DE4204844A1 - Voltage or current control of thyratron for gas-laser switching - determining error pulse rate or repetition rate of gas laser and setting operating voltage or current accordingly - Google Patents
Voltage or current control of thyratron for gas-laser switching - determining error pulse rate or repetition rate of gas laser and setting operating voltage or current accordinglyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zum Steuern von zumindest einer einstellbaren Betriebsspannung oder eines Betriebsstromes eines Thyratrons, welches einen gepulsten Gasentladungslaser schaltet.The invention relates to a method and a circuit for Control of at least one adjustable operating voltage or an operating current of a thyratron, which a pulsed Gas discharge laser switches.
Gepulste Gasentladungslaser, wie beispielsweise TEA CO2-Laser und Excimerlaser, werden üblicherweise mit einem Thyratron als Hauptleistungsschalter für die Gasentladung geschaltet.Pulsed gas discharge lasers, such as TEA CO 2 lasers and excimer lasers, are usually switched with a thyratron as the main circuit breaker for the gas discharge.
Ein Thyratron ist eine gasgefüllte Hochspannungsschaltröhre. Im einfachsten Fall ist das Thyratron als Triode ausgebildet, d. h. es weist eine Anode auf, ein Steuergitter und eine geheizte Kathode. Die Heizung der Kathode erfolgt durch Anlegen einer Heizspannung UH.A thyratron is a gas-filled high-voltage switching tube. In the simplest case, the thyratron is designed as a triode, ie it has an anode, a control grid and a heated cathode. The cathode is heated by applying a heating voltage U H.
Das Thyratron ist gasgefüllt. Der beim Betrieb des Thyratrons erforderliche Gasdruck wird üblicherweise eingestellt. Hierzu dient ein Gasreservoir im Thyratron, das gemäß dem Stand der Technik als Gasspeicher ausgebildet ist, welcher temperiert wird. In Abhängigkeit von der Temperatur des Speichers setzt dieser das Betriebsgas, z. B. Wasserstoff oder Deuterium, frei. Die Temperatur des Gasspeichers wird üblicherweise über eine Heizspannung UR eingestellt oder, bei aufwendigeren Systemen, auf einen Sollwert geregelt.The thyratron is filled with gas. The gas pressure required to operate the thyratron is usually set. For this purpose, a gas reservoir in the thyratron is used which, according to the prior art, is designed as a gas storage device which is tempered. Depending on the temperature of the memory, this sets the operating gas, e.g. B. hydrogen or deuterium, free. The temperature of the gas storage is usually set via a heating voltage U R or, in the case of more complex systems, regulated to a setpoint.
Sowohl die Heizspannung UH der Kathode als auch die Heizspan nung UR des Gasspeichers müssen beim Betrieb des Thyratrons mit hoher Genauigkeit konstant gehalten werden. Zum Beispiel ist eine Konstanthaltung besser als 1% ein typischer erforderli cher Wert. Diese Konstanthaltung betrifft die Vermeidung von Variationen der Spannungen von einem Laserpuls zum nachfolgen den Laserpuls, d. h. die Konstanthaltung betrifft die Vermeidung von Kurzzeitvariationen (typischerweise im Bereich von Sekun den).Both the heating voltage U H of the cathode and the heating voltage U R of the gas storage must be kept constant with high accuracy when operating the thyratron. For example, keeping it constant better than 1% is a typical required value. This constant maintenance concerns the avoidance of variations in the voltages from a laser pulse to the succeeding laser pulse, ie the constant maintenance concerns the avoidance of short-term variations (typically in the range of seconds).
Neben der genannten Konstanthaltung der Kathoden- und Gasspei cherheizspannungen ist es aber auch erforderlich, sowohl die Kathodenheizung als auch die Gasspeicherheizung im Laufe der langfristigen Lebensdauer des Thyratrons optimal an die sich ändernden Betriebsbedingungen anzupassen. Beim langfristigen Betrieb eines Thyratrons kann eine Alterung desselben insbeson dere durch Gasverlust, Kathodenabbrand, sinkendes Kathodenemis sionsvermögen, Anodenerosion nicht vermieden werden. Aufgrund dieser Änderungen der Betriebsbedingungen des Thyratrons ver ändern sich auch die für einen optimalen Betrieb erforderlichen Werte für die Kathodenheizspannung UH und die Gasspeicherheiz spannung UR. So ist es durchaus möglich, daß sich die optimalen Spannungswerte durch Alterung des Thyratrons um 25% und mehr ändern. Thyratrons lassen sich auch mit nicht optimalen Span nungswerten bezüglich der Kathoden- und Gasspeicherheizungen betreiben, jedoch altern sie dann wesentlich schneller als bei Betrieb mit jeweils optimalen Spannungswerten.In addition to the aforementioned constant maintenance of the cathode and gas storage heating voltages, it is also necessary to optimally adapt both the cathode heating and the gas storage heating to the changing operating conditions over the long term of the thyratron. During long-term operation of a thyratron, aging of the thyratron, in particular due to gas loss, cathode erosion, falling cathode emissivity and anode erosion, cannot be avoided. Due to these changes in the operating conditions of the thyratron, the values required for optimal operation for the cathode heating voltage U H and the gas storage heating voltage U R also change . So it is quite possible that the optimal voltage values change by aging of the thyratron by 25% and more. Thyratrons can also be operated with non-optimal voltage values with regard to the cathode and gas storage heaters, but they then age much faster than when operating with optimal voltage values.
Im Stand der Technik sind Thyratrons in aller Regel mit Ein stellmitteln versehen, die es erlauben, die Kathodenheizspan nung UH und die Gasspeicherheizspannung UR einzustellen. Ein zelheiten des Standes der Technik für Thyratron-geschaltete Excimerlaser gemäß dem Stand der Technik sind den Datenblättern der Serien EMG 100 MSC und EMG 200 MSC der Firma LAMBDA PHYSIK, Göttingen, Deutschland, zu entnehmen.In the prior art, thyratrons are generally provided with adjusting means which allow the cathode heating voltage U H and the gas storage heating voltage U R to be set. Details of the prior art for thyratron-switched excimer lasers according to the prior art can be found in the data sheets of the EMG 100 MSC and EMG 200 MSC series from LAMBDA PHYSIK, Göttingen, Germany.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Thyratron, das einen gepulsten Gasentladungslaser schaltet, die Lebens dauer des Thyratrons zu erhöhen und auch den Betrieb des Lasers zu verbessern.The object of the invention is, in the case of a thyratron, that switches a pulsed gas discharge laser that lives duration of the thyratron and also the operation of the laser to improve.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß eine durch den Betrieb des Gasentladungslasers be stimmte Größe oder eine vom Betrieb des Gasentladungslasers abhängige Größe ermittelt wird und daß in Abhängigkeit von der ermittelten Größe die Betriebsspannung oder der Betriebsstrom des Thyratrons eingestellt wird.The inventive method for solving this problem provides before that be by the operation of the gas discharge laser right size or one from the operation of the gas discharge laser dependent size is determined and that depending on the determined size the operating voltage or the operating current of the thyratron is set.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Lösung der ge stellten Aufgabe sieht vor,The circuit arrangement according to the invention for solving the ge task provides
- - eine Einrichtung zum Ermitteln einer vom Betrieb des Gasent ladungslasers abhängigen oder den Betrieb des Lasers bestimmen den Größe, und- A device for determining an operation of the Gasent dependent laser or determine the operation of the laser the size, and
- - eine Einrichtung zum Einstellen der Betriebsspannung und/oder des Betriebsstroms des Thyratrons in Abhängigkeit von der er mittelten Größe.- A device for adjusting the operating voltage and / or of the operating current of the thyratron depending on the he medium size.
Als die vom Betrieb des Gasentladungslasers abhängige Größe kann die Fehlpulsrate und/oder die Repetitionsrate des Lasers herangezogen werden. Die Begriffe "Fehlpulsrate" und "Repeti tionsrate" sind in der Fachwelt bekannt und werden weiter unten näher erläutert.As the size depending on the operation of the gas discharge laser can be the pulse rate and / or the repetition rate of the laser be used. The terms "miss pulse rate" and "repetition tion rate "are known in the art and are described below explained in more detail.
Sowohl die Kathodenheizspannung UH als auch die Gasreservoir heizspannung UR können wahlweise in Abhängigkeit von der den Betrieb des Gasentladungslasers bestimmenden Größe eingestellt werden. Both the cathode heating voltage U H and the gas reservoir heating voltage U R can optionally be set as a function of the variable which determines the operation of the gas discharge laser.
Bevorzugt werden die Heizspannungen des Thyratrons mittels einer Phasenanschnittsteuerung, die als solches bekannt ist, eingestellt.The heating voltages of the thyratron are preferred by means of a phase control, which is known as such, set.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below the drawing explained in more detail.
Die Figur zeigt schematisch einen Gasentladungslaser und seine elektrische Steuerschaltung, soweit sie für die hier in Rede stehende Einstellung des Thyratrons von Interesse ist.The figure shows schematically a gas discharge laser and its electrical control circuit insofar as they are discussed here standing setting of the thyratron is of interest.
Ein gepulster Gasentladungslaser, beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ein Excimerlaser, weist in bekannter Weise eine Gasentladungskammer 10 auf, die in der Figur schematisch an gedeutet ist. Zwischen Elektroden 12, 12′ in der Gasentladungs kammer 10 finden mit einer einstellbaren Repetitionsrate (Wie derholrate, Frequenz) Gasentladungen statt, mit deren Hilfe je weils Laserpulse 14 erzeugt werden. Der Laser gibt also pro Zeiteinheit eine Vielzahl von Pulsen kohärenter elektromagne tischer Strahlung ab.A pulsed gas discharge laser, in the illustrated exporting approximately example an excimer laser, has in known manner a gas discharge chamber 10, which is interpreted in the figure schematically indicate. Between electrodes 12 , 12 'in the gas discharge chamber 10 take place with an adjustable repetition rate (How derholrate, frequency) gas discharges, with the help of which each laser pulses 14 are generated. The laser emits a large number of pulses of coherent electromagnetic radiation per unit of time.
Die Figur zeigt schematisch die elektrische Versorgungsschal tung zum Anlegen einer gepulsten Hochspannung an die Elektroden 12, 12′ zur Erzeugung der Gasentladungen. Derartige Versor gungsschaltungen sind in vielfältiger Ausgestaltung dem Fach mann bekannt und brauchen deshalb hier nicht im einzelnen er läutert zu werden. Die Beschreibung beschränkt sich vielmehr auf Einzelheiten der Steuerung des Thyratrons Th. Wie bereits ausgeführt ist, ist es üblich, bei gepulsten Gasentladungsla sern ein Thyratron als Hauptleistungsschalter für die Schaltung der Gasentladungen einzusetzen.The figure shows schematically the electrical supply circuit device for applying a pulsed high voltage to the electrodes 12 , 12 'for generating the gas discharges. Such Versor supply circuits are known to the specialist in a variety of configurations and therefore do not need to be explained here in detail. The description is rather limited to details of the control of the thyratron Th. As already stated, it is common to use a thyratron as the main circuit breaker for switching the gas discharges in pulsed gas discharge lasers.
Die elektrische Versorgungsschaltung weist ein Puls-Erzeugungs netz 16 auf, das den an die Elektroden 12, 12′ angelegten Hoch spannungspuls formt. Dies ist als solches bekannt.The electrical supply circuit has a pulse generation network 16 which forms the high voltage pulse applied to the electrodes 12 , 12 '. This is known as such.
Weiterhin weist die Schaltung eine Strom- und Spannungsversor gung 18 auf. Furthermore, the circuit has a current and voltage supply 18 .
Für die erfindungsgemäße Steuerung des Thyratrons Th dienen insbesondere die Baugruppen 20 bis 32.The assemblies 20 to 32 are used in particular to control the thyratron Th according to the invention.
Für den Betrieb des Thyratrons sind zwei Betriebsspannungen wichtig: zum einen die Kathodenheizspannung UH und zum anderen die Heizspannung UR des Gasspeichers. Je größer die Kathoden heizspannung UH eingestellt wird, um so heißer wird die Kathode und um so stärker ist die Elektronenemission. Je stärker die Heizspannung UR des Gasspeichers eingestellt wird, um so stär ker wird der Gasspeicher erhitzt und um so mehr Betriebsgas (Wasserstoff oder Deuterium) wird im Thyratron erzeugt und um so mehr erhöht sich der Gasdruck im Thyratron. Der Laser wird mit typischen Repetitionsraten im Bereich von z. B. 1 bis 200 Hz betrieben. Entsprechend oft wird das Thyratron geschaltet. Die Schaltfrequenz wird in bekannter Weise durch die Triggereinheit 32 bestimmt, wobei der Triggerpuls an das Steuergitter Gi des Thyratrons Th angelegt wird. Da die gesamte Entladungsenergie über das Thyratron übertragen wird, unterliegt dieses einer be achtlichen Belastung und Erhitzung.Two operating voltages are important for the operation of the thyratron: firstly the cathode heating voltage U H and secondly the heating voltage U R of the gas storage. The greater the cathode heating voltage U H is set, the hotter the cathode becomes and the stronger the electron emission. The more the heating voltage U R of the gas storage is set, the more the gas storage is heated and the more operating gas (hydrogen or deuterium) is generated in the thyratron and the more the gas pressure in the thyratron increases. The laser is operated with typical repetition rates in the range of e.g. B. operated from 1 to 200 Hz. The thyratron is switched accordingly often. The switching frequency is determined in a known manner by the trigger unit 32 , the trigger pulse being applied to the control grid Gi of the thyratron Th. Since the entire discharge energy is transferred via the thyratron, it is subject to considerable stress and heating.
Die Kathodenheizspannung UH und die Heizspannung UR des Gas speichers müssen von Laserpuls zu Laserpuls mit hoher Genauig keit konstant gehalten werden, z. B. im Bereich von 1% von Puls zu Puls. Neben dieser Kurzzeitkonstanz der Betriebsspannungen des Thyratrons ist aber auch mit Blick auf eine lange Lebens dauer des Thyratrons eine Variation der Betriebsspannungen über längere Betriebszeiten vorteilhaft. Auch bei optimalen Be triebsbedingungen des Thyratrons tritt nämlich eine Alterung durch Gasverlust, Kathodenabbrand, sinkendes Kathodenemissions vermögen und Anodenerosion oder dergleichen auf, wodurch sich auch die jeweils optimalen Betriebsspannungen UH und UR ändern. Die Änderung kann, je nach Alterungszustand des Thyratrons, 25% und mehr betragen. Es hat sich gezeigt, daß eine maximale Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Thyratrons sowie ein damit einhergehender optimaler Betrieb des Lasers dann erreicht wer den, wenn die jeweils eingestellten Betriebsspannungen des Thyratrons nicht mehr als 5% von den jeweils geltenden opti malen, von der gerade erreichten Lebensdauer abhängenden Werten verschieden sind.The cathode heating voltage U H and the heating voltage U R of the gas storage must be kept constant from laser pulse to laser pulse with high accuracy, z. B. in the range of 1% from pulse to pulse. In addition to this short-term constancy of the operating voltages of the thyratron, a variation of the operating voltages over longer operating times is also advantageous with a view to the long life of the thyratron. Even when the operating conditions of the thyratron are optimal, aging occurs due to gas loss, cathode erosion, declining cathode emissions and anode erosion or the like, which also changes the optimal operating voltages U H and U R. The change can be 25% or more, depending on the age of the thyratron. It has been shown that a maximum lifespan and reliability of the thyratron and a concomitant optimal operation of the laser are achieved when the operating voltages set for the thyratron do not exceed 5% of the applicable opti, of the lifespan just achieved dependent values are different.
Ist das Thyratron nicht an die optimalen Betriebsspannungen an gepaßt, dann können Störungen beim Laserbetrieb auftreten, wie erhöhte Fehlpulsraten und Triggerprobleme. Eine Fehlpulsrate liegt dann vor, wenn trotz einer Triggerung des Thyratrons kein Laserpuls auftritt, da das Thyratron keine Gasentladung schal tet oder wenn das Thyratron selbständig ohne Zündimpuls durch schaltet.Is the thyratron not at the optimal operating voltages? fit, then malfunctions can occur in laser operation, such as increased false pulse rates and trigger problems. A miss pulse rate is present if none despite triggering the thyratron Laser pulse occurs because the thyratron does not form a gas discharge tet or if the thyratron by itself without an ignition pulse switches.
Wird das Thyratron über längere Zeitspannen mit Spannungen be trieben, die nicht hinreichend nahe den optimalen Spannungswer ten liegen, dann tritt eine verkürzte Lebensdauer des Thyra trons auf (bei zu niedriger Versorgungsspannung) oder ein nor maler Betrieb wird unmöglich wegen der zu niedrigen Spannungs festigkeit des Thyratrons.If the thyratron is subjected to voltages over long periods of time drives that are not sufficiently close to the optimal voltage value then the life of the Thyra is shortened trons on (if the supply voltage is too low) or a nor Operation becomes impossible due to the low voltage strength of the thyratron.
Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Lebensdauer des Thyratrons und zur Gewährleistung eines optimalen Laserbetriebs sieht vor, daß die Kathode K und der Gasspeicher des Thyratrons parallel mit Heizspannungen versorgt werden. Dies ist als solches im Stand der Technik bekannt. Im Stand der Technik ist auch bekannt, die Kathode und den Gas speicher eines Thyratrons separat mit Spannungen zu versorgen, jedoch ist diese Lösung in der Regel aufwendiger. Die Erfindung ist sowohl bei einer parallelen Versorgung der Heizungen von Kathode und Gasspeicher des Thyratrons anwendbar als auch bei einer getrennten Versorgung. Das in der Figur dargestellte Aus führungsbeispiel bezieht sich auf eine Parallelerzeugung der beiden Heizspannungen UH und UR.The circuit arrangement shown in the figure to increase the life of the thyratron and to ensure optimal laser operation provides that the cathode K and the gas storage device of the thyratron are supplied with heating voltages in parallel. As such, this is known in the art. In the prior art it is also known to separately supply the cathode and the gas store of a thyratron with voltages, but this solution is generally more complex. The invention can be used both for a parallel supply of the heaters of the cathode and the gas store of the thyratron as well as for a separate supply. From the exemplary embodiment shown in the figure relates to a parallel generation of the two heating voltages U H and U R.
Die Einstellung der Heizspannungen UH und UR erfolgt durch eine als solches bekannte Phasenanschnittsteuerung 20. Dabei wird die Spannung durch Veränderung des Zündwinkels gesteuert. Der Phasenanschnittsteuerung 20 ist ein Transformator 22 nachge schaltet, an den sich niederspannungsseitig ein Gleichrichter 24 anschließt sowie ein Puffer 26. Die Kurzzeitkonstanz der Heizspannungen UH und UR wird durch einen Regler 28 gewähr leistet, der die momentan herrschenden Ist-Werte der Spannungen UH und UR mit Vorgabewerten vergleicht, die in einer zentralen Steuereinheit 30 abgelegt (gespeichert) sind. Der Regler 28 steuert entsprechend dem Vergleichsergebnis die Phasenan schnittsteuerung 20 an.The heating voltages U H and U R are set by a phase control 20 known per se. The voltage is controlled by changing the ignition angle. The phase gating control 20 is connected to a transformer 22 , to which a rectifier 24 is connected on the low voltage side and a buffer 26 . The short-term constancy of the heating voltages U H and U R is ensured by a controller 28 which compares the actual values of the voltages U H and U R currently prevailing with default values which are stored (stored) in a central control unit 30 . The controller 28 controls the phase control controller 20 according to the comparison result.
Mit dieser Steuerung können Schwankungen der Netzspannung in weiten Bereichen ausgeregelt werden. Ein zusätzlicher Span nungskonstanthalter ist nicht erforderlich. Die gezeigte Phasenanschnittsteuerung kann mit geringem Aufwand störfest gemacht werden, so daß ein Einsatz in unmittelbarer Nähe des Thyratrons Th auch bei höchsten Repetitionsraten möglich ist.With this control, fluctuations in the mains voltage in wide areas are settled. An additional chip A voltage stabilizer is not required. The one shown Phase control can be interference-resistant with little effort be made so that an application in the immediate vicinity of the Thyratrons Th is also possible with the highest repetition rates.
Die Einstellung der Spannungswerte für die Kathodenheizung und die Gasspeicherheizung (UH und UR) erfolgt bei automatisiertem Betrieb mittels eines galvanisch vom Thyratronkreis getrennten Sollwertsignals. Andernfalls wäre der Aufwand für die Entstö rung zu groß. Für die Sollwertvorgabe wird ein pulsbreitenmo duliertes Signal verwendet. Ein solches Signal kann z. B. über bekannte Optokoppler oder Lichtwellenleiter übertragen werden.In automated operation, the voltage values for the cathode heating and the gas storage heating (U H and U R ) are set by means of a setpoint signal that is electrically isolated from the thyratron circuit. Otherwise, the effort for fault elimination would be too great. A pulse width modulated signal is used to set the setpoint. Such a signal can e.g. B. transmitted via known optocouplers or optical fibers.
Nachfolgend werden zwei wahlweise oder gemeinsam einsetzbare Verfahren zum Steuern der Betriebsspannungen UH und UR des Thyratrons Th beschrieben.Two selectively or jointly usable methods for controlling the operating voltages U H and U R of the thyratron Th are described below.
Gepulste Gasentladungslaser sind in aller Regel mit einem Puls energiesensor ausgestattet, d. h. es kann damit auch bei hohen Repetitionsraten die Pulsenergie der einzelnen Laserpulse er mittelt werden. Ein solcher Energiesensor ist in der Figur mit dem Bezugszeichen 38 dargestellt. Mit einem solchen Sensor, der üblicherweise auch für andere Zwecke vorgesehen ist, besteht die Möglichkeit, fehlende Pulse oder auch Pulse mit Energien unterhalb einer vorgebbaren Schwelle zu ermitteln. Hierzu wird die Anzahl der von der Meßeinrichtung 38 ermittelten Pulse pro Zeiteinheit verglichen mit der Anzahl der Triggerungen des Thyratrons in der gleichen Zeiteinheit. Besteht hier eine Dis krepanz, d. h. erzeugt nicht jeder Triggerpuls des Thyratrons auch einen Laserpuls, dann bedeutet dies eine Fehlpulsrate. Das Auftreten einer derartigen, von null verschiedenen Fehlpulsrate zeigt an, daß das Thyratron nicht mit optimalen Betriebsspan nungen versorgt ist. Typischerweise treten derartige Fehlpuls raten dann auf, wenn das Thyratron nach anfänglich eingestell ten optimalen Betriebsspannungen im Laufe einer langfristigen Alterung nicht mehr mit optimalen Betriebsspannungen versorgt wird. Es ist deshalb möglich, eine Information für die Steue rung der Betriebsspannungen des Thyratrons aus der Fehlpulsrate abzuleiten. So ist es möglich, z. B. die Anzahl der fehlenden Laserpulse bei einer vorgegebenen Anzahl von Thyratron-Trigge rungen festzustellen und diese Anzahl als Maßstab dafür zu nehmen, wie stark die Betriebsspannungen des Thyratrons ver ändert werden müssen. Das Maß der Änderung der Betriebsspan nungen UH und UR hängt vom Typ des gerade verwendeten Thyra trons ab und muß im Einzelfall experimentell optimiert werden. Allgemein gilt, daß mit zunehmender Fehlpulsrate die Katho denheizspannung UH und die Heizspannung UR des Gasspeichers erhöht werden. Die Erhöhung kann auch sukzessive in einem auto matisierten Regelungsverfahren, das durch die zentrale Steuer einheit 30 gesteuert wird, so ausgelegt werden, daß sukzessive die beiden Betriebsspannungen zunächst geringfügig erhöht wer den, um zu ermitteln, wie weit die Pulsfehlrate in Richtung auf Null zurückgegangen ist. Je nach dem, ob eine Änderung eines Betriebsparameters Erfolg gebracht hat oder nicht, kann dann der Betriebsparameter anschließend weiter verändert werden oder nicht.Pulsed gas discharge lasers are usually equipped with a pulse energy sensor, which means that the pulse energy of the individual laser pulses can be determined even at high repetition rates. Such an energy sensor is shown in the figure with the reference symbol 38 . With such a sensor, which is usually also provided for other purposes, there is the possibility of determining missing pulses or also pulses with energies below a predefinable threshold. For this purpose, the number of pulses determined by the measuring device 38 per unit of time is compared with the number of triggers of the thyratron in the same unit of time. If there is a discrepancy here, ie if not every trigger pulse of the thyratron also generates a laser pulse, then this means a false pulse rate. The occurrence of such a non-zero pulse rate indicates that the thyratron is not supplied with optimal operating voltages. Typically, such incorrect pulse rates occur when the thyratron is no longer supplied with optimal operating voltages in the course of long-term aging after optimal operating voltages initially set. It is therefore possible to derive information for the control of the operating voltages of the thyratron from the incorrect pulse rate. So it is possible e.g. B. determine the number of missing laser pulses for a given number of thyratron trigge and take this number as a measure of how much the operating voltages of the thyratron have to be changed ver. The degree of change in the operating voltages U H and U R depends on the type of thyro tron used and must be experimentally optimized in individual cases. In general, the cathode heating voltage U H and the heating voltage U R of the gas storage device are increased with increasing pulse rate. The increase can also be successively designed in an automated control process, which is controlled by the central control unit 30 , so that the two operating voltages are gradually increased slightly in order to determine how far the pulse error rate has decreased towards zero . Depending on whether a change in an operating parameter has been successful or not, the operating parameter can then be changed further or not.
Auf diese Weise ist eine automatische Ausregelung alterungsbe dingter Änderungen der optimalen Betriebsspannungen UH und UR möglich, d. h. das Thyratron wird auch über längere Zeiträume immer mit optimalen Betriebsbedingungen gefahren und auf diese Weise wird seine Lebensdauer gesteigert sowie die Zuverlässig keit des Lasers, insbesondere durch Reduktion der Fehlpulsrate, verbessert.In this way, an automatic regulation of age-related changes in the optimal operating voltages U H and U R is possible, ie the thyratron is always operated under optimal operating conditions even over longer periods of time and in this way its lifespan is increased and the reliability of the laser, in particular by Reduction of the wrong pulse rate, improved.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung, die wahlweise auch zusammen mit der vorstehend beschriebenen Steuerung auf Basis der Fehlpulsrate kombiniert werden kann, ist vorgesehen, die Betriebsspannungen des Thyratrons in Abhängigkeit von der Re petitionsrate des Lasers einzustellen. Je nach gewählter Repe titionsrate (Pulsfrequenz des Lasers) fällt im Thyratron Th unterschiedlich Verlustleistung an. Die Verlustleistung steigt in erster Näherung linear mit der Repetitionsrate an. Sie führt zu einer zusätzlichen Heizung des Thyratrons. Durch diese zu sätzliche Aufheizung wird die Kathodentemperatur bei hohen Repetitionsraten über den optimalen Wert hinaus erhöht. Weiter hin führt die Aufheizung des Thyratrons an der Anode zu einer lokalen Dichteabnahme (im sogenannten Gitter-Anoden-Raum) und daher zu einer weiteren Erhöhung der Verlustleistung.According to a further variant of the invention, which optionally also along with the control described above based the pulse rate can be combined is provided that Operating voltages of the thyratron depending on the Re petition rate of the laser. Depending on the Repe tition rate (pulse frequency of the laser) falls in the Thyratron Th different power loss. The power loss increases in a first approximation linear with the repetition rate. she leads for additional heating of the thyratron. Through this too Additional heating is the cathode temperature at high Repetition rates increased above the optimal value. Next the heating of the thyratron at the anode leads to a local density decrease (in the so-called grid anode space) and hence a further increase in power loss.
Auch aus dieser Erkenntnis läßt sich ein Steuerparameter für die Kathodenheizspannung UH und die Heizspannung UR des Gas speichers gewinnen und somit eine optimale Anpassung der Be triebsbedingungen des Thyratrons an die gerade mit dem Laser durchgeführte Repetitionsrate erreichen. Demnach wird mit steigender Repetitionsrate des Lasers die Spannung UH der Kathodenheizung automatisch so reduziert, daß die Kathodenheiz leistung insgesamt gesenkt wird. Dabei kann die Reduzierung der Kathodenheizspannung UH durch eine "on-line"-Messung der Strom-Spannungs-Charakteristik überwacht werden. Dies bedeutet, daß für eine bestimmte angelegte Kathodenheizspannung UH der zugehörige Kathodenstrom gemessen und daraus eine Information über die Kathodentemperatur gewonnen wird. In der zentralen Steuereinheit 30 ist für eine gegebene Repetitionsrate jeweils eine optimale Kathodentemperatur abgespeichert und die Heiz spannung UH wird so eingestellt, daß sich aus dem zugehörigen, gemessenen Kathodenstrom eine Temperatur der Kathode ergibt, die dem gewünschten Wert innerhalb einer vorgegebenen maximalen Abweichung entspricht. Dieses Verfahren ermöglicht einen geschlossenen Regelkreis zur Optimierung der Kathodentemperatur in Abhängigkeit von der Repetitionsrate. Alterungseffekte des Thyratrons werden zusätzlich wie oben beschrieben mittels der Fehlpulsrate berücksichtigt.From this knowledge, a control parameter for the cathode heating voltage U H and the heating voltage U R of the gas storage can be obtained and thus an optimal adaptation of the operating conditions of the thyratron can be achieved to the repetition rate just performed with the laser. Accordingly, with increasing repetition rate of the laser, the voltage U H of the cathode heating is automatically reduced so that the cathode heating power is reduced overall. The reduction in the cathode heating voltage U H can be monitored by an "on-line" measurement of the current-voltage characteristic. This means that the associated cathode current is measured for a specific applied cathode heating voltage U H and information about the cathode temperature is obtained therefrom. In the central control unit 30 , an optimal cathode temperature is stored for a given repetition rate and the heating voltage U H is set so that the associated measured cathode current results in a temperature of the cathode which corresponds to the desired value within a predetermined maximum deviation. This method enables a closed control loop to optimize the cathode temperature depending on the repetition rate. Aging effects of the thyratron are additionally taken into account as described above using the false pulse rate.
Die Heizspannung UR des Gasspeichers des Thyratrons kann mit steigender Repetitionsrate des Lasers erhöht werden, um die oben beschriebene Dichteabnahme des Gases im Gitter-Anoden-Raum zu kompensieren.The heating voltage U R of the gas storage device of the thyratron can be increased with an increasing repetition rate of the laser in order to compensate for the decrease in density of the gas in the grid anode space described above.
Beide vorstehend beschriebenen Anpassungen der Spannungen UH und UR führen zu einer Lebensdauerverlängerung des Thyratrons und zu einer höheren Zuverlässigkeit des Laserbetriebes.Both adjustments of the voltages U H and U R described above lead to an extension of the life of the thyratron and to a higher reliability of the laser operation.
Claims (11)
- - eine Einrichtung (38) zum Ermitteln einer vom Betrieb des Gasentladungslaser abhängigen oder den Betrieb des Lasers be stimmenden Größe, und
- - eine Einrichtung (20, 22, 24, 26, 28, 30) zum Einstellen der Betriebsspannung (UH, UR) und/oder des Betriebsstroms des Thyratrons (Th) in Abhängigkeit von der ermittelten Größe.
- - A device ( 38 ) for determining a dependent on the operation of the gas discharge laser or the operation of the laser be determining size, and
- - A device ( 20 , 22 , 24 , 26 , 28 , 30 ) for adjusting the operating voltage (U H , U R ) and / or the operating current of the thyratron (Th) depending on the determined size.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924204844 DE4204844A1 (en) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Voltage or current control of thyratron for gas-laser switching - determining error pulse rate or repetition rate of gas laser and setting operating voltage or current accordingly |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| DE4204844A1 true DE4204844A1 (en) | 1993-08-19 |
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ID=6451971
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2708784A1 (en) * | 1993-07-29 | 1995-02-10 | Litton Systems Inc | Thyratron with internally optimized tank tension. |
| CN114144731A (en) * | 2019-07-23 | 2022-03-04 | 西默有限公司 | Method for compensating wavelength error caused by repetition rate deviation |
-
1992
- 1992-02-18 DE DE19924204844 patent/DE4204844A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114144731A (en) * | 2019-07-23 | 2022-03-04 | 西默有限公司 | Method for compensating wavelength error caused by repetition rate deviation |
| CN114144731B (en) * | 2019-07-23 | 2024-04-09 | 西默有限公司 | Method for compensating wavelength error caused by repetition rate deviation |
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| 8141 | Disposal/no request for examination |