CN1877927A - 激光振荡器 - Google Patents

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Abstract

提供一种激光振荡器(2)，其具有：第一电极对(7a)；第二电极对(7b)；在第一和第二电极对(7a、7b)中产生脉冲放电的放电电源(4)；以及以下单元中的至少一个：在放电电源(4)的脉冲放电时，为使第一电极对(7a)中的第一放电相位(X1)和第二电极对(7b)中的第二放电相位(X2)互不相同而进行控制的放电相位控制单元(53)；在脉冲放电时，为使第一电极对(7a)中的第一占空比(Y1)和第二电极对(7b)中的第二占空比(Y2)互不相同而进行控制的占空比控制单元(53)；以及在脉冲放电时，为使第一电极对(7a)中的第一脉冲频率(Z1)和第二电极对(7b)中的第二脉冲频率(Z2)互不相同而进行控制的脉冲频率控制单元(53)。由此，可以在使放电电极中的放电稳定的同时，迅速地控制激光输出。

Description

激光振荡器
技术领域
本发明涉及激励气体或者固体介质来得到激光输出的激光振荡器。
背景技术
一般，通过对应的激光振荡用的电源输出的增减，来控制来自激光振荡器的激光输出。即，在一般的激光振荡器中，当请求增加激光输出时，使电源输出增加，当请求减小激光输出时，使电源输出减小。
例如，在特开平7-122799号公报中公开的激光振荡器具有多个电极对和分别对应于这些电极对的多个电源装置，通过分别控制这些电源装置，定量地控制激光输出。
图9是表示在特开平7-122799号公报中公开的现有技术的激光振荡器的激光输出等和时间的关系的图。如图9所示，根据多个、在图9中是两个电极对上施加的电源输出V1、V2的合计值(V1+V2)来决定激光平均输出。在该合计值超过规定的阈值V0的情况下，根据合计值输出激光。从图9可知，当该合计值变化时，激光输出根据合计值的变化定量地变化。
然而，当使电源输出增加时，由于激光气体温度的上升，激光气体的压力变化，同时放电区域的大小和放电区域的放电密度也发生变化。这种变化到稳定为止需要比较长的时间，因此，存在难于迅速地控制激光输出的问题。
为了避免这样的问题，例如，在特开平5-206554号公报中，公开了一种激光振荡器，其根据考虑了激光输出的变化的激光输出模式，通过对激光输出进行指令来提高激光输出波形的精度。
但是，即使在特开平5-206554号公报中公开的激光振荡器中，由于激光气体温度的状态，例如激光气体温度伴随着电源输出的变化而变化，激光输出也同样地变化。即，即使在特开平5-206554号公报的情况下，也无法避免激光输出的变化，在输出的稳定性方面依然存在问题。
在以低输出来振荡激光的情况下，从图9可知，使电源输出下降。在这种情况下，由于放电区域变得微小，激光振荡器的放电电极中的放电，成为屡次消失的不稳定状态。特别在不输出激光的情况下，在放电电极中维持主放电是困难的，放电消失的可能性也很高。
因此，也提出通过设置主电极和其它预备放电电极，在不输出激光时维持主放电。但是，虽然在使用预备放电电极的情况下，存在输出完全变为零的可能，不过，以低输出来稳定地控制激光依然存在困难。
鉴于这种情况提出本发明，目的在于提供可以使放电电极中的放电稳定，并且能够迅速地控制激光输出的激光振荡器。
发明内容
为了达到所述目的，通过第1方式，提供激光振荡器，其具有：第一电极对；相对于该第一电极对串联配置的第二电极对；使所述第一以及第二电极对中产生脉冲放电的放电电源；和放电相位控制单元，该放电相位控制单元在该放电电源的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对中的第一放电相位和所述第二电极对中的第二放电相位互不相同。
通过第2方式，提供激光振荡器，其具有：第一电极对；相对于该第一电极对串联配置的第二电极对；使所述第一以及第二电极对中产生脉冲放电的放电电源；和占空比控制单元，该占空比控制单元在该放电电源的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对中的第一占空比和所述第二电极对中的第二占空比互不相同。
通过第3方式，提供激光振荡器，其具有：第一电极对；相对于该第一电极对串联配置的第二电极对；使所述第一以及第二电极对中产生脉冲放电的放电电源；和脉冲频率控制单元，该脉冲频率控制单元在该放电电源的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对中的第一脉冲频率和所述第二电极对中的第二脉冲频率互不相同。
通过第4方式，提供激光振荡器，其具有：第一电极对；相对于该第一电极对串联配置的第二电极对；使所述第一以及第二电极对中产生脉冲放电的放电电源；以及放电相位控制单元、占空比控制单元和脉冲频率控制单元中至少一个，所述放电相位控制单元在该放电电源的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对中的第一放电相位和所述第二电极对中的第二放电相位互不相同；所述占空比控制单元在该放电电源的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对中的第一占空比和所述第二电极对中的第二占空比互不相同；所述脉冲频率控制单元在该放电电源的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对中的第一脉冲频率和所述第二电极对中的第二脉冲频率互不相同。
即，在从第1至第4方式中，为使第一放电相位和第二放电相位、第一占空比和第二占空比、和/或第一脉冲频率和第二脉冲频率互不相同而进行控制，因此通过调节第一电极对和第二电极对各自的放电区域中的功率的和，可以调节激光输出。在这种情况下，因为可以排除激光输出变化因素，例如激光气体压力、激光气体温度、放电区域的大小、放电密度等的影响，所以几乎不会使放电状态变化。因此，在使激光输出变化时，特别是即使在降低激光输出时，也可以使放电电极中的放电稳定，同时，迅速控制激光输出。
通过第5方式，在从第1至第4方式中的任意一种方式中，所述放电电源可以进行控制，以使所述第一电极对中的电源输出和所述第二电极对中的电源输出互不相同。
即，在第5方式中可以改变电源输出，因此，通过将放电相位、占空比和/或脉冲频率与电源输出组合，可以对激光输出进行更精密的控制。另外，控制放电相位、占空比、脉冲频率、电源输出中的至少一个，可以得到大致一定的激光输出。
通过第6方式，在第1方式中，还具有：对从所述激光振荡器输出的激光输出进行指令的激光输出指令单元、和对从所述激光振荡器输出的激光输出进行检测的激光输出检测单元，将通过所述激光输出指令单元所指令的激光输出指令值和通过所述激光输出检测单元所检测的激光输出检测值之间的差值，反馈到所述放电相位控制单元。
即在第6方式中，通过反馈控制，可以实现更准确的激光输出的控制。
通过第7方式，在从第1至第6方式中的任意一种方式中，所述放电电源包括用于所述第一电极对的第一放电电源以及用于所述第二电极对的第二放电电源。
即，在第7方式中，由于具有对第一电极对以及第二电极对分别设有专用的放电电源的结构，所以可以以更高的自由度控制激光输出。
通过第8方式，提供激光振荡器，其具有：第一电磁波空腔谐振器(cavity)；相对于该第一电磁波空腔谐振器串联配置的第二电磁波空腔谐振器；使在所述第一和第二电磁波空腔谐振器中产生脉冲放电的放电电源；和放电相位控制单元，该放电相位控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一电磁波空腔谐振器中的第一放电相位和所述第二电磁波空腔谐振器中的第二放电相位互不相同。
通过第9方式，提供激光振荡器，其具有：第一电磁波空腔谐振器；相对于该第一电磁波空腔谐振器串联配置的第二电磁波空腔谐振器；使在所述第一和第二电磁波空腔谐振器中产生脉冲放电的放电电源；和占空比控制单元，该占空比控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一电磁波空腔谐振器中的第一占空比和所述第二电磁波空腔谐振器中的第二占空比互不相同。
通过第10方式，提供激光振荡器，其具有：第一电磁波空腔谐振器；相对于该第一电磁波空腔谐振器串联配置的第二电磁波空腔谐振器；使在所述第一和第二电磁波空腔谐振器中产生脉冲放电的放电电源；和脉冲频率控制单元，该脉冲频率控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一电磁波空腔谐振器中的第一脉冲频率和所述第二电磁波空腔谐振器中的第二脉冲频率互不相同。
通过第11方式，提供激光振荡器，其具有：第一电磁波空腔谐振器；相对于该第一电磁波空腔谐振器串联配置的第二电磁波空腔谐振器；使在所述第一和第二电磁波空腔谐振器中产生脉冲放电的放电电源；和放电相位控制单元、占空比控制单元、脉冲频率控制单元中的任意一个。所述放电相位控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一电磁波空腔谐振器中的第一放电相位和所述第二电磁波空腔谐振器中的第二放电相位互不相同；所述占空比控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一电磁波空腔谐振器中的第一占空比和所述第二电磁波空腔谐振器中的第二占空比互不相同；所述脉冲频率控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一电磁波空腔谐振器中的第一脉冲频率和所述第二电磁波空腔谐振器中的第二脉冲频率互不相同。
即，从第8至第11的方式中，由于进行控制以使第一放电相位和第二放电相位、第一占空比和第二占空比和/或第一脉冲频率和第二脉冲频率互不相同，因此，通过调节第一电磁波空腔谐振器和第二电磁波空腔谐振器各自的放电区域中的功率和，可以调节激光输出。在这种情况下，由于可以排除激光输出变化因素，例如激光气体压力、激光气体温度、放电区域大小、放电密度等的影响，使放电状态几乎不发生变化。因此，在使激光输出变化的情况下，特别地，即使是在降低激光输出的情况下，也可以使电磁波空腔谐振器中的放电稳定，同时，迅速地控制激光输出。
通过第12方式，在从第8至第11方式中的任意一种方式中，所述放电电源可以进行控制，以使所述第一电磁波空腔谐振器中的电源输出和所述第二电磁波空腔谐振器中的电源输出互不相同。
即，在第12方式中，由于可以改变电源输出，通过组合放电相位、占空比和/或脉冲频率和电源输出，可以对激光输出进行更精密的控制。另外，控制放电相位、占空比、脉冲频率、电源输出中的至少一个，可以得到大致一定的激光输出。
通过第13方式，在第8方式中，还具有：对从所述激光振荡器输出的激光输出进行指令的激光输出指令单元、和检测从所述激光振荡器输出激光输出的激光输出检测单元，将通过所述激光输出指令单元所指令的激光输出指令值和通过所述激光输出检测单元所检测的激光输出检测值之间的差值，反馈到所述放电相位控制单元。
即，在第13方式中，通过反馈控制，可以实现更准确的激光输出控制。
通过第14方式，在从第8至第13种方式的任意一种方式中，所述放电电源，包括用于所述第一电磁波空腔谐振器的放电电源和用于所述第二电磁波空腔谐振器的第二放电电源。
即，在第14方式中，由于具有分别对第一电磁波空腔谐振器和第二电磁波空腔谐振器设置专用的放电电源的结构，因此可以以更高的自由度控制激光的输出。
通过第15方式，提供激光振荡器，其具有：第一线圈(coil)；相对于该第一线圈串联配置的第二线圈；在所述第一和第二线圈中产生脉冲放电的放电电源；和放电相位控制单元，该放电相位控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一线圈中的第一放电相位和所述第二线圈中的第二放电相位互不相同。
通过第16方式，提供激光振荡器，其具有：第一线圈；相对于该第一线圈串联配置的第二线圈；在所述第一和第二线圈中产生脉冲放电的放电电源和占空比控制单元，该占空比控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一线圈中的第一占空比和所述第二线圈中的第二占空比互不相同。
通过第17方式，提供激光振荡器，其具有：第一线圈；相对于该第一线圈串联配置的第二线圈；在所述第一和第二线圈中产生脉冲放电的放电电源；和脉冲频率控制单元，该脉冲频率控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一线圈中的第一脉冲频率和所述第二线圈中的第二脉冲频率互不相同。
通过第18方式，提供激光振荡器，其具有：第一线圈；相对于该第一线圈串联配置的第二线圈；在所述第一和第二线圈中产生脉冲放电的放电电源；和放电相位控制单元、占空比控制单元，脉冲频率控制单元中至少一个，该放电相位控制单元进行控制，以使在该放电电源的脉冲放电时，所述第一线圈中的第一放电相位和所述第二线圈中的第二放电相位互不相同；该占空比控制单元进行控制，以使在所述放电电源的脉冲放电时，所述第一线圈中的第一占空比和所述第二线圈中的第二占空比互不相同；该脉冲频率控制单元进行控制，以使在所述放电电源的脉冲放电时，所述第一线圈中的第一脉冲频率和所述第二线圈中的第二脉冲频率互不相同。
即，在从第15到18的方式中，由于进行控制，以使第一放电相位和第二放电相位、第一占空比和第二占空比、和/或第一脉冲频率和第二脉冲频率互不相同，所以通过调节第一线圈和第二线圈各自的放电区域中的功率的和，可以调节激光输出。在这种情况下，因为可以排除激光输出变化因素，例如激光气体压力、激光气体温度、放电区域大小、放电密度等的影响，所以使放电状态几乎不发生变化。因此，在使激光输出变化的情况下，特别是即使在降低激光输出时，也可以使线圈中的放电稳定，同时迅速控制激光输出。
通过第19方式，在从第15到第18方式中的任意一种方式中，所述放电电源可以进行控制，以使所述第一线圈中的电源输出和所述第二线圈中的电源输出互不相同。
即，在第19方式中，由于可以改变电源输出，通过组合放电相位、占空比和/或脉冲频率和电源输出，可以更精密地控制激光输出。另外，控制放电相位、占空比、脉冲频率、电源输出中的至少一个，可以得到大致一定的激光输出。
通过第20方式，在第15方式中，还具有：对从所述激光振荡器输出的激光输出进行指令的激光输出指令单元、和检测从所述激光振荡器输出的激光输出的激光输出检测单元，将通过所述激光输出指令单元所指令的激光输出指令值和通过所述激光输出检测单元所检测的激光输出检测值之间的差值，反馈到所述放电相位控制单元。
即，在第20方式中，通过反馈控制，可以更准确地控制激光输出。
通过第21方式，在从第15到第20方式中任意一种方式中，所述放电电源，包括用于所述第一线圈的第一放电电源和用于所述第二线圈的第二放电电源。
即，在第21种方式中，由于具有对第一线圈和第二线圈分别设有专用的放电电源的结构，因此可以以更高的自由度控制激光输出。
根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征和优点以及其它目的、特征和优点会更加明了。
附图说明
图1是包含基于本发明的激光振荡器的激光装置的概略图。
图2是控制设备的详细图。
图3是表示本发明的第一实施方式中，在脉冲放电时改变放电相位的情况下的电源输出等和时间的关系的图。
图4是表示本发明的第二实施方式中，在脉冲放电时改变占空比和/或脉冲频率的情况下的电源输出等和时间的关系，和图3相同的图。
图5是表示本发明的第三实施方式中，在脉冲放电时改变占空比和/或脉冲频率的情况下的电源输出等和时间的关系，和图3相同的另一图。
图6是基于本发明的第四实施方式的激光振荡器的放大图。
图7是基于本发明的第五实施方式的激光振荡器的放大图。
图8是基于本发明的第六实施方式的激光振荡器的放大图。
图9是表示现有技术的激光振荡器的激光输出等和时间的关系的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，对相同的部分标记相同的参照符号。为了易于理解，这些画面适当更改了比例尺。
图1是具有基于本发明的激光振荡器2的激光装置的概略图。激光装置100，主要被用于金属加工，具有激光振荡器2和激光加工机11。如图1所示，这些激光振荡器2和激光加工机11通过控制设备1相互电气连接。
激光振荡器2，是作为放电激励型的输出较高的振荡器，例如输出1KW以上的碳酸气体(炭酸ガス)激光。激光振荡器2具有与激光气体压力控制系统18相连的放电管9。激光气体压力控制系统18，通过在激光振荡器2中形成的激光气体供给口17和激光气体排出口19，可以进行向放电管9的激光气体的供给和从放电管9的激光气体的排出。在放电管9的一端，设有几乎没有部分透过性的后镜(リア鏡)6(共振器内部镜)(反射率99％)，在放电管9的另一端设有具有部分透过性的输出镜8(反射率50％)。输出镜8由ZnSe形成，在输出镜8的内面进行部分反射镀层(coating)，同时在输出镜8的外面进行全反射镀层。在后镜6的背面，配置有激光功率传感器5，通过激光功率传感器5所检测的激光输出，如图所示，输入到控制设备1。如图所示，在后镜6和输出镜8之间的光共振空间内，形成两个放电区29a、29b。
各放电区29a、29b，分别包含配置成夹持放电管9的放电电极对7a、7b。如图所示，这些放电电极对7a、7b，在放电管9上互相串联配置。此外，这些放电电极对7a、7b尺寸相同，并被实施了电介质镀层。如图1所示，这些放电电极对7a、7b，通过匹配(matching)电路(未图示)与共同的高频电源4相连。高频电源4，例如是2MHz的高频电源，可以自由地调整供给各放电区29a、29b的电力。
而且，如图所示，在放电管9中配置有送风机14，在送风机的上游和下游分别配置有热交换器12、12’。而且，激光振荡器2与冷却水循环系统22相连接，用于适当冷却放电管9内的激光气体等。
此外，虽然在图1中表示高速轴流型激光振荡器2，但激光振荡器2也可以是其它形态的激光振荡器，例如3轴正交型振荡器或者热扩散冷却的气体板(gas slab)型激光器。
从激光振荡器2的输出镜8输出的激光，入射到激光加工机11。在激光加工机11中，设有对入射的激光进行反射的多个，在图1中是三个的反射镜10a、10b、10c。如图所示，由这些反射镜10a、10b、10c反射的激光，通过聚光透镜13和加工头16，照射在加工台21上的加工工件20上。在此，聚光透镜13由ZnSe形成，在聚光透镜13的两面进行了全反射镀层。此外，尽管画面上未表示，但也可以采用抛面镜(parabola mirror)代替聚光透镜13。
另外，加工工件20，通过在水平方向改变加工台21的位置，可以在规定的场所确定位置。而且，如图1所示，在激光加工机11上设有辅助气体供给系统15。来自设置在激光加工机11外部的辅助气体源(未图示)的辅助气体，通过辅助气体供给系统15供给到加工头16的期望的位置。
将激光振荡器2和激光加工机11电气连接的控制设备1，由数字计算机构成，其具有：包含通过双向总线相互连接的ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的存储部；CPU(微处理器)等处理部；作为输入端口的输入部和作为输出端口的输出部。所述输入部和输出部与激光振荡器2和激光加工机11的特定组成部分适当连接。
图2是控制设备的详细图。如图2所示，控制设备1包含控制单元53。控制单元53对输入放电电极对7a、7b的电源输出V1、V2的放电相位X、占空比Y、脉冲频率Z中至少一个进行可变更地控制。即，控制单元53起到作为放电相位控制单元、占空比控制单元和/或脉冲频率控制单元的作用。
另外，如图所示，在控制设备1中含有：对从激光振荡器2振荡的激光输出进行指令的激光功率指令单元51；和求得通过激光功率指令单元51指令的激光输出指令值Pc和通过激光功率传感器5检测的激光输出检测值Pd之间的差值的差值检测单元52。关于所述激光功率指令单元51和差值检测单元52的作用，在后面进行说明。
在激光装置100动作时，由激光气体压力控制系统18，将激光气体通过激光气体供给口17供给到放电管9内。接着，通过送风机14，激光气体沿由放电管9形成的环路进行循环。如图1中的箭头所示，从送风机14送出的激光气体，通过用于除去压缩热的热交换器12’供给到各放电区29a、29b。
在放电区29a、29b中，当通过放电电极对7a、7b施加规定的电压，例如从数百KHz到数十MHz的交流电压时，通过放电作用激励激光气体，由此产生激光。根据众所周知的原理，激光在光共振空间中被放大，经由输出镜8取出输出激光。通过放电作用，达到高温的激光气体由热交换器12冷却，再次返回到送风机14。此外，此时冷却水循环系统22工作，冷却放电管9内的激光气体等。
从输出镜8取出的激光，如图所示，从激光振荡器2供给激光加工机11。在激光加工机11中，激光通过三个反射镜10a、10b、10c被适当地反射。被反射的激光通过聚光透镜13被聚光，经由加工头16照射到加工工件20。由此，对加工台21上的加工工件20进行加工，例如，可以进行切断或者焊接。
在本发明的激光振荡器2中，通过高频电源4分别在放电电极对7a中的放电区29a和放电电极对7b中的放电区29b中进行脉冲放电。如图1所示，施加在各放电电极对7a、7b上的电源输出，分别称作电源输出V1和电源输出V2。所述电源输出V1、V2的最大值分别比后述的激光振荡阈值V0小，另外，电源输出V1和电源输出V2的合计值∑V超过激光振荡阈值V0。若满足这种关系，则电源输出V1、V2的最大值也可以是互不相同的值。
图3是表示在本发明的第一实施方式中，在脉冲放电时改变放电相位情况下的电源输出等和时间的关系的图。在图3所示的区域A1中，通过控制单元53将电源输出V1的相位X1和电源输出V2的相位X2之间的相位差ΔX设定为180°。因此，电源输出V1和电源输出V2的合计值∑V(＝V1+V2)等于电源输出V1、V2的最大值。因此，区域A1中的合计值∑V比激光振荡阈值V0小，在区域A1中得不到激光振荡所必需的放电，因此不能输出激光。
如上所述，由于控制单元53起到作为放电相位控制单元的作用，因此在本发明中，可以改变电源输出V1的相位X1和电源输出V2的相位X2之间的相位差ΔX。为了改变相位差ΔX，在图3中，通过控制单元53，相对于电源输出V2的相位X2(基准相位)来调节电源输出V1的相位X1。另外，在图3中，不改变脉冲放电的电源输出V1、V2的最大值，使电源输出V1、V2的占空比Y、脉冲频率Z互相相等。
在图3所示的区域A2中，通过控制单元53设定相位差ΔX为0°，即，设定成相位差不存在。其结果，在区域A2中，脉冲状的电源输出V1和脉冲状的电源输出V2全部重合。由此，在区域A2中，脉冲状地获得了将电源输出V1的最大值与电源输出V2的最大值的和作为最大值的合计值∑V。该合计值∑V的最大值比激光振荡阈值V0大，所以在区域A2中输出激光(请参照图3中的激光平均输出)。
接着，当调节该激光平均输出时，如图3中的区域A3～A6所示，通过控制单元53，相对于基准相位X2来改变电源输出V1的相位X1，由此改变相位差ΔX。在图3中，区域A3～A6中的相位差ΔX分别为45°、90°、120°、180°。
在相位差ΔX为45°的区域A3中，电源输出V1和电源输出V2仅部分重合，区域A3中的重合部分约为区域A2的情况下的75％。在区域A3中，仅合计值∑V的重合部分超过激光振荡阈值V0，所以，在区域A3中，所得到的激光平均输出也降低到区域A2中的激光平均输出的约75％。
在进一步降低激光平均输出的情况下，如图3所示，区域A4～A6中的相位差ΔX分别变化至90°、120°、180°。由此，合计值∑V的重合部分，在区域A2的情况下，分别为50％、25％、0％，激光平均输出也同样地降低。即，在本实施方式中，在电源输出V1的相位X1和电源输出V2的相位X2之间的相位差ΔX在0°≤ΔX≤180°的范围内往大调节时，降低激光输出；当在相同范围内往小调节时，增大激光输出。因此，通过控制单元53调节电源输出V1和电源输出V2之间的相位差ΔX，即，通过控制以使相位X1和相位X2互不相同，可以调节激光平均输出。
在本实施方式的激光振荡器2中，由于仅使电源输出V1、V2的相位X1、X2之间的相位差ΔX变化，因此，各放电电极对7a、7b中的放电区29a、29b的放电状态几乎不发生变化。即，在本发明的激光振荡器2中，可以使放电区29a、29b的放电状态几乎不变化地调节激光平均输出，即，激光输出。在现有技术中，存在由于激光气体压力、激光气体温度、放电区域的大小、放电密度等激光输出变化因素导致激光平均输出变化的问题。对此，在本发明的激光振荡器2中，由于可以排除这些激光输出变化因素的影响，在改变激光输出的情况下，特别即使在降低激光输出的情况下，也可以使放电电极中的放电稳定，同时迅速控制激光输出。
当使用本发明的激光振荡器2时，最好进行对相位差ΔX的反馈控制。若再次参照图2，在控制设备1中，将通过激光功率指令单元51指令的激光输出指令Pc输入到差值检测单元52。同样地，通过激光功率传感器5(请参照图1)检测的实际的激光输出检测值Pd也同样地输入差值检测单元52。
在差值检测单元52中，计算出激光输出指令值Pc和激光输出检测值Pd之间的差值(Pd-Pc)，接着，该差值(Pd-Pc)输入控制单元53。在控制单元53中，通过以下式(1)，进行相位差ΔX的反馈控制。
ΔX←ΔX{1+k(Pd-Pc)/Pc}          (1)
在此，系数k为正值的适当的反馈系数，根据激光振荡器2的种类和激光输出值等预先确定。相位差ΔX采用0°≤ΔX≤180°的值，因此，当通过式(1)算出的新相位差ΔX为负值时，使新相位差ΔX为0°，当新相位差ΔX比180°大时，使新相位差ΔX为180°。通过进行这样的反馈控制，可以得到更合适的相位差ΔX，可以更准确地控制激光输出。
在本发明中，通过改变占空比和/或脉冲频率，也可以调节激光输出。图4是表示在本发明的第二实施方式中，在脉冲放电时改变占空比和/或脉冲频率情况下的电源输出等和时间的关系，与图3相同的图。在图4所示的区域B1中，和图3的区域A1相同地通过控制单元53设定相位差ΔX为180°。因此，在区域B1中不输出激光。
如前所述，由于控制单元53起到作为占空比控制单元和/或脉冲频率控制单元的作用，所以，在本实施方式中，通过控制单元53改变占空比Y和/或脉冲频率Z。此外，如图所示，在图4中，通过控制单元53，相对于电源输出V2的脉冲频率Z2(基准脉冲频率)来调节电源输出V1的脉冲频率Z1，同时相对于电源输出V2的占空比Y2(基准占空比)来调节电源输出V1的占空比Y1。另外，在图4中，不改变脉冲放电的电源输出V1、V2的最大值，使电源输出V1、V2的相位X1、X2互相相等。
在从图4所示的区域B1到区域B3中，占空比Y为固定值(50％)。在这些从区域B1到区域B3的区域中，仅改变脉冲频率Z。区域B1中的脉冲频率Z为基本频率Z0，区域B2中的脉冲频率Z为基本频率Z0的二分之一，即0.5Z0，区域B3中的脉冲频率Z为基本频率Z0的四分之一，即0.25Z0。
另一方面，在图4所示的从区域C1到区域C2中，占空比Y为固定值，从区域C1到区域C2中的占空比Y，不同于从区域B1到区域B3中的占空比Y，从区域C1到区域C2中的占空比Y为75％。另外，区域C1中的脉冲频率Z，为基本频率Z0的四分之一，即0.25Z0，区域C2中的脉冲频率Z与基本频率Z0相等。
在图4中的区域B3和区域C1中，仅各区域的占空比Y不同。在区域B3中，当电源输出V1的输出达到最大时，出现合计值∑V超过激光振荡阈值V0的地方，输出激光。另一方面，在区域C1中也同样地当电源输出V1的输出达到最大时，出现合计值∑V超过激光振荡阈值V0的地方，输出激光。
但是，由于区域C1的占空比Y(75％)比区域B3的占空比Y(50％)大，区域C1的规定时间内电源输出V1的输出达到最大的次数，也比区域B3的情况下多。因此，区域C1的规定时间内合计值∑V超过激光振荡阈值V0的次数，也比区域B3的情况下多，其结果，区域C1中的激光输出也比区域B3中的激光输出大。即，在本实施方式中，电源输出V1的占空比Y1，如果在0％＜Y1＜100％的范围内往小调节的话，使激光输出降低；如果在相同范围内Y1往大调节，使激光输出增大。因此，通过控制单元53，在进行控制以使电源输出V1的占空比Y1和电源输出V2的占空比Y2互不相同的情况下，也可以改变激光输出。
在本实施方式的激光振荡器2中，由于仅使电源输出V1、V2的占空比Y1、Y2变化，因此，各放电电极对7a、7b中的放电区29a、29b的放电状态几乎不发生变化。即，在本发明的激光振荡器2中，可以使放电区29a、29b的放电状态几乎不变化地调节激光输出，得到和如前所述的相同的效果。
另外，在图4中的区域C1和区域C2中仅脉冲频率Z不同。从图4中可知，若电源输出V1为最大，则在电源输出V2达到最大的整个时间段内，它们的合计值∑V超过激光振荡阈值V0。即，在区域C1中，若电源输出V1为最大，则在电源输出V2达到最大的整个时间段内输出激光。
另一方面，在区域C2内，在电源输出V1为最大且电源输出V2达到最大的整个时间段中，合计值∑V不会超过激光振荡阈值V0。如图所示，由于区域C2中的脉冲频率Z(0.25Z0)比区域C1中的脉冲频率Z(Z0)大，所以，电源输出V1的波形和电源输出V2的波形仅部分重合，区域C2中的激光输出也比区域C1中的激光输出低。即，在本实施方式中，若电源输出V1的脉冲频率Z1，在0＜Z1≤1的范围内往大调节时，使激光输出降低；若在相同范围内，脉冲频率Z1往小调节时，使激光输出增大。因此，通过控制单元53，在使电源输出V1的脉冲频率Z1和电源输出V2的脉冲频率Z2互不相同地进行控制的情况下，也可以改变激光输出。
在本实施方式的激光振荡器2中，由于仅使电源输出V1、V2的脉冲频率Z1、Z2变化，因此，各放电电极对7a、7b中的放电区29a、29b的放电状态几乎不变化。即，在本发明的激光振荡器2中，可以使放电区29a、29b的放电状态几乎不变地调节激光平均输出，达到和所述相同的效果。
此外，在参照图3和图4说明的实施方式中，也可以仅改变电源输出V2的相位X、占空比Y或脉冲频率Z。同样，也可以通过改变电源输出V1、V2的双方的相位X、占空比Y或脉冲频率Z来调节激光输出。而且，本发明也包括通过改变电源输出V1、V2的相位X、占空比Y或者脉冲频率Z中至少一个来调节激光输出。此外，显然，通过比图示的情况更细地改变相位X、占空比Y和/或脉冲频率Z，可以更精密地控制激光输出。
图5是表示在本发明的第三实施方式中，在脉冲放电时改变占空比和/或脉冲频率的情况下的电源输出等和时间的关系，是和图3相同的另一图。在图5中，不改变电源输出V2的最大值、占空比Y、脉冲频率Z。在从图5所示的区域D1到区域D2中，占空比Y为固定值(50％)。区域D1中的脉冲频率Z为基本频率Z0，区域D2中的脉冲频率Z是基本频率Z0的二分之一，即0.5Z0。
另一方面，在从图5中的区域E1到区域E2中，占空比Y为固定值(75％)。另外，区域E1中的脉冲频率Z为基本频率Z的四分之一，即0.25Z0，区域E2中的脉冲频率为基本频率Z0。另外，在区域E3中，形成连续波CW。此外，在图5中，通过控制单元53，相对于电源输出V2的脉冲频率Z2(基准脉冲频率)来调节电源输出V1的脉冲频率Z1，同时相对于电源输出V2的占空比Y2(基准占空比)来调节电源输出V1的占空比Y1。
将图5中的区域E1中的占空比Y和脉冲频率Z与区域D2中的占空比Y和脉冲频率Z比较，进行改变来增大激光输出。即，将占空比Y从50％(区域D2)改变到75％(区域E1)，将脉冲频率Z从0.5Z0(区域D2)，改变到0.25Z0(区域E1)。但是，在图5所示的实施方式中，对区域E1中的电源输出V1的最大值进行设定，使其比区域D2中的电源输出V1的最大值小。其结果，在区域E1中，即使为了增大激光输出改变占空比Y和脉冲频率Z，由于设定电源输出V1的最大值较小，因此区域E1中的激光输出大致与区域D2中的激光输出相等。由此，在本实施方式中，可知控制放电相位、占空比、脉冲频率、电源输出中的至少一个，可以得到大致固定的激光输出。另外可以明了，通过组合并改变放电相位、占空比和/或脉冲频率和电源输出，可以更精密地控制激光输出。
图6是基于本发明的第四实施方式的激光振荡器的放大图。在图6所示的第四实施方式中，对放电电极对7a、7b，分别设有专用的高频电源4a、4b。此外，与这些高频电源4a、4b相关连的匹配电路未图示，另外，出于简洁的目的未表示控制设备1。在第四实施方式中，施加在放电电极对7a、7b上的电源输出，通过高频电源4a、4b分别被独立地进行控制，由此，可以以更高自由度调节电源输出V1、V2。例如，可以明了第四实施方式有如下优点，在希望改变电源输出V1的情况下，分别通过高频电源4a、4b可以控制放电电极对7a、7b中的放电输出。
在本发明中，也可以使用其它部件代替放电电极对7a、7b，在放电区29a、29b中产生放电。图7是基于本发明的第五实施方式的激光振荡器的放大图，在图7中，出于简洁的目的未表示控制设备1。在图7中，代替放电电极对7a、7b，设有电磁波空腔谐振器(cavity)67a和相对于该电磁波空腔谐振器67a串联配置的电磁波空腔谐振器67b，在这些电磁波空腔谐振器67a、67b内形成放电区29a、29b。而且，在本实施方式中，高频电源4被作为微波振荡器4’使用。如图所示，从微波振荡器4’伸出的两个波导管65a、65b分别与电磁波空腔谐振器67a、67b连接。
图8是基于本发明的第六实施方式的振荡器的放大图。在图8中，出于简洁的目的未表示控制设备1。在图8中，代替放电电极对7a、7b，设有线圈(coil)77a和相对于该线圈77a串联配置的线圈77b，在这些线圈77a、77b的内部空间，分别形成放电区29a、29b。另外，如图所示，从高频电源4向各线圈77a、77b施加电源输出V1、V2。
在这样的第五和第六实施方式中，也可以明了，通过由控制单元53改变相位X、占空比Y和/或脉冲频率Z，或者放电输出，能使放电区29a、29b的放电状态几乎不发生变化地调节激光输出，得到和前文所述的相同的效果。
当然，也可以适当组合所述的实施方式中的几个。例如，在第五和第六实施方式中采用两个高频电源4a、4b这一情况包含在本发明的范围内。
尽管使用典型的实施方式说明了本发明，但本领域技术人员应当可以理解，在不超出本发明的范围的情况下，可以进行所述的变更以及各种其它变更、省略和追加。

Claims (21)

1.一种激光振荡器(2)，其包含第一电极对(7a)、相对于该第一电极对(7a)串联配置的第二电极对(7b)、在所述第一和第二电极对(7a、7b)中产生脉冲放电的放电电源(4)，其特征在于，
具有：放电相位控制单元(53)，该放电相位控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对(7a)中的第一放电相位(X1)和所述第二电极对(7b)中的第二放电相位(X2)互不相同。
2.一种激光振荡器(2)，其包含第一电极对(7a)、相对于该第一电极对(7a)串联配置的第二电极对(7b)、在所述第一和第二电极对(7a、7b)中产生脉冲放电的放电电源(4)，其特征在于，
具有：占空比控制单元(53)，该占空比控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对(7a)中的第一占空比(Y1)和所述第二电极对(7b)中的第二占空比(Y2)互不相同。
3.一种激光振荡器(2)，其包含第一电极对(7a)、相对于该第一电极对(7a)串联配置的第二电极对(7b)、在所述第一和第二电极对(7a、7b)中产生脉冲放电的放电电源(4)，其特征在于，
具有：脉冲频率控制单元(53)，该脉冲频率控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对(7a)中的第一脉冲频率(Z1)和所述第二电极对(7b)中的第二脉冲频率(Z2)互不相同。
4.一种激光振荡器(2)，其包含第一电极对(7a)、相对于该第一电极对(7a)串联配置的第二电极对(7b)、在所述第一和第二电极对(7a、7b)中产生脉冲放电的放电电源(4)，其特征在于，
具有：放电相位控制单元(53)、占空比控制单元(53)、脉冲频率控制单元(53)中的至少一种，所述放电相位控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对(7a)中的第一放电相位(X1)和所述第二电极对(7b)中的第二放电相位(X2)互不相同；所述占空比控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对(7a)中的第一占空比(Y1)和所述第二电极对(7b)中的第二占空比(Y2)互不相同；所述脉冲频率控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电极对(7a)中的第一脉冲频率(Z1)和所述第二电极对(7b)中的第二脉冲频率(Z2)互不相同。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的激光振荡器，其中，
所述放电电源(4)可以进行控制，以使所述第一电极对(7a)中的电源输出(V1)和所述第二电极对(7b)中的电源输出(V2)互不相同。
6.根据权利要求1所述的激光振荡器，其中，
还具有：对从所述激光振荡器(2)输出的激光输出进行指令的激光输出指令单元(51)；和对从所述激光振荡器(2)输出的激光输出进行检测的激光输出检测单元(5)，
将由所述激光输出指令单元(51)所指令的激光输出指令值(Pc)和由所述激光输出检测单元(5)所检测的激光输出检测值(Pd)之间的差值(Pd-Pc)，反馈到所述放电相位控制单元(53)。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的激光振荡器，其中，
所述放电电源(4)包括用于所述第一电极对(7a)的第一放电电源(4a)和用于所述第二电极对(7b)的第二放电电源(4b)。
8.一种激光振荡器(2)，其包含第一电磁波空腔谐振器(67a)、相对于该第一电磁波空腔谐振器(67a)串联配置的第二电磁波空腔谐振器(67b)、在所述第一和第二电磁波空腔谐振器(67a、67b)中产生脉冲放电的放电电源(4’)，其特征在于，
具有：放电相位控制单元(53)，该放电相位控制单元(53)在该放电电源(4’)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电磁波空腔谐振器(67a)中的第一放电相位(X1)和所述第二电磁波空腔谐振器(67b)中的第二放电相位(X2)互不相同。
9.一种激光振荡器(2)，其包含第一电磁波空腔谐振器(67a)、相对于该第一电磁波空腔谐振器(67a)串联配置的第二电磁波空腔谐振器(67b)、在所述第一和第二电磁波空腔谐振器(67a、67b)中产生脉冲放电的放电电源(4’)，其特征在于，
具有：占空比控制单元(53)，该占空比控制单元(53)在该放电电源(4’)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电磁波空腔谐振器(67a)中的第一占空比(Y1)和所述第二电磁波空腔谐振器(67b)中的第二占空比(Y2)互不相同。
10.一种激光振荡器(2)，其包含第一电磁波空腔谐振器(67a)、相对于该第一电磁波空腔谐振器(67a)串联配置的第二电磁波空腔谐振器(67b)、在所述第一和第二电磁波空腔谐振器(67a、67b)中产生脉冲放电的放电电源(4’)，其特征在于，
具有：脉冲频率控制单元(53)，该脉冲频率控制单元(53)在该放电电源(4’)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电磁波空腔谐振器(67a)中的第一脉冲频率(Z1)和所述第二电磁波空腔谐振器(67b)中的第二脉冲频率(Z2)互不相同。
11.一种激光振荡器(2)，其包含第一电磁波空腔谐振器(67a)、相对于该第一电磁波空腔谐振器(67a)串联配置的第二电磁波空腔谐振器(67b)、在所述第一和第二电磁波空腔谐振器(67a、67b)中产生脉冲放电的放电电源(4’)，其特征在于，
具有：放电相位控制单元(53)、占空比控制单元(53)、脉冲频率控制单元(53)中的至少一个，所述放电相位控制单元(53)在该放电电源(4’)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电磁波空腔谐振器(67a)中的第一放电相位(X1)和所述第二电磁波空腔谐振器(67b)中的第二放电相位(X2)互不相同；所述占空比控制单元(53)在该放电电源(4’)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电磁波空腔谐振器(67a)中的第一占空比(Y1)和所述第二电磁波空腔谐振器(67b)中的第二占空比(Y2)互不相同；所述脉冲频率控制单元(53)在该放电电源(4’)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一电磁波空腔谐振器(67a)中的第一脉冲频率(Z1)和所述第二电磁波空腔谐振器(67b)中的第二脉冲频率(Z2)互不相同。
12.根据权利要求8至11中任意一项所述的激光振荡器，其中，
所述放电电源(4’)可以进行控制，以使所述第一电磁波空腔谐振器(67a)中的电源输出(V1)和所述第二电磁波空腔谐振器(67b)中的电源输出(V2)互不相同。
13.根据权利要求8所述的激光振荡器，其中，
还具有：对从所述激光振荡器(2)输出的激光输出进行指令的激光输出指令单元(51)；和对从所述激光振荡器(2)输出的激光输出进行检测的激光输出检测单元(5)，
将由所述激光输出指令单元(51)所指令的激光输出指令值(Pc)和由所述激光输出检测单元(5)所检测的激光输出检测值(Pd)之间的差值(Pd-Pc)，反馈到所述放电相位控制单元(53)。
14.根据权利要求8至13中任意一项所述的激光振荡器，其中，
所述放电电源(4)包括用于所述第一电磁波空腔谐振器(67a)的第一放电电源(4a)和用于所述第二电磁波空腔谐振器(67b)的第二放电电源(4b)。
15.一种激光振荡器(2)，其包含第一线圈(77a)、相对于该第一线圈(77a)串联配置的第二线圈(77b)、在所述第一和第二线圈(77a、77b)中产生脉冲放电的放电电源(4)，其特征在于，
具有：放电相位控制单元(53)，该放电相位控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一线圈(77a)中的第一放电相位(X1)和所述第二线圈(77b)中的第二放电相位(X2)互不相同。
16.一种激光振荡器(2)，其包含第一线圈(77a)、相对于该第一线圈(77a)串联配置的第二线圈(77b)、在所述第一和第二线圈(77a、77b)中产生脉冲放电的放电电源(4)，其特征在于
具有：占空比控制单元(53)，该占空比控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一线圈(77a)中的第一占空比(Y1)和所述第二线圈(77b)中的第二占空比(Y2)互不相同。
17.一种激光振荡器(2)，其包含第一线圈(77a)、相对于该第一线圈(77a)串联配置的第二线圈(77b)、在所述第一和第二线圈(77a、77b)中产生脉冲放电的放电电源(4)，其特征在于，
具有：脉冲频率控制单元(53)，该脉冲频率控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一线圈(77a)中的第一脉冲频率(Z1)和所述第二线圈(77b)中的第二脉冲频率(Z2)互不相同。
18.一种激光振荡器(2)，其包含第一线圈(77a)、相对于该第一线圈(77a)串联配置的第二线圈(77b)、在所述第一和第二线圈(77a、77b)中产生脉冲放电的放电电源(4)，其特征在于，
具有：放电相位控制单元(53)、占空比控制单元(53)、脉冲频率控制单元(53)中的至少一个，所述放电相位控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一线圈(77a)中的第一放电相位(X1)和所述第二线圈(77b)中的第二放电相位(X2)互不相同；所述占空比控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一线圈(77a)中的第一占空比(Y1)和所述第二线圈(77b)中的第二占空比(Y2)互不相同；所述脉冲频率控制单元(53)在该放电电源(4)的脉冲放电时进行控制，以使所述第一线圈(77a)中的第一脉冲频率(Z1)和所述第二线圈(77b)中的第二脉冲频率(Z2)互不相同。
19.根据权利要求15至18中任意一项所述的激光振荡器，其中，
所述放电电源(4)可以进行控制，以使所述第一线圈(77a)中的电源输出(V1)和所述第二线圈(77b)中的电源输出(V2)互不相同。
20.根据权利要求15所述的激光振荡器，其中，
还具有：对从所述激光振荡器(2)输出的激光输出进行指令的激光输出指令单元(51)；和对从所述激光振荡器(2)输出的激光输出进行检测的激光输出检测单元(5)，
将由所述激光输出指令单元(51)所指令的激光输出指令值(Pc)和由所述激光输出检测单元(5)所检测的激光输出检测值(Pd)之间的差值(Pd-Pc)，反馈到所述放电相位控制单元(53)。
21.根据权利要求15至20中任意一项所述的激光振荡器，其中，
所述放电电源(4)包括用于所述第一线圈(77a)的第一放电电源(4a)和用于所述第二线圈(77b)的第二放电电源(4b)。
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