DE3705165C2

DE3705165C2 -

Info

Publication number: DE3705165C2
Application number: DE3705165A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Wakata; Mitsuo Inoue; Yukio Sato; Kenyu Haruta; Haruhiko Amagasaki Hyogo Jp Nagai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1992-01-09
Also published as: DE3705165A1; US4837773A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurzimpuls- Gasentladungslaser, umfassend

- eine Hauptentladungsschaltung mit einer ersten und zweiten Hauptelektrode, die in einem Lasermedium einander gegenüberliegend angeordnet sind,
- eine an die Hauptentladungsschaltung angeschlossene Hauptentladungs- Kondensatorvorrichtung zur Speicherung von Energie für die Entladung zwischen den Hauptelektroden sowie eine Schaltung mit einem Spitzenwertbildungskondensator zur Formung der Hauptentladung,
- einen Hochspannungs-Startschalter zum Starten der Entladung zwischen den Hauptelektroden und
- eine Einrichtung zur Erzeugung einer Vorionisation im Lasermedium zwischen den Hauptelektroden der Hauptentladungsschaltung.

Ein Kurzimpuls-Gasentladungslaser dieser Art ist aus der US-Zeitschrift "Applied Physics Letters", Bd. 29, Nr. 11, Dezember 1976, Seiten 707 bis 709, bekannt. Dort werden die Einrichtungen zur Vorionisierung und zur Hauptentladung über zwei Trigger von einem Pulser beaufschlagt, wobei mit Zündung des dort vorgesehenen Hochspannungsschalters nicht automatisch die Vorionisierung angetriggert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kurzimpuls-Gasentladungslaser der eingangs genannten Art den Schaltungsaufwand zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dudurch gelöst, daß die Vorionisationsvorrichtung an den Startschalter angeschlossen wird.

Dies erbringt den Vorteil, daß der Hochspannungs-Startschalter zum Starten der Entladung zwischen den Hauptelektroden auch zum Wirksamschalten der Vorionisationseinrichtung verwendet wird, weshalb eine zusätzliche Schaltungsanordnung zum Antriggern der Vorionisierung entfallen kann.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Vorionsiationseinrichtung über einen LC-Kreis mit einem Kondensator zur Einstellung einer Zeitkonstanten oder über ein Koaxialkabel an den Startschalter angeschlossen.

Diese Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild des ersten Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 das Schaltbild des zweiten Ausführungsbeispieles und

Fig. 3 das Schaltbild des dritten Ausführungsbeispieles.

Der Kurzimpuls-Gasentladungslaser gemäß Fig. 1 besitzt einen an einer Hochspannungsgeneratoreinheit 10 liegenden Kondensator 1 zur Speicherung von Energie für eine Hauptentladung, einen Spitzenwertbildungskondensator 2, eine Ladeinduktivität 3 und einen ein Thyratron umfassenden Hochspannungsschalter 4 zum Starten einer elektrischen Entladung zwischen einer ersten Hauptelektrode 5 und einer zweiten Hauptelektrode 6, die jeweils in einem Lasermedium 14 angeordnet sind. Dabei weist die zweite Hauptelektrode 6 von der ersten Hauptelektrode 5 einen vorgegebenen Abstand auf. Zwischen den beiden Hauptelektroden erfolgt somit eine elektrische Hauptentladung 7.

Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Entladungsspalt für eine zusätzliche Ionisierung, wobei im Entladungsspalt 8 ultraviolette Strahlen 9 gebildet werden, welche in den Raum der Hauptentladung dringen. Das Bezugszeichen A bezeichnet eine Einstellschaltung für eine Schwingungsperiode, die zur Erzeugung einer einleitenden Ionisierung verwendet wird und aus einem Einstellkondensator 12 für die Zeitkonstante, einer Induktivität 11 und einer weiteren Induktivität 13 zur Aufladung des Kondensators 12 besteht. Diese Schaltungselemente 11, 12, 13 sind zwischen einer Elektrode des Entladungsspalts 8 und der Hochspannungsseite der Laservorrichtung angeschlossen, während die andere Elektrode des Entladungsspaltes zusammen mit der Hauptelektrode 6 an den Startschalter 4 angeschlossen ist.

In der auf diese Weise aufgebauten Laservorrichtung für kurze Impulse wird zuerst der Kondensator 1 von der Hochspannung von der Hochspannungsgeneratoreinheit 10 über die Ladeinduktivität 3 aufgeladen. Anschließend wird der Hochspannungsschalter 4 eingeschaltet, um den Stromkreis zu schließen, der aus dem Kondensator 1, dem Spitzenwertbildungskondensator 2 und dem Hochspannungsschalter 4 besteht, so daß der Spitzenwertbildungskondensator 2 durch die Impulsspannung rasch aufgeladen wird. Da der Spitzenwertbildungskondensator 2 parallel zu den ersten und zweiten Hauptelektroden 5, 6 liegt, wird bei fortschreitender Aufladung des Spitzenwertkondensators 2 die Potentialdifferenz zwischen den Hauptelektroden 5, 6 erhöht und erreicht ihren Scheitelwert in etwa 100 ns.

Gleichzeitig wird bei Anschalten des Schalters 4 ein Stromkreis gebildet, der den Hochspannungsschalter 4, den Kondensator 12 und die Induktivität 11 der Schaltung A und den Entladungsspalt 8 umfaßt. Infolgedessen veranlaßt die Spannung des Kondensators 12 eine elektrische Entladung im Entladungsspalt 8, so daß ultraviolette Strahlen erzeugt werden. Damit wird die einleitende Ionisierung zwischen den Hauptelektroden 5, 6 durchgeführt. Es erfolgt ein dielektrischer Durchschlag durch das Lasermedium zwischen den Hauptelektroden 5, 6, so daß die Hauptentladung 7 zwischen ihnen stattfindet, worauf die zwischen den Hauptelektroden liegende Spannung abrupt abfällt.

Beim Laden des Spitenwertbildungskondensators 2 fließt ein Strom von 10 kA in einer Richtung und bei der Entladung ein Strom von 20 bis 30 kA in entgegengesetzter Richtung. Bei einer geringen Kapazität des Kondensators 12 können die Schwingungsperiode und der Scheitelwert des Stromes in der Einrichtung zur Erzeugung der Vorionisation klein gemacht werden. Es ergibt sich die einleitende Ionisierung, um eine gleichmäßige Hauptentladung zu verursachen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Entladungsspalt 8 der Einrichtung zur Erzeugung einer Vorionisation über eine Impulsformungsleitung, beispielsweise ein zur Hochspannungsseite und zum Hochspannungsstartschalter 4 führendes Koaxialkabe 20, angeschlossen, wodurch der Anstieg des Stromes steil gemacht werden und zu jeder gewünschten Zeit erfolgen kann, womit die Wirkung der einleitenden Ionisierung noch verbessert wird. Der übrige Aufbau dieses Ausführungsbeispieles entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 weist die zweite Hauptelektrode 6 der Laservorrichtung eine Anzahl Löcher auf. Ein dielektrischer Werkstoff 15 liegt zwischen der porösen Hauptelektrode 6 und einer zusätzlichen Hilfselektrode 16, um einen Kondensator zu bilden der parallel zum Spitzenwertbildungskondensator 2 liegt. Die Schaltung A umfaßt in Serienschaltung eine Induktivität 17 und einen Kondensator 18, der über eine Verbindung 19 mit der Hilfselektrode 16 verbunden ist. Mit den Schaltelementen der Schaltung A sind Schwingungsperiode und Zeitkonstante einstellbar.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zunächst der Kondensator 1 durch die Hochspannung über die Ladeinduktivität 3 aufgeladen. Anschließend wird der Hochspannungsschalter 4 eingeschaltet, um den Stromkreis zu schließen, der aus dem Kondensator 1, dem Spitzenwertbildungskondensator 2 und dem Hochspannungsschalter 4 besteht, so daß der Spitzenwertbildungskondensator 2 durch die Impulsspannung rasch aufgeladen wird. Mit dem Anschalten des Startschalters 4 wird, während sich die Spannung zwischen erster und zweiter Hauptelektrode 5, 6 aufbaut, ein Stromkreis, der aus der Induktivität 17, dem Kondensator 18, der zweiten Hauptelektrode 6 und dem Hochspannungsschalter 4 besteht, geschlossen und damit die Schaltung A für die einleitende Ionisierung wirksam. Infolgedessen werden der Einstellkondensator 18 für die Zeitkonstante und der von der Hauptelektrode 6, dem Dielektrikum 15 und der Hilfselektrode 16 gebildete Kondensator entladen, so daß eine elektrische Kriechentladung in allen Poren der zweiten Hauptelektrode 6 erfolgt, um die einleitende Ionisierung (Vorionisation) durchzuführen.

In Abwandlung dieses Ausführungsbeispieles kann die Hochspannungsseite des Hochspannungsschalters 4 mit der Hilfselektrode 16 auch über eine Impulsformungsleitung 20, vorzugsweise ein Koaxialkabel, wie es beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verwendet wird, verbunden werden. Durch entsprechende Wahl der Länge der Impulsformungsleitung kann ebenfalls ein Stromimpuls mit steilem Anstieg erzielt werden.

Anstelle der Induktivität zur Einstellung der Zeitkonstanten kann auch ein Schalter mit magnetischer Sättigung verwendet werden. In diesem Fall wird die zeitliche Änderung des Beginns der Vorionisation durch die große Induktivität eingestellt, bevor der Schalter die Sättigung erreicht. Wenn ferner der Kriechentladungsstrom ansteigt, wird die Sättigung erreicht und die Induktivität somit verringert, um das Ansteigen des Stromes zu beschleunigen. Infolgedessen kann die maximale Anzahl der Elektronen der einleitenden Ionisierung erhöht werden.

Wird die Verbindung 19 zwischen dem Kondensator 18 und der Hilfselektrode 16 über einen hohen Widerstand oder eine hohe Induktivität geerdet, so kann die Spannungsänderung zwischen die Hilfselektrode 16 und die zweite Elektrode 6 gelegt werden, wobei die gleiche Wirkung erzielt wird.

Claims

1. Kurzimpuls-Gasentladungslaser, umfassend

a) eine Hauptentladungsschaltung mit einer ersten und zweiten Hauptelektrode (5, 6), die in einem Lasermedium einander gegenüberliegend angeordnet sind,
b) eine an die Hauptentladungsschaltung angeschlossene Hauptentladungs- Kondensatorvorrichtung (1) zur Speicherung von Energie für die Entladung zwischen den Hauptelektroden (5, 6) sowie eine Schaltung mit einem Spitzenwertbildungskondensator (2) zur Formung der Hauptentladung,
c) einen Hochspannungs-Startschalter (4) zum Starten der Entladung zwischen den Hauptelektroden (5, 6) und
d) eine Einrichtung (8; 15, 16) zur Erzeugung einer Vorionisation im Lasermedium zwischen den Hauptelektroden (5, 6) der Hauptentladungsschaltung,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) die Vorionisationseinrichtung (8; 15, 16) an den Startschalter (4) angeschlossen ist.

2. Kurzimpuls-Gasentladungslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorionisationseinrichtung (8; 15, 16) an den Startschalter (4) über einen LC-Kreis (11, 12, 13; 17, 18) mit einem eine Zeitkonstante einstellenden Kondensator (12; 18) angeschlossen ist.

3. Kurzimpuls-Gasentladungslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorionisationseinrichtung (8; 15, 16) an den Startschalter (4) über ein Koaxialkabel (20) angeschlossen ist.