CN1272232A - 脉冲气体激光发生装置 - Google Patents

Abstract

一种脉冲气体激光发生装置,按照第一主电极24、形成主放电电路用的绝缘体制筒状放电管21及第二主电极25的顺序纵向配置且内部有媒体气体,在这些第一主电极及第二主电极的外侧配置构成光谐振器的一对反射镜22、23,进而备有将主放电用电压加在所述第一主电极及第二主电极间的电源装置,在第一主电极或第二主电极的至少一主电极附近具有筒状介质体40和邻接该筒状介质体配置的辅助电极41,并具有工作时将电压加给该辅助电极使在筒状介质体的内侧区域产生等离子电极25a的辅助电极电压施加手段28。

Description

脉冲气体激光发生装置

                        技术领域

本发明涉及一种对气体激光媒质进行放电激励产生激光的脉冲气体激光发生装置。

                        背景技术

例如，氮(N₂)激光器或准分子激光器等紫外线区域的脉冲气体激光发生装置正在应用于荧光分析或采用气体吸光等的遥感装置，或光化学反应过程的应用，以及其它激光装置方面。然而，作为这种脉冲气体激光发生装置，实用上使用的是采用沿激光振荡光轴的长电极的、由紫外光预电离产生横向放电激励方式的装置。

但是，在横向放电激励方式的脉冲气体激光发生装置中，放电区难以均匀激励，每个脉冲的激光输出容易发生晃动。在这种横向放电激励方式的脉冲气体激光发生装置中，由于输出激光束的横断面形状是长方形等非圆形，故通常用圆形光纤传送情况下，作为激光装置的传输效率低。

作为解决这种不当的方式，有如特开平1-103889、特开平4-25187号、特开平8-316550号、或特开平9-83042号公报中所揭示的采用激光光轴方向即纵向的放电激励的方式。纵向放电激励方式本身已知的有He-Ne激光管、氩激光管、CO₂激光管等。但它们通常是将高电压脉冲叠加在施加电压上开始放电的。

纵向放电激励方式的脉冲气体激光发生装置如图19所示其原理结构，备有气体激光管11，和电连接有向气体激光管11供给工作起始触发电压及工作电压的电源装置12。该电源装置12具有高电压发生器和高电压触发电源，经储能电容器13连接于激光管11。

激光管11在作为真空容器的圆筒状绝缘管11a的内部，以规定压力封入如氮气作为激光媒质14。进而绝缘管11a两端部用输出反射镜17及高反射镜18真空密封，且其内部附近设有构成一对放电用电极的圆筒状阴极15及阳极16。

这样的氮气激光装置，从电源装置12内的触发电路将高触发电压加在阳极与阴极之间，该触发电压引起阳极16与阴极15间媒体气体的电绝缘破坏，存储在储能电容器13的电荷流经阳极与阴极间激活激光媒质。由此，在高反射镜18与输出反射镜17之间引起光谐振，从输出反射镜17输出激光。

这种纵向放电激励方式的脉冲气体激光发生装置的优点是可获得断面圆形的输出激光。但是，为了稳定进行高重复激光振荡，必须在阴极与阳极间施加相当高的触发电压及主放电电压。一旦这样做，就会在阴极或阳极发生称为亮点的放电电流局部集中的现象，有时会引起阴极或阳极材料的溅蚀。这种溅蚀会出现污染反射镜降低激光振荡效率、或附着于构成主放电电路的绝缘管内面降低耐压性能等缺点。

从横断面看激光束，预电离不充分引起中央部分激励不够，引起环状强度分布或各脉冲输出不稳定，不一致等，需作进一步改进。

因此，本发明的目的在于提供一种脉冲气体激光发生装置，该装置在主放电电极不发生亮点，能进行高重复脉冲振荡且获得横断面为圆形强度分布均匀的输出激光束。

为了实现上述目的，本发明的脉冲气体激光发生装置，按照第一主电极、形成主放电电路用的绝缘体制筒状放电管及第二主电极的顺序纵向配置且内部有媒体气体，在这些第一主电极及第二主电极的外侧配置构成光谐振器的一对反射镜，进而备有将主放电用电压加在第一主电极及第二主电极间的电源装置。在第一主电极或第二主电极的至少一主电极附近具有筒状介质体和邻接该筒状介质体配置的辅助电极，并具有工作时将电压加给该辅助电极使在筒状介质体的内侧区域产生等离子电极的辅助电极电压施加手段。

                       附图概述

图1为表示本发明一实施例主要部分的纵剖面及接线图。

图2为说明图1实施例工作的原理图及说明施加电压大小用的曲线图。

图3为说明上述图1实施例动作的曲线图。

图4为说明适合本发明实施范围的曲线图。

图5为表示本发明另一实施例主要部分的纵剖面图。

图6为表示本发明再一实施例主要部分的纵剖面图。

图7为表示本发明再一实施例主要部分的纵剖面图。

图8为表示本发明再一实施例主要部分的纵剖面图。

图9为表示本发明再一实施例主要部分的纵剖面图及接线图。

图10为说明图9实施例工作的原理结构图。

图11为表示本发明再一实施例的原理结构图。

图12为说明图11工作的波形图。

图13为表示本发明再一实施例的原理结构图。

图14为说明图13工作的波形图。

图15为表示本发明再一实施例的主要部分的纵剖面图。

图16为表示本发明再一实施例的主要部分的纵剖面图。

图17为表示本发明再一实施例的主要部分的纵剖面图及接线图。

图18为表示本发明再一实施例的主要部分的纵剖面图及接线图。

图19为说明已有例用的原理结构图。

                    本发明的详细说明

下面参照附图说明其实施例。相同部分用同一标号表示。图1所示实施例，在规定压力下将氮气封入放电管21的内部作为激光用媒体气体，该放电管21由构成脉冲气体激光管的真空容器的圆筒状绝缘陶瓷构成。该放电管21的图示左侧真空密封连接有其内表面具有输出反射镜膜的玻璃板制的输出反射镜22，在图示右侧真空密封连接有其内表面具有高反射的反射镜膜的玻璃板制的高反射反射镜23，构成光谐振器。

然后，构成主放电电路的放电管21在激光光轴方向纵向配置密封连接有其间挟有金属环构成的中间电极26的由绝缘陶瓷制相同内径的第一圆筒部21a，及第二圆筒部21b。在连接于两圆筒部21a、21b的中间电极26部分的内侧配置有金属圆筒构成的中间电极圆筒部26a。中间电极26还连接有金属排气管26b。

放电管的第一圆筒部21a的图示左端部密封连接有内表面露出放电电路的阴极25，外周上密封嵌合配置有从阴极25延长的第一外导体31。该第一外导体31的另一端部31b延长到中间电极圆筒部26a端部附近对应的位置。

在阴极25图示左方密封连接有高介质常数陶瓷构成的介质圆筒40，再在其左端密封连接由金属环构成的辅助电极41，该辅助电极41密封连接输出反射镜22。这些阴极25、辅助电极41及挟于它们间的介质圆筒40如下文所述，在工作中在介质圆筒40的内表面及该内侧区域生成等离子阴极25a。这样一来，在内部对合的等离子阴极25a与中间电极圆筒部26a之间构成第一放电电路20a。

在放电管第二圆筒部21b的图示右端，密封连接有金属环构成的阳极24，在该阳极24的前端密封连接高反射的反射镜23。这样，在内部对合的中间电极圆筒部26a与阳极24之间构成第二放电电路20b。这些第一放电电路20a与第二放电电路20b的轴向长度比如下文所述，设定成规定比率。然后，放电管21的内部在经排气管26b排完气后，将氮气按规定压力密封于放电管内部，之后，封切排气管26b。

在放电管第二圆筒部21b的外周紧密嵌合配置相同金属圆筒构成的第二外导体32。该第二外导体32的一端部32a固定于阳极24进行电短路连接，另一端32b延长配置到中间电极圆筒部26a端部附近对应的位置。

在放电管第二圆筒部21b及第二外导体32的周围，同轴配置圆筒形同轴型储能电容器30。该同轴型储能电容器30在其由高介电常数陶瓷构成的圆筒状介质体30a的内周面及外周面分别连接内周电极30b和外周电极30c。一端的内周电极30b通过导电性及机械强度高的导体环34直接结合于第二外导体32的图示左侧前端部32b进行电短路连接。另一端的外周电极30c作为接地电极与第一电源装置27的负极及地相连。同轴型电容器30的内周电极30b电连接于第一电源装置27的正极端。

这样一来，储存主放电用电荷的同轴型储能电容器30的正极侧经半导体环34直接连接于靠近配置在气体激光管中间电极部分的第二外导体前端部32b的四周，呈电短路连接状态。导体环34兼有将同轴型电容器30机械支撑于激光管的功能。且同轴型电容器30用未图示的绝缘树脂覆盖。

中间电极26及阴极侧辅助电极41从第二电源装置28分别经过限制触发电流用高电阻元件29a、29b进行电连接以提供脉冲状触发电压。该第二电源装置28产生与脉冲激光振荡的重复频率相对应的控制触发脉冲电压，用内部电源或脉冲变压器等构成。然后从该第二电源装置28进行连接以便将触发脉冲电压加给中间电极26。

下面，用图2及图3说明图1所示激光发生装置的驱动控制方法及动作例。图2(a)所示距离La表示气体激光管的阴极25与中间电极26间的第一放电电路20a的轴向长度，距离Lb表示中间电极26与阳极24间的第二放电电路20b的轴向长度，在该实施例中两者的比率(Lb∶La)设定为大致(2∶1)。各放电管圆筒部内形成的各放电电路的轴向长度设定的尺寸比该放电电路的直径即各放电管圆筒部的内径尺寸大得多。工作中在内表面及其内侧区域生成等离子阴极25a的介质圆筒40的轴向长度设定在第一放电电路20a的轴向长度(La)的二分之一以下，最好设定在三分之一以下。

然后先在气体激光管主放电电极对处的阴极25与阳极24之间从第一电源装置27施加自放电开始电压以下的直流电压，也即将正电压(+Vo)加到阳极24。从图1所示结构可见，阳极24经过第二外导体32、导体环34及同轴型电容器30的内周电极30b连接到第一电源装置27的正极。与此相反，阴极25经第一外导体31接地。

由此，阴极与阳极间的放电管21内的电位梯度Eo大致为(Eo＝Vo/(La+Lb))，在该图的(b)中用直线Eo表示。该电位梯度Eo是在放电电路中不会发生自放电的值，也即是这样一种电位梯度，即只要放电电路中哪里也不存在电晕放电、预电离区域，该电位梯度就不会引起主放电。

其次，第二电源装置28经电阻29a将负脉冲状触发电压(-Vt)加给中间电极26。同样，第二电源装置28经电阻29b将负脉冲状触发电压(-Vt)加到辅助电极41。由此，利用加到接地电位的阴极25与辅助电极41间的触发电压(-Vt)，使得在介质圆筒40的内表面及其内侧区域生成等离子阴极25a。

各电极施加上述电压时各电极间的电位梯度具有该图中(b)所示的关系。也即，阴极25与中间电极26间第一放电电路即第一圆筒部21a内的电位梯度Ea的绝对值大致为(Ea＝-Vt/La)，在该图(b)中用Ea表示。中间电极26与阳极24间第二放电电路即第二圆筒21b内的电位梯度Eb的绝对值大致为(Eb＝(|Vo|+|Vt|/Lb)，在该图(b)中用直线Eb表示。与此同时，因介质圆筒40的轴向长度设定在第一放电电路20a的轴向长度(La)的1/2以下，较好是1/3以下，故构成等离子阴极25a的阴极25与辅助电极41间的电位梯度Ep的绝对值具有第一圆筒部21a内电位梯度Ea绝对值的2倍以上。

按照上述各电极间的电位梯度，在阴极25与辅助电极41间介质圆筒40的内侧迅速生成等离子阴极25a，同时触发电压施加给中间电极26产生的电位梯度Ea、Eb的绝对值在第一及第二放电电路中的中间电极26附近区域A、B的任一处构成的电位梯度会产生电晕放电、预电离，破坏绝缘。在该实施例中，各放电电路长度比(Lb∶La)设定为(2∶1)，故只要各施加电压的绝对值相等，即(|Vo|＝|Vt|)，那么各放电电路中电位梯度Ea、Eb的绝对值相互相等，在第一及第二放电电路中该电位梯度Ea、Eb会同时或基本同时引起绝缘破坏。按照这种关系预先设定各施加电压(+Vo，-Vt)。该主放电由等离子阴极25a构成主放电的电子供给源产生脉冲状主放电。该主放电电流在阴极25与阳极24间流动。

由此，通过对辅助电极41及中间电极26同时施加触发电压，生成等离子阴极25a，并且在中间电极26和靠近它的阴极侧外导体端部31b、阳极侧外导体端部32b附近的放电电路区域A、B，产生电晕放电及预电离，各放电电路中同时或大致同时引起绝缘破坏。一旦引起这种绝缘破坏，即阴极及阳极间的绝缘电阻急骤下降，则储存于同轴型储能电容器30的电荷先经导体环34供给包围放电管的第二外导体32的端部32b，再经该外导体32传送到阳极24，供给放电电路。由此通过两放电电路产生主放电，激活激光媒体，产生脉冲激光振荡。

用图3进一步补充说明该实施例的工作状态。如该图(a)所示，在阴极与阳极之间加有储存于储能电容器的电压(+Vo)。然后，中间电极从某个时刻t1加有负向增大的脉冲状触发电压(-Vt)，在时刻t2引起放电电路的绝缘破坏。

在该绝缘破坏的时刻t2，如图3(b)所示，在阳极与阴极间瞬间流过大的主放电电流Id。如图3(c)所示，该主放电电流Id引起脉冲激光振荡，从而获得如5毫微秒(n-sec)左右的窄脉冲宽度的激光输出。电容器的两端电压，即阳极与阴极间的电压，经主放电瞬间下降，该主放电结束后，再经向同轴型储能电容器充电而上升。通过施加与脉冲激光振荡重复频率对应的脉冲状触发电压，上述动作不断地重复。

由此，可获得任意重复频率的脉冲激光输出。然而，由于在放电电路的全程同时或大致同时引起绝缘破坏产生主放电，故能获得高振荡效率。而且，输出激光束呈横切面为圆形且强度分布均匀。

如上所述，通过围绕放电管配置同轴电容器，使电荷传送在全周均匀进行，且传导路径的阻抗也小，故能进行更高频率的脉冲激光振荡。

另外，因供给中间电极及等离子阴极用辅助电极的触发电压供给电路的阻抗极高，故主放电电流自然不流经中间电极及辅助电极，由于施加触发电压引起的电流是极其微弱的电流，故无虑会对中间电极及辅助电极的材料引起溅蚀。

加给中间电极的触发电压(Vt)如上述实施例，如果与从储能电容器加给阴极或阳极的电压的极性相反，则加有高电压的各构件的耐压性能不必要求过高，具有实用性。然而，如果各构件的耐压性能十分必要，则加给中间电极的触发电压(Vt)与储能电容器加给阴极或阳极的电压的极性可以相同，各电压的设定使得各放电电路的电位梯度相等或大致相等。

但是，上述实施例的例子是将夹有中间电极设置在两侧的各放电电路的长度(Lb∶La)设定为约(2∶1)，在阴极与阳极间将脉冲状触发电压的峰值(Vt)设定成相对于电压(Vo)为负的相等电压。然而各放电电路长度或施加的电压不限定于此，可在获得上述类似的工作范围内任意设定。

图4示出了这种情况的曲线图。该图的横轴表示各放电电路的长度比(Lb∶La)，纵轴表示各施加电压及各放电电路的电位梯度的比。这些各施加电压比、电位梯度比表示用某个绝对值计算的值。该曲线图中的曲线R表示各放电电路中电位梯度(Ea，Eb)相等的触发电压(-Vt)与阴极-阳极间电压(Vo)的比(R＝|Vt|/|Vo|)的计算结果。曲线S表示此时各放电电路中电位梯度(Ea，Eb)与阴极-阳极间电压(Vo)产生的电位梯度(Eo)比(S＝(Ea，或Eb)/Eo)的计算结果。

因此，从该曲线可见，当将各放电电路的长度比(Lb/La)设定为如1.5时，各放电电路中电位梯度相等的各施加电压的比R为(R＝|Vt|/|V0|＝2)，此时的电位梯度比S为(S＝(Ea，或Eb)/Eo＝5)。当各放电电路的长度比设定为3时，可见各放电电路中电位梯度相等的各施加电压的比R为0.5，此时的电位梯度比S为2。

从上述关系可适当地设定各放电电路长度及各施加电压，但适用上各放电电路长度的比(Lb/La)大致在1.5～4.0范围内。各施加电压的比在各放电电路中电位梯度相等条件下，使电位梯度比(S＝(Ea，或Eb)/Eo)大致在1.7～5.0范围为宜。但是，各放电电路的电位梯度(Ea，Eb)即使未必相等，也会因大致同时引起绝缘破坏而可将两电位梯度比(Ea/Eb)定在1.0±0.5，最好定在1.0±0.3。

图5所示实施例用多根导线将电场集中用细导体环31c，32c从延长到靠近中间电极26配置的第一、第二外导体31、32的各端部突出加以配置。如图所示，这些细导体环31c，32c也可配置成重叠在中间电极圆筒部26a两端部的外周位置上，或也可配置在不重叠但靠近的位置上。也可只在任一外导体上设置。

按照该实施例，由于电场集中在各细导体环31c，32c，故施加触发电压时电晕放电、伴随它的预电离的产生效率更高，可获得良好的脉冲激光振荡。

图6所示实施例，中间电极圆筒部26a和各外导体的各端部31b、32b配置成在长度方向上重叠规定距离m、n。利用该实施例，在相互重叠区域附近的放电电路中也能高效产生电晕放电、伴随该电晕放电的预电离，能获得良好的脉冲激光振荡。

图7所示实施例，在第一外导体端部31b、第二外导体端部32b内侧的放电管内分别配置细导体环26c、26d，再用如3根导线26e、26f将它们电连接到中间电极的圆筒部26a加以机械支撑。

按照该实施例，由于在连接中间电极26的细导体环26a、26b附近会产生因施加触发电压引起的高电场，故进一步容易产生电晕放电和伴随电晕放电的预电离。

图8所示实施例，在放电管的中间电极圆筒部26a与第一外导体端部31b和第二外导体端部32b之间区域的内外两侧，使细外部导体环31c、32c与细内部导体环26c、26d相对配置。按照该实施例，在相对的内外导体环附近产生更高的触发用电场，故更容易引起电晕放电和伴随电晕放电的预电离。

在上述纵向激励的脉冲激光发生装置中，对于输出激光束横断面形状与其强度分布，本发明人找到了图9和图10所示关系。也即，图9是省略了生成等离子阴极或等离子阳极的辅助电极的实施例，该装置中，第一电源装置27经同轴型储能电容器30将主放电用电压加到阴极25与阳极24之间，中间电极26加有高重复触发脉冲电压，从而产生脉冲激光振荡。

然而，如图10(a)所示，在连接同轴型储能电容器30的电极，即阳极侧的放电管的内周配置筒状外导体，且将同轴型储能电容器30直接短路连接到应在主放电电路中感应预电离的位于靠近中间电极26处的外导体端部32b的情况下，如该图(b)所示，可获得横断面上强度分布均匀的圆形输出激光束。

与此相反，在将储能电容器30直接连接于外导体的相反侧端部32a或连接该端部的电极即阳极24本身的情况下，如图(c)所示，构成在横断面中央部分基本没有激光强度分布的可说是环状的输出激光束。

下面说明如果将同轴型储能电容器30直接短路连接到延长至中间电极26附近的外导体端部32b时能获得横断面上强度分布均匀的圆形输出激光束的原因。也即，认为是因为储存在同轴型储能电容器30的电荷首先传送到位于中间电极附近的外导体端部32b，在靠近此处的放电电路的区域B、A引起预电离，同时，电荷从该外导体端部32b沿该外导体32的内外表面以大致相当于光速的速度移动，导向阳极，由此，在放电管内部产生电子电场发射，从而产生主放电电路的绝缘破坏。这样一来，通过在放电管内部沿放电方向产生均匀的等离子体，该等离子体和中间电极近旁的电晕放电引起预电离，故在放电管内能生成均匀的主放电。只要在阴极或阳极的至少一方有生成等离子电极的手段，就能在放电电路的全程有利于产生更均匀的主放电。

由此，利用放电电路中绝缘破坏在包围放电管的在第二外导体的端部32b与中间电极圆筒部26a的端部之间区域的放电电路上，因电晕放电、预电离、电荷移动而在放电电路内发射均匀的电子，取放电方向为垂线的平面上产生均匀的放电。因此，在横断面观测放电电路的中间部分也能产生强的激光振荡，能获得圆形且强度分布均匀的输出激光束。通常，利用圆形断面的光纤可将这样的激光束高效传送到激光利用装置。

图11所示实施例，是将第一电源装置27及第二电源装置即触发电压电源28都设定为交流电源。然而，两交流电源如图12所示构成频率相当于脉冲激光振荡重复的频率，具有恰好或大致180°的相位差，构成相等的峰值电压。且二极管35串联连接到储能电容器30。

按照该实施例，如图12(a)所示，在各交变电压在放电管内引起绝缘破坏的电压的相位α1产生主放电，如图12(b)所示，引起脉冲激光振荡。电容器30的电压(Vo)，若主放电假定不产生，则如符号Vp所示，仍保持向电容器充电的大致为交流电源电压的原峰值，但因主放电即重复激光振荡，则如该图中粗实线所示，随主放电重复电压下降、上升。

若主放电用电压为直流充电，会出现在放电电路中引起绝缘破坏的触发电压变低而激光输出与交流驱动相比变小的情形，或出现触发电压上升边速度产生偏差使激光振荡不稳或产生晃动的情形，但按照该实施例，如是交流驱动，则绝缘破坏的时间几乎没有偏差，能保持稳定的激光振荡。由于加给各电源元件或电容器、绝缘体制构件等的平均电压比直流情况时小，故各元件不会恶化，有利于提高激光振荡装置的可靠性。

图13所示实施例，是一个使用单一脉冲电源50进行驱动控制的装置。也即，脉冲电源50经脉冲变压器51将其输出电压供给各电极。符号Da是将主放电用负电荷存储于储能电容器的二极管，Db及Dc是将正触发脉冲加给中间电极26及辅助电极41用的二极管。

然而，该实施例的情形是，图示右侧是阴极25，图示左侧是由阳极24、辅助电极41及介质圆筒40构成的在内侧区域生成等离子阳极24a的结构。也即，主放电电流由等离子阳极24a的阳离子构成供给源。

在该实施例的工作中，由脉冲电源50产生规定重复频率的负的脉冲峰值电压。图14(a)所示波形表示脉冲变压器51的次级点F的波形。它在时间轴t的某个时刻t1、t2、t3间激烈变化。在连接于中间电极26及辅助电极41的电路点G施加有如图14(b)所表示的正脉冲电压。由此，在夹于阳极24和辅助电极41的介质圆筒40的内侧区域生成等离子阳极24a，同时由中间电极26引起两侧放电电路的绝缘破坏产生的主放电。

此外，电容器30及阴极25的电路点H产生图14(c)所示波形的电荷储能及时间轴中从t2至t3的瞬间主放电。由此，在时间轴中从t2至t3间输出窄脉冲宽度的激光束。然后重复上述工作。按照该实施例，不用气隙开关(gapswitch)能够产生重复比较快的脉冲激光振荡。如从以上说明所见到的，结构上在阴极或阳极即第一主电极或第二主电极的一主电极附近或两主电极附近设置筒状介质体和邻接该筒状介质体配置的辅助电极，故工作时在筒状介质体内侧区域能生成等离子电极。

然而，这种等离子阴极或等离子阳极等的等离子电极可认为是沿筒状介质体内侧表面的电晕放电和漂移放电复合作用的结果。

图15所示实施例是等离子电极即等离子阴极、或等离子阳极的另一例。该例包围陶瓷介质圆筒40中央部的薄壁圆筒部配置有环状辅助电极41，再用陶瓷绝缘圆筒进一步包围其外侧，实质上在内部装有辅助电极40。然后，在介质圆筒40的两端部配置阴极25、环状辅助电极25b，同时，用配置它们覆盖介质圆筒40外周的导体圆筒25c电短路连接这些阴极25及环状辅助阴极25a。辅助电极41经高阻抗元件29b连接未图示的脉冲触发电源。

由此，工作时，利用加在阴极25(或阳极24)与辅助电极41间的高电压，在介质圆筒40内表面及其内侧区域生成等离子电极25a。从而，进一步可靠防止主放电电流流入辅助电极41并防止产生溅蚀。

图16所示实施例是，将介质圆筒40分割成多个，例如2个并排设置，包围各自的介质圆筒40的一部分配置辅助电极41，实质上装在内部。然后，在邻接的介质圆筒40间配置环状第二辅助阴极25d，利用两侧的阴极25、第一辅助阴极25b和导体圆筒25c进行电短路连接。各辅助电极41经高阻抗元件29b连接未图示的脉冲触发电源。按照该实施例，在各介质圆筒40的内表面及内侧区域更容易生成等离子电极。

图17所示实施例是省略中间电极的脉冲气体激光发生装置。图中，符号21表示单个放电管，24表示阳极，25a表示等离子阴极，Cp表示建峰电容器，L表示电感器，S表示气隙开关，R表示保护电阻。

该实施例装置的工作中，开关S开路(开)期间，高电压电源27经阻抗R及电感器L向电容器30充电。一旦气隙开关S闭合(闭)，则电容器30中电荷移向建峰电容器Cp。此时，介质圆筒40的内侧生成等离子阴极25a，同时，至阳极24的放电电路的绝缘受到破坏，激活激光媒体，产生激光振荡。该实施例情况下，主放电电流在等离子阴极25a的辅助电极41与阳极24间流动。但是，主放电电流的供给源是等离子阴极，故不会发生亮点或来自金属电极的溅蚀，能长时间保持稳定的脉冲激光振荡。

图18所示实施例，在放电管21的外周卷绕圆筒状外导体32，同时进一步同轴配置同轴型建峰电容器Cp。连接于同轴型电容器Cp的圆筒状介质体30a的内周的内周电极30b电连接于连接电源装置27的储能电容器30，同时，用导体环34全周机械及电连接于延长到圆筒状外导体32的阴极25附近的端部32b。此外，连接于圆筒状介质体30a外周的外周电极30c电连接于阴极25。

按照该实施例，工作时，阴极25与辅助电极41间的介质圆筒40的内表面及其内侧区域生成等离子阴极25a，同时，同轴型电容器Cp两端电压加在阴极25与圆筒状外导体32之间使其附近的放电电路区域B预电离，引发主放电。这样，输出横断面为圆形、强度分布大致均匀的脉冲激光束。能抑制因金属电极产生的亮点或溅蚀，能维持长时间稳定的工作。

上述图17及图18所示的实施例是利用气隙开关等开关驱动激光振荡的例子，但也可不用气隙开关等，而用含有实质上同样作用的高压脉冲或触发脉冲发生电路的电源装置来代替。由此，能获得稳定长寿的脉冲激光发生装置。

此外，本发明不限定于在阴极或阳极内一侧生成等离子电极的结构，也可采用备有在阴极及阳极两电极附近的筒状介质体和邻近它配置的辅助电极的结构，工作时，将电压加给辅助电极使得在筒状介质体内侧区域生成等离子电极。由此，能进一步抑制金属电极产生亮点或溅蚀。

本发明不仅适用于产生紫外线区域激光的氮(N2)激光器或准分子激光器的发生装置，而且能广泛地应用于CO₂激光器、其它脉冲气体激光器等发生装置。本发明虽能用于使作为激光媒质的气体从外部在放电管内循环的方式，但尤其适用于上述实施例那样的将放电管封切的方式，此时的优点在于基本上无需维修。

如上所述，按照本发明，能高重复获得横断面为圆形、强度分布大致均匀的脉冲激光输出。而且，能抑制金属电极上产生亮点或产生溅蚀，并能维持长时间稳定的工作。

Claims (21)

1.一种脉冲气体激光发生装置，按照第一主电极、形成主放电电路用的绝缘体制筒状放电管及第二主电极的顺序纵向配置且内部有媒体气体，在所述第一主电极及第二主电极的外侧配置构成光谐振器的一对反射镜，并备有将主放电用电压加在所述第一主电极及第二主电极间的电源装置，其特征在于，

在所述第一主电极或第二主电极的至少一主电极附近具有筒状介质体和邻接该筒状介质体配置的辅助电极，并具有工作时将电压加给该辅助电极使在筒状介质体的内侧区域产生等离子电极的辅助电极电压施加手段。

2.如权利要求1所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，所述辅助电极包围所述筒状介质体的一部分加以配置。

3.如权利要求1所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，所述绝缘体制筒状放电管在该放电管中间设有中间电极，分隔成形成第一放电电路的第一绝缘圆筒部和形成第二放电电路的第二绝缘圆筒部；将自放电开始电压以下的电压加在所述第一主电极与第二主电极之间；进一步包含触发电源电路手段，将所述第一放电电路及第二放电电路同时或大致同时引起绝缘破坏的触发电压加在所述中间电极产生激光振荡。

4.如权利要求3所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，结构上所述触发电源电路将同步脉冲触发电压加给所述等离子电极生成用的辅助电极及所述中间电极。

5.如权利要求3所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，包围所述第一绝缘圆筒部及第二绝缘圆筒部中至少一绝缘圆筒部配置筒状导体，所述筒状导体的一端部电连接所述第一主电极或第二主电极，另一端部延长到所述中间电极附近加以配置。

6.如权利要求3所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，所述第一放电电路的轴向长度和第二放电电路的轴向长度为不同的长度。

7.如权利要求6所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，所述第一放电电路及第二放电电路中其长的轴向长度相对于短的轴向长度在1.5倍-4.0倍范围。

8.如权利要求3所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，向所述中间电极施加触发电压引起的所述第一放电电路中的电位梯度的绝对值和所述第二放电电路中的电位梯度的绝对值相等，或这两个电位梯度的绝对值的比在1.0±0.5范围。

9.如权利要求3所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，所述等离子电极生成用辅助电极附近放电电路中的电位梯度的绝对值比所述第一或第二放电电路的电位梯度的绝对值大。

10.如权利要求3所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，在所述中间电极和延长靠近它配置的筒状外导体端部的至少一方电连接有细导体环，且朝轴向突出设置。

11.如权利要求3所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，相对于所述一主电极加给另一主电极的电压的极性与加给所述中间电极的触发电压的极性相反。

12.如权利要求3所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，相对于所述一主电极加给另一主电极的电压与加给所述中间电极的触发电压是频率相同且大致为180度相位差的交流电压。

13.一种脉冲气体激光发生装置，按照第一主电极、形成主放电电路用的绝缘体制筒状放电管及第二主电极的顺序纵向配置且内部有媒体气体，在所述第一主电极及第二主电极的外侧配置构成光谐振器的一对反射镜，并备有将主放电用电压加在所述第一主电极及第二主电极间的电源装置，其特征在于，

所述电源装置包含电容器，所述电容器为筒状且包围所述绝缘体制筒状放电管配置。

14.如权利要求13所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，所述电容器在筒状介质体的内周壁接有内周电极且在外周壁接有外周电极，所述内周电极电连接于所述第一主电极或第二主电极的一电极及所述电源装置。

15.如权利要求13所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，包围所述绝缘体制筒状放电管的至少一部分配置有筒状导体，所述筒状导体的一端部电短路连接于所述第一主电极或第二主电极的一方，另一端部朝另一方主电极方向延长且电短路连接于所述电容器的内周电极。

16.如权利要求13所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，

所述绝缘体制筒状放电管在该放电管中间设有中间电极，分隔成形成第一放电电路的第一绝缘圆筒部和形成第二放电电路的第二绝缘圆筒部；将自放电开始电压以下的电压加在所述第一主电极与第二主电极之间；进一步包含触发电源电路手段，将所述第一放电电路及第二放电电路同时或大致同时引起绝缘破坏的触发电压加在所述中间电极产生激光振荡。

17.如权利要求16所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，包围所述第一绝缘圆筒部及第二绝缘圆筒部的至少一方的圆筒部配置有筒状导体，所述筒状导体的一端部电连接于所述第一主电极或第二主电极，另一端部延长到靠近所述中间电极配置且电短路连接于所述电容器的内周电极。

18.如权利要求16所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，所述第一放电电路的轴向长度和第二放电电路的轴向长度为不同的长度。

19.如权利要求18所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，所述第一放电电路及第二放电电路中其长的轴向长度相对于短的轴向长度在1.5倍-4.0倍范围。

20.如权利要求16所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，向所述中间电极施加触发电压引起的所述第一放电电路中的电位梯度的绝对值和所述第二放电电路中的电位梯度的绝对值相等，或这两个电位梯度的绝对值的比在1.0±0.5范围。

21.如权利要求13所述的脉冲气体激光发生装置，其特征在于，

在所述第一主电极或第二主电极的至少一主电极附近具有筒状介质体和邻接该筒状介质体配置的辅助电极，并具有工作时将电压加给该辅助电极使在筒状介质体的内侧区域产生等离子电极的辅助电极电压施加手段。

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