该预燃脉冲。如果这发生了，指示了该激光器系统发生故障且需要对其进行检查。相应地，智能预燃允许操作如下的故障信号的实施方式。

如果该激光气体无法开始在预燃脉冲期间分解，该反射RF信号将保留高，该预燃脉冲将继续预设最大时间的持续时间，如上所述。这特别能够发生在该激光器的初始暖机期间，当该激光器放大更难于开始时。将不实际的是在仅仅单个最大长度脉冲之后去触发故障信号，因为能够期望的是，当该激光器第一次启动“冷机”时需要最大长度的脉冲运行。可替换地，该智能预燃对连续的最大长度预燃脉冲的数量计数并仅仅在该数量超过一些设置限制之后出发故障信号。例如，如果该限制是1000最大长度预燃脉冲，该预燃脉冲PRF是1千赫兹(kHz)，当该反射RF信号未显示下落的标记时，在1秒钟之后将触发该故障信号。随着该激光器放大开始“暖机”，自动地由以上讨论的模拟比较器的功能减少该预燃脉宽。

图3A，3B，3C和3D是提供计时图的图，概要地描述了上述方法进行的预燃脉冲的截断。作为对图2的电路组件的补充，作出了标记。由CPLD26生成图3A的电压脉冲。在时间T₀处打开该脉冲，在缺少任意截断(来自该数字化反射信号的任意输入)中将关闭在时间T₅处，如由该脉冲的虚线部分所指示的一样。对于400W CO₂条形激光器，未截断预燃脉冲长度(W_MAX)将通常在大约2μs和4μs之间用于以上讨论的现有技术预燃系统。将图3A的脉冲用来命令RFPS的输入就像其是标准的用户命令脉冲。在图3A脉冲的上升边缘处，打开该RFPS，启动图3B中所述的RF脉冲。

图3B描述了由该RFPS所发出的前向RF电源的包络，其被传送到该激光器的电极，如由该前向耦合器传感器20所检测的一样。该前向信号通知该用户该RFPS正在正常运行。注意到图3B的脉冲跟随有提供给该RFPS的电压脉冲的形状(图3A)，除了较低的上升和下降时间。该较低上升和下降时间的原因在于其花费时间用于该RFPS去建起在使能时的整个电源，和RFPS在禁止时衰减到零的时间。这里再次注意，在任意截断 缺少时，将由该CPLD在正落到时间T₆处的零的时间T₅处关闭该RF脉冲，如该脉冲的虚线部分所指示的一样。

图3C描述了由传感器22所提供的反射RF信号的典型包络行为。该信号最初沿着图3C的前向RF信号上升，因为该激光器放电最初被“未点着”。当未点着该放电时，该RFPS高度错配于该负载。在短间隔之后，通常在典型的400W条形激光器中大约0.5μs，该气体开始分解，该RFPS和该激光器之间的RF电源匹配开始提高，图3C的反射信号开始降低。图3C中的水平虚线是值由V_R所标注的设置参考电压等级。该参考电压由该激光器制造商设置并由使用该智能预燃的每一个激光器家族的实验所确定。

图3D示出了图3C的反射RF信号的包络，在将其通过电路24中的反相模拟比较器电路之后。当图3C的反射信号的峰值在电压V_R之下时，该比较器的输出是逻辑高，如图3D所示。在时间T₁处，该反射信号的电压变得等于V_R。一旦其上升到V_R之上，该比较器的输出切换到逻辑低。在时间T₂处，该反射信号的电压降到V_R。一旦该反射信号落到V_R之下，该比较器的输出就再次切换到逻辑高。如图3D所示，结果是该数字化反射信号被反相且是具有数字逻辑电平的图3C的反射信号的“收拾好的”副本。

当图3D的数字反射信号在时间T₂处从数字低转换成数字高时，其触发CPLD信号从数字高下降到数字低，如图3A的实线曲线所描述的一样。这关闭了终止如图3B中实线下降沿所指示的预燃脉冲的RFPS，伴随着在时间T₄处下降到零的RF电压。在时间T₂处的预燃脉冲的快速终止(截断)阻止了在该预燃脉冲期间的激光器振动。

注意到在时间T₂处的图3D的数字反射信号的上升沿和在时间T₃处的图3A的预燃脉冲的相应下降沿之间存在一些传播延迟ΔT。在图3A和3D中夸大了该延迟以便于描述。实际上，可能经常忽略该传播延迟。

图5概要地描述了配置以使用400W扩散冷却CO₂条形激光器的电路18的一个优选实施方式。由该虚线封闭的电路是通过配置上述参考的Altera EPM3256 CPLD集成电路芯片来实施的CPLD 26的电路。模拟比较器25是图2的模拟电路24的一部分。在该实施方式中使用了从加利福尼 亚州的圣克拉拉市的国家半导体公司可获得的高速模拟比较器模块LMV7219-10。该反射信号和用于设置在该模拟比较器上的参考电压的参考电压(V_R)信号(见图3C)应用于所描述的比较器25的反相(+)和非反相(-)输入端。

该用户命令信号首先通过脉冲资格电路30，其限制了占空比和这些用户命令的最大脉宽。脉冲资格电路30的目的是阻止用户操作在特定操作范围外的RFPS和激光头，该范围如果超过，将导致对该RFPS或该激光头的损坏。该脉冲资格电路的具体说明对于理解本发明的原理来说是不必要的，相应地，在此不进行展现。

将来自资格电路30的信号提供给OR门32并随后提供给图2的RFPS14。该合格的命令信号也同步于依靠D触发器34的系统时钟。该同步合格命令信号用来清除计数器36，并经过NOR门40，产生提供给OR门32的预燃脉冲命令的JK触发器38。这允许这些用户命令推翻和禁止该预燃直到已经缺少用户命令信号达到整个预燃时期。

如下生成预燃脉冲。计数器36具有由双输入线所描述了预定“模量”参数。每一个时钟周期，该计数器加1，直到其达到模量-1的数，即少于该模量参数一个。在该数量上，来自计数器36的执行信号达到逻辑1。在下一个时钟周期上，计数器36返回到零的数，该执行信号返回到逻辑0。通过实施例的方式，如果该时钟具有1MHz的频率，该模量是1000。在999的计数时，执行信号达到逻辑1；在下一个计数处，该计数器从999计数到0，执行信号达到逻辑0。相应地，计数器36的执行将发出以1兆赫兹/1000，即1kHz的速率的输出脉冲。

将该计数器36的执行应用于该JK触发器38的J输入。如所述的一样，当该计数＝999时执行信号是逻辑1。在下一时钟周期，计数器36计数到0，JK触发器38的输出逻辑1(因为JK触发器将设置在被时钟控制且J＝1以及K＝0时)。这标志了该预燃脉冲命令信号的开始。该预燃脉冲命令通过OR门32到图2的RFPS 14，据此打开该RFPS以启动预燃脉冲。

将计数器36的输出位送入数字比较器42的B输入，如该双线输送端B所指示的一样。将另一输入(再次由双线所示)用于该数字比较器的A端。将该输入信号设置到CPLD定义的参数，其定义了该预燃脉冲的最大 脉宽。该实际最大脉宽是该使用的脉宽参数加1。通过实施例的方式，使用1MHz时钟，如果希望为5μs最大脉宽，该脉冲参数应设置为4。当该计数器的输出等于该脉宽参数的值(A＝B)，该数字比较器42的输出达到逻辑1。在下一个时钟周期上，该JK触发器38的输出达到逻辑0(因为JK触发器将清空在被时钟控制且J＝0以及K＝1时)。这标志了该预燃脉冲的结束。该命令读出信号达到逻辑0，关闭该RFPS。

以上提供了预燃脉冲生成的说明假定了在来自该激光头的已检测反射RF信号中已经不存在任何变化。继续参照图4，以下提出的是，当从该激光头检测到在该RF反馈信号中某些变化时发生事情的说明。

当该预燃脉冲开始以及打开该RFPS时，该反射RF信号开始上升，如以上参照图3C所述。将该信号用于高速模拟比较器25的反相(-)输入端。当该反射的RF信号超出该选择的参考电压V_R时，该比较器25的输出达到逻辑0。这导致了该逻辑电路的状态无变化，因为出自该比较器的数字反射信号供应了D触发器44的上升沿触发的时钟输入。短时间以后，该激光气体开始分解，该反射RF信号开始下降。当该反射RF信号落在该参考电压V_R之下时，模拟比较器25的输出达到逻辑1。该数字反射信号的上升沿时钟控制该D触发器44。该触发器的D输入端处于逻辑1(因为其连接到来自JK触发器38的预燃脉冲)，因此该D触发器44的输出达到逻辑1。将该D触发器44的输出用于NOR门40的一个输入端，使得该门的输出到达逻辑0。这轮流使得JK触发器38的异步，即未时钟控制的清除。因为于此，当出自该模拟比较器25的数字化反射RF信号下降时，使得过早终止了该预燃脉冲，也将该数字比较器42的A＝B输出提供给反相器46的输入端，其输出被提供给该D触发器44的“清除”输入端。

这里应当注意，该预燃脉冲的清除不影响计数器36的动作。计数器36继续计数直到该计数器输出等于提供给数字比较器42的A端的脉宽参数信号。该数字比较器42的输出再次达到逻辑1。此时不清除JK触发器38，因为其如上所述由该反射RF信号已经清除。然而，异步清除D触发器44使得该预燃电路将准备在下一预燃周期期间生成另一预燃脉冲。

在如上所述配置该Altera EPM3256 CPLD集成电路芯片之后，确定了 在该CPLD内保留了足够多未使用的电路装置用来实施故障检测电路。以下参照图5并继续参赞图4和图2提出了一个优选实施方式50的说明。

故障检测电路50将生成数字故障信号，如果上述电路26已经正在生成全长度，未截断脉冲达时间的一些预定周期。这将发生，如果该激光气体未显示在该预燃脉冲期间开始点着的任何证据，如由来自图2的传感器22进行下落的反射RF信号的故障所示一样。但这发生时，该数字化反射RF模拟信号在该整个预燃脉冲期间保留高，该模拟比较器25的输出保留在逻辑低。因为此，未过早地清除JK触发器38，该预燃脉冲运行了该预设最大期间。当该计数器36的输出等于该脉宽参数时，该数字比较器42的输出达到逻辑高，在该后续时钟周期上重设JK触发器38。

将来自图4的数字比较器42和JK触发器38的输出也应用于如图5所示的故障检测电路50。如果图4的JK触发器38的输出为高，当图4的数字比较器42的输出达到高时，这指出了用于该特定预燃脉冲的故障情况。在电路50种，将这两个信号用于3输入AND门52的输入，与来自反相器54的信号一起，其输出被提供于计数器56的执行。将模量参数(模量-2)应用于计数器56。模量-2定义了在怀疑故障之前能够容忍的全长度预燃周期的预定最大数量。

如果计数器56在该预定最大值(模量-2减1)之下，该计数器56的反相执行输出将是逻辑高，该3输入AND门52的输出也将是逻辑高。因此，该计数器56的使能计数输入将处于逻辑高，该计数器将在下一个时钟周期上加上1。

如果该全长度预燃周期的计数超出该预定最大值，来自计数器56的执行输出达到逻辑高，宣称预燃故障信号。能将该预燃故障信号提供给故障指示器，如打开灯，或关闭该RFPS等，据此通知该用户该激光器系统可能发生问题，对其检测可能是正确的。反相器54也将该执行信号反相，导致3输入AND门54的输出被强制到该低状态，并禁止进一步的计数器计数。

然而，如果在任意预燃脉冲的传递期间，放电开始点着，将截断该预燃脉冲(如上所述)，此时图4的数字比较器42的输出达到逻辑高，JK触发器38的输出将达到逻辑低。由反相器58在图5的电路50内将该输出 反相，并将该输出用于2输入AND门60，与来自图4的数字比较器42的输出一起。该2输入AND门60的输出达到逻辑高，将计数器56清除回到“零”状态。这也将清除预燃故障信号，如果其已经被宣称。

图4的电路的版本的缺点在于，如果因为任意原因丢失了该反射RF反馈信号，例如，连接不良，峰值不足等，该电路将继续导致具有在该将生成电路中定义的最大脉宽的RF脉冲。如果这样的情况发生，RF能量将继续被泵送入该激光头，其是浪费的并可能导致不希望的激光。

以下参照图6并继续参照图4提出可替换电路70的说明，其通知用户何时这正发生并缩短该预燃脉宽达到最小值以阻止不希望的激光器动作发生，而保留图4的电路的所有功能。也能够在该ALTERA EPM3256CPLD装置中配置图6的电路。为了说明和比较的方便，功能上等于图4的电路18的组件的电路60的组件由相同参考编号所指示并由粗体字描绘。在图6中未示出用于传递合格用户命令的电路18的脉冲资格电路30，电路18的模拟比较器25。然而以粗体明确地指示了这些项目的输出。

在电路70中，正如在图4的电路18中，由计数器36，数字比较器42，JK触发器38，D触发器34和44和反相器46实际上生成预燃脉冲命令。然而，通过三输入NOR门72以图6的电路70来替换图4的电路18中的两输入NOR门40。需要这种替换，因为当前存在能够引起预燃脉冲截断的三种情况。他们是：合格用户命令信号的接收，如在电路18中的激光器动作的启动的检测；反射RF信号的丢失的检测，其是电路70的增加特征。

当该激光器正运行正常时，预燃脉冲启动，当由该计数器36的执行输出设置JK触发器38时。该预燃脉冲的开始使能，通过AND门74，计数器76，该计数器开始计数自该预燃脉冲的开始的逝去时间。

此时，D触发器44和78都处于逻辑状态0。一些时间之后，由图2的传感器22检测反射RF电源，该数字化反射信号从1到0转换。反相该转换通过反相器80，时钟控制D触发器44，其达到状态1。这使得2输入NOR门82的输出达到0，因而使得AND门74达到0，禁止计数器76。

在将该预燃脉冲已经应用到该激光器达足够的时间周期后，激光点着的启动发生，该反射的RF信号下落，该数字反射信号从0到1转换。该 转换时钟控制D触发器78，其达到逻辑状态1。将该状态传送在NOR门72中，清除JK触发器16，并截断该预燃脉冲，如在先前描述的电路中一样。计数器36继续计数，然而，在已经过去该最大预燃脉冲时间之后，该计数器的输出等于该脉宽参数，该数字比较器42的输出达到逻辑状态1达一个时钟周期。这通过反相器46清除了D触发器44和78。

如果未接收到任意数字化反射信号，像以前一样设置JK触发器38，计数器76开始此类自该脉冲开始后的逝去时间。D触发器44和78将保留在逻辑状态0中，因为该数字化反射信号被卡在逻辑状态1中。计数器76将计数直到该计数小于参数“返送脉宽”一个，其是计数器76的模量。

该返送脉宽参数定义了明显小于定义了该最大预期预燃脉宽的脉宽参数(计数器36的模数)的时间周期。选择该时间周期足够短使得激光器动作不可能发生并极大地缩减了到该激光器的RF能量的输入。优选的，该返送脉宽参数应在预燃脉冲的最大预期脉宽的大约10％和大约50％之间。通过实施例的方式，对于8μs的最大预期预燃脉宽，该返送脉宽可能是2μs。当在计数器76中的计数达到小于该返送脉宽参数一个时，该计数器76的执行输出达到逻辑状态1，该NOR门72的输出达到逻辑状态0，清除了JK触发器38，截断了该预燃脉冲。在同一时间，通过在NOR门82和AND门74之间传播的执行信号来禁止计数器76。这允许计数器76去“记忆”其达到了其最大计数。随后由该数字比较器42的输出清除计数器76，当其输出在该正常预燃脉冲周期的结束处达到逻辑1时。这允许计数器76准备开始在下一预燃脉冲周期的开始处开始从零计数。

如果在来自数字比较器42的重设脉冲的时间处该计数器76的输出在逻辑1(指示了因为该反射RF反馈信号的缺少而截断脉冲)，D触发器84将达到逻辑1，从该触发器的输出传递“无反馈”故障信号，其能按需被宣称。如果在该重设脉冲的时间处计数器76的输出处于逻辑0，D触发器84将到达逻辑0，将不传递该“无反馈”故障信号。

最后，以上参照编程的逻辑电路的两个实施例对本发明进行了描述。在图4的实施例中，该电路终止了预燃脉冲，当在已检测反射RF信号中的变化指出在该脉冲传递期间的激光器动作的启动时。图6的电路具有图4的所有功能，但附加地，如果未检测到任意反射的RF信号，能够显著地 减少到该激光器的RF能量传递并传递向用户警告该问题或以一些其他方式宣称的信号。参照图5描述了辅助电路，其能够传递故障信号，如果传递了某些数量的预燃脉冲而未检测到激光器动作的启动。可将图5的故障检测电路用于图4的电路和图6的电路二者。本领域技术人员应认识到，所述的这些电路的每一个仅仅是这样电路的一个实施例。本领域技术人员可以设计其他具有相同功能的电路而不背离本发明的精神和范围。

总之，参照优选实施方案对上述本发明进行了描述。然而，本发明不限于此处所述和描绘的这些实施方案。相反，本发明仅仅由附属于此的权利要求进行限定。

Claims (10)

1.一种在RF供电的气体放电激光器中预电离激光气体混合物的方法，所述气体放电激光器包括放电电极和在这些电极之间的激光气体混合物，当将RF能量用于这些电极时，电离该激光气体混合物，当已经将该RF能量使用了足以点着放电的持续时间时，启动激光动作，所述方法利用一系列预燃脉冲预电离激光气体混合物，包括步骤：

向这些电极应用RF能量脉冲以产生预燃脉冲；

在提供RF能量脉冲期间监视来自这些电极的反射回来的RF能量；

在预定时间周期之后重复上述应用步骤和监视步骤，以产生一系列预燃脉冲；和

当提供RF能量脉冲期间监视的反射RF能量落在指示激光动作即将启动的预定等级之下时，终止该RF能量到这些电极的应用以阻止该激光动作发生。

2.如权利要求1所述的预电离激光气体混合物的方法，进一步包括步骤：确定期间能够将该RF能量用于这些电极而不期望激光动作发生的最大时间周期，如果在已经逝去该最大时间周期之前该监视的反射RF能量未落在指示激光动作即将启动的预定等级之下，在已经逝去该最大时间周期之后终止该RF能量的应用。

3.一种预电离激光气体混合物的方法，其中在RF供电的气体放电激光器中，包括放电电极和在这些电极之间的激光气体混合物，当将该RF能量用于这些电极时，电离该激光气体混合物，当已经将该RF能量使用了足以点着放电的持续时间时，启动激光动作，所述预电离激光气体混合物的方法，包括步骤：

(a)确定期间能够将该RF能量用于这些电极而不期望发生激光动作的最大时间周期；

(b)启动到这些电极的RF能量的应用；

(c)监视来自这些电极的反射回来的RF能量；

(d)如果在已经将RF能量用于这些电极达到该最大时间周期之前该监视的反射RF能量落在指示激光动作即将启动的预定等级之下，在已经逝去该最大时间周期以阻止该激光动作发生之前终止该RF能量到这些电极的应用，否则当该最大时间周期已经逝去时终止该RF能量到这些电极的应用；

(e)重复步骤(b)，(c)和(d)预定数量的次数；和

(f)如果在步骤(b)，(c)和(d)的任意重复期间该监视的反射RF能量未落在指示激光动作即将启动的预定等级之下，提供指示情况的故障信号。

4.气体放电激光设备，包括：

激光头，包括放电电极和在这些电极之间的激光气体混合物；

RF能量，用来将RF能量提供给这些电极以激励其间的激光气体混合物；

反射的RF能量监视器，用来监视来自这些电极的反射回来的RF能量，作为在该RF能量和这些电极之间的阻抗错配的结果；

控制电路，与该反射的RF能量监视器协作，设置用来重复地启动和终止由RFPS进行的RF能量到这些电极的传递，所述传递用来提供预燃脉冲以预电离该激光气体混合物，设置所述控制电路以终止预燃脉冲，当该反射的RF能量监视器检测到在该反射RF能量下落到指示该激光头内激光动作即将启动的预定等级之下时。

5.如权利要求4所述的设备，其中如果在第一最大时间周期内未检测到反射RF能量的下落，进一步设置该控制电路用来在预定第一最大时间周期已经逝去之后终止预燃脉冲。

6.如权利要求5所述的设备，其中进一步设置该控制电路使得如果在连续地传递该第一最大时间周期之后终止预定数量的预燃脉冲，该控制电路传递指示情况的故障信号。

7.如权利要求5所述的设备，其中也设置该控制电路使得如果在将RF能量到这些电极的传递启动之后该反射的RF能量监视器未检测到任意反射的RF能量，在第二最大时间周期已经逝去之后终止该预燃脉冲，该第二最大时间周期小于该第一最大时间周期。

8.如权利要求7所述的设备，其中该第二最大时间周期是在该第一最大时间周期的10％和50％之间。

9.如权利要求7所述的设备，其中也设置该控制电路使得如果在将RF能量到这些电极的传递启动之后该反射的RF能量监视器未检测到任意反射的RF能量，该控制电路传递“无反馈”信号以指示情况。

10.如权利要求7所述的设备，其中进一步设置该控制电路使得如果在连续地传递该第一最大时间周期之后终止预定数量的预燃脉冲，该控制电路传递指示情况的故障信号。