JP2000124527A

JP2000124527A - パルスレーザ用電源装置

Info

Publication number: JP2000124527A
Application number: JP10298821A
Authority: JP
Inventors: Masanari Nakano; 真生中野
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: JP4199339B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】パルスレーザ装置の安定かつ長時間連続パルス
発振を可能とし、該パルスレーザ装置に用いられる光学
素子等の長寿命化をも促進し、狭帯域化パルスレーザ装
置に適用する場合、出力パルスレーザ光の狭帯域化を一
層促進する。【解決手段】可飽和リアクトルＳＬ１〜ＳＬ３およびコ
ンデンサＣ１〜Ｃ３からなる磁気パルス圧縮回路を介し
て順次磁気パルス圧縮しつつ転送し、最終段のピーキン
グコンデンサＣＰに並列接続されたレーザ放電部ＬＤに
供給するパルスレーザ用電源装置であって、ピーキング
コンデンサＣＰに並列接続され、該ピーキングコンデン
サＣＰからレーザ放電部ＬＤのアノード１２への転送方
向を順方向とするダイオードＤ１と、ピーキングコンデ
ンサＣＰからのパルスエネルギーをレーザ放電部ＬＤに
流す最終エネルギー転送閉回路上に直接接続され、該パ
ルスエネルギーを時間的に伸長するコイルＬ２０を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充電用直流高圧電
源に並列接続されたコンデンサに蓄積されたエネルギー
を磁気パルス圧縮回路を介してレーザ放電部に転送供給
するパルスレーザ用電源装置に関し、特に最終的にレー
ザ放電部に転送されるパルスエネルギーを時間的に伸長
し、さらには安定したパルスエネルギーとして出力する
ことができるパルスレーザ用電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、パルスレーザ用電源装置に
は、高速、大電流、高繰り返しパルス電源を実現するた
め、磁気パルス圧縮回路を付加するものがある。この磁
気パルス圧縮回路は、鉄心等の強磁性体の磁化の飽和を
利用するものである。

【０００３】例えば、図１３は磁気パルス圧縮回路を用
いた従来のパルスレーザ用電源装置の構成を示す図であ
る。図１３において、充電用直流電源１１は、例えば数
十ｋＶの直流電源であり、これに並列接続されたコンデ
ンサＣ０を充電する。スイッチ素子ＳＷのゲートＧ１に
パルスを印加してスイッチ素子ＳＷをオンにすると、可
飽和リアクトルＳＬ１の両端にコンデンサＣ０による放
電電圧がかかり、可飽和リアクトルＳＬ１に設定された
電圧時間積に到達すると可飽和リアクトルＳＬ１は飽和
状態となり、可飽和リアクトルＳＬ１のインダクタンス
が急激に減少して導通状態となる。この導通状態によっ
てコンデンサＣ０に蓄積されていた電荷はスイッチ素子
ＳＷを介し、電流Ｉ１１として流れ、コンデンサＣ１に
転送される。この電流Ｉ１１がほぼ流れ切った段階で次
段の可飽和リアクトルＳＬ２がオンとなり、コンデンサ
Ｃ１に転送された電荷はコンデンサＣ２に転送される。
このコンデンサＣ２への電荷転送の完了時点で可飽和リ
アクトルＳＬ３が飽和してオンになると、コンデンサＣ
２に蓄積された電荷は最終段のピーキングコンデンサＣ
Ｐに転送される。そして、このピーキングコンデンサＣ
Ｐに転送された電荷はレーザ放電部ＬＤに印加され、放
電破壊して電流ＩＬＤ１０が流れて、レーザ媒質を放電
励起して、パルスレーザ発振が行われる。。

【０００４】可飽和リアクトルＳＬ１〜ＳＬ３が飽和す
る多段磁気圧縮回路の磁気スイッチの飽和時のインダク
タンスは、下流の磁気スイッチの飽和時のインダクタン
スの方が小さいのでパルス圧縮が行われる。すなわち、
図１４（ａ）に示すように、可飽和リアクトルＳＬ１が
オンしてコンデンサＣ０の端子電圧ＶＣ０が低下し、こ
の電荷の転送に伴ってコンデンサＣ１の端子電圧ＶＣ１
１が低下し、コンデンサＣ１への電荷転送が完了した時
点で可飽和リアクトルＳＬ２がオンする。可飽和リアク
トルＳＬ２がオンすると、コンデンサＣ１に転送した電
荷がコンデンサＣ２に転送される。同様にして、コンデ
ンサＣ２に電荷が転送完了したときに可飽和リアクトル
ＳＬ３がオンし、コンデンサＣ２からピーキングコンデ
ンサＣＰに電荷が転送される。

【０００５】この場合、可飽和リアクトルＳＬ１のオン
から可飽和リアクトルＳＬ２のオンまでの間、可飽和リ
アクトルＳＬ２のオンから可飽和リアクトルＳＬ３のオ
ンまでの間、可飽和リアクトルＳＬ３のオンからピーキ
ングコンデンサＣＰに電荷転送が完了するまでの間は、
順次短くなるように設定されるので、各電荷の転送間の
電流は図１４（ｂ）に示すように順次大きな電流値とな
り、パルス圧縮が実現される。

【０００６】さらに、ピーキングコンデンサＣＰに転送
された電荷は、レーザ放電部ＬＤに印加され、レーザ放
電部ＬＤ間の端子電圧ＶＬＤ１０が最大値に近い所定値
以上に達するとレーザ放電部ＬＤ間は放電破壊され、図
１４（ｂ）に示すように電流ＩＬＤ１０が流れる。その
後、ピーキングコンデンサＣＰとレーザ放電部ＬＤとを
含む閉回路では、共振状態となって数回放電が繰り返さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
放電部ＬＤ間の放電破壊で該レーザ放電部ＬＤ間を流れ
た電流ＩＬＤ１０は、再びピーキングコンデンサＣＰに
逆極性で蓄積され、この逆極性で蓄積された電荷エネル
ギーによって再度、当初の電流ＩＬＤ１０とは逆方向に
電荷エネルギーがレーザ放電部ＬＤに流れ、不安定な放
電が行われる。すなわち、ピーキングコンデンサＣＰと
レーザ放電部ＬＤとからなる転送エネルギー閉回路上で
共振が生じ、これが不安定な放電状態を生成させるとい
う、いわばリンギング状態が発生するという問題点があ
った。

【０００８】また、レーザ放電部ＬＤ間を流れる電流Ｉ
ＬＤ１の先頭値は非常に大きな値であり、この大きな先
頭値をもつ放電エネルギーに対応した時間プロファイル
でパルスレーザ発振出力も生じるため、図１３に示すパ
ルスレーザ用電源装置を用いたパルスレーザ装置の共振
器を構成する光学素子等の寿命を低下させるという問題
点があった。

【０００９】なお、半導体露光装置に連続発振パルスレ
ーザ光を用いる場合、高精度で均一な露光を達成するた
めに、スペクトル線幅の狭帯域化が強く要望される。

【００１０】そこで、本発明は、かかる問題点を除去
し、パルスレーザ装置の安定かつ長時間連続パルス発振
を可能とし、該パルスレーザ装置に用いられる光学素子
等の長寿命化をも促進することができ、狭帯域化パルス
レーザ装置に適用する場合には出力パルスレーザ光の狭
帯域化を一層促進することができるパルスレーザ用電源
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段および効果】請求項１に係
る発明は、充電用直流電源からの電荷エネルギーを充電
用コンデンサに蓄積し、この充電用コンデンサに蓄積さ
れた電荷エネルギーをスイッチ素子のオンを契機とし
て、可飽和リアクトルおよびコンデンサからなる磁気パ
ルス圧縮回路を介して順次磁気パルス圧縮しつつ転送
し、最終段のコンデンサに並列接続されたレーザ放電部
に供給するパルスレーザ用電源装置において、前記最終
段のコンデンサに並列接続され、該最終段のコンデンサ
から前記レーザ放電部のアノードへの転送方向を順方向
とするダイオードを具備したことを特徴とする。

【００１２】請求項１に係る発明では、前記ダイオード
によって最終エネルギー転送閉回路でのエネルギーが最
終段のコンデンサをバイパスして、最終エネルギー転送
閉回路上でのリンギングが防止されるため、パルスの時
間的伸長と安定した放電が可能となり、このパルスによ
って放電励起されたパルスレーザ光も時間的に伸長さ
れ、安定したパルスレーザ光を出力することになる。

【００１３】しかも、時間的に伸長されたパルスレーザ
光は、パルスエネルギー値全体を維持したまま、そのピ
ーク値が低減されるため、光学素子等に与えるダメージ
を低減できることから、光学素子等の寿命を延ばし、該
光学素子等を交換することなく、長期に渡るレーザ発振
と安定したレーザ発振とを達成することができる。一
方、パルスレーザ光のピーク値の低減に伴ってパルスレ
ーザ装置に用いる光学素子等の選択幅が増大することか
ら、パルスレーザ用電源装置を用いたパルスレーザ装置
の小型軽量化の促進や大量生産を可能にする。

【００１４】また、パルスレーザ光は時間的に伸長され
ることから、光共振器間の往復回数が増大したパルスレ
ーザ光が含まれ、パルスレーザ用電源装置がグレーティ
ング等の波長選択素子が含んで狭帯域化されたパルスレ
ーザ光を出力する狭帯域化パルスレーザ装置に適用する
場合には、出力されるパルスレーザ光の狭帯域化を一層
促進することができる。

【００１５】請求項２に係る発明では、充電用直流電源
からの電荷エネルギーを充電用コンデンサに蓄積し、こ
の充電用コンデンサに蓄積された電荷エネルギーをスイ
ッチ素子のオンを契機として、可飽和リアクトルおよび
コンデンサからなる磁気パルス圧縮回路を介して順次磁
気パルス圧縮しつつ転送し、最終段のコンデンサに並列
接続されたレーザ放電部に供給するパルスレーザ用電源
装置において、前記最終段のコンデンサからのパルスエ
ネルギーを前記レーザ放電部に流す最終エネルギー転送
閉回路上に直接接続され、該パルスエネルギーを時間的
に伸長するパルス伸長手段を具備したことを特徴とす
る。

【００１６】請求項２に係る発明では、前記パルス伸長
手段によって最終エネルギー転送閉回路上でのパルスが
時間的伸長され、この伸長されたパルスによって放電励
起されたパルスレーザ光も時間的に伸長される。

【００１７】この場合、時間的に伸長されたパルスレー
ザ光は、パルスエネルギー値全体を維持したまま、その
ピーク値が低減されるため、光学素子等に与えるダメー
ジを低減できることから、光学素子等の寿命を延ばし、
該光学素子等を交換することなく、長期に渡るレーザ発
振と安定したレーザ発振とを達成することができる。一
方、パルスレーザ光のピーク値の低減に伴ってパルスレ
ーザ装置に用いる光学素子等の選択幅が増大することか
ら、パルスレーザ用電源装置を用いたパルスレーザ装置
の小型軽量化の促進や大量生産を可能にする。

【００１８】また、パルスレーザ光は時間的に伸長され
ることから、光共振器間の往復回数が増大したパルスレ
ーザ光が含まれ、パルスレーザ用電源装置がグレーティ
ング等の波長選択素子が含んで狭帯域化されたパルスレ
ーザ光を出力する狭帯域化パルスレーザ装置に適用する
場合には、出力されるパルスレーザ光の狭帯域化を一層
促進することができる。

【００１９】請求項３に係る発明では、充電用直流電源
からの電荷エネルギーを充電用コンデンサに蓄積し、こ
の充電用コンデンサに蓄積された電荷エネルギーをスイ
ッチ素子のオンを契機として、可飽和リアクトルおよび
コンデンサからなる磁気パルス圧縮回路を介して順次磁
気パルス圧縮しつつ転送し、最終段のコンデンサに並列
接続されたレーザ放電部に供給するパルスレーザ用電源
装置において、前記最終段のコンデンサに並列接続さ
れ、該最終段のコンデンサから前記レーザ放電部のアノ
ードへの転送方向を順方向とするダイオードと、前記最
終段のコンデンサからのパルスエネルギーを前記レーザ
放電部に流す最終エネルギー転送閉回路上に直列接続さ
れ、該パルスエネルギーを時間的に伸長するパルス伸長
手段とを具備したことを特徴とする。

【００２０】請求項３に係る発明では、前記ダイオード
による最終エネルギー転送閉回路上でのリンギングが防
止され、さらに、前記ダイオードと前記パルス伸長手段
によるパルス伸長とが重畳されてパルスレーザ光の時間
的伸長を一層促進するとすることができることになり、
請求項１および２に係る発明の作用効果が一層促進され
る。

【００２１】請求項４に係る発明は、請求項３に係る発
明において、前記ダイオードは、前記レーザ放電部のア
ノードと前記最終コンデンサと当該最終コンデンサを含
む前段の磁気パルス圧縮回路との共通接続点から前記最
終コンデンサとの間に、当該ダイオードの順方向出力端
が接続され、前記パルス伸長手段は、前記ダイオードの
順方向出力端の接続点と前記最終コンデンサとの間に直
列接続されることを特徴とする。

【００２２】これにより、具体的なダイオード配置がな
され、最終コンデンサに蓄積されたパルスエネルギーは
パルス伸長手段を介してパルス伸長され、請求項３に係
る発明と同様な作用効果を奏する。

【００２３】請求項５に係る発明は、請求項４に係る発
明において、前記パルス伸長手段は、前記ダイオードの
順方向出力端の接続点と前記共通接続点との間に設けら
れることを特徴とする。

【００２４】これにより、具体的なダイオード配置がな
され、最終コンデンサに蓄積されたパルスエネルギーは
パルス伸長手段を介してパルス伸長され、請求項４に係
る発明と同様な作用効果を奏する。

【００２５】請求項６に係る発明は、請求項５に係る発
明において、前記パルス伸長手段に並列接続された充電
用ダイオードをさらに具備し、前記充電用ダイオード
は、当該充電用ダイオードの順方向出力端を前記ダイオ
ードの順方向出力端の接続点に接続することを特徴とす
る。

【００２６】請求項６に係る発明では、充電用ダイオー
ドを介して最終段の前段の磁気パルス圧縮過程において
転送されるパルスエネルギーは、パルス伸長手段を介さ
ずに最終コンデンサに蓄積されるため、最終エネルギー
転送閉回路上のみでパルス伸長され、パルス伸長の設定
制御が容易となる。しかも、この場合においても、ダイ
オードによってリンギングが防止され、安定した放電励
起がなされる。

【００２７】請求項７に係る発明では、請求項３に係る
発明において、前記パルス伸長手段は、前記レーザ放電
部のアノードと前記最終コンデンサと当該最終コンデン
サを含む前段の磁気パルス圧縮回路との共通接続点と、
前記ダイオードの順方向入力端が接続される点との間で
あって、前記レーザ放電部が含まれる前記最終エネルギ
ー転送閉回路上に直列接続されることを特徴とする。

【００２８】これにより、前段の磁気パルス圧縮回路に
おいて磁気圧縮されるパルスに影響を与えずに、最終エ
ネルギー転送閉回路上のみパルス伸長されるとともに、
ダイオードによってリンギングが防止されるため、安定
した放電励起がなされ、さらには安定したレーザパルス
発振がなされ、請求項６に係る発明と同様な作用効果を
奏する。

【００２９】請求項８に係る発明は、請求項２〜７に係
る発明において、前記パルス伸長手段は、インダクタン
ス、または並列接続された抵抗とキャパシタンスとから
なる所定の時定数を有した回路であることを特徴とす
る。

【００３０】これにより、具体的なパルス伸長を行うこ
とができる。なお、インダクタンスの場合には、エネル
ギーロスが小さくて済み、所定の時定数を有した回路で
ある場合には、抵抗分のエネルギーロスがあるものの、
インダクタンスと同様なパルス伸長を行うことができ
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００３２】図１は、本発明の第１の実施の形態である
パルスレーザ用電源装置の構成を示す図であり、図２
は、図１に示すパルスレーザ用電源装置の電荷エネルギ
ー転送動作を示すタイミングチャートである。

【００３３】図１において、パルスレーザ用電源装置１
は、図１３に示すパルスレーザ用電源装置２０と同様
に、充電用直流電源１１を有し、スイッチ素子ＳＷと、
直列接続された充電用コンデンサＣ０と可飽和リアクト
ルＳＬ１と転送用のコンデンサＣ１とがこの充電用直流
電源４１に並列接続される。また、直列接続された可飽
和リアクトルＳＬ２およびコンデンサＣ２はコンデンサ
Ｃ１に並列接続される。さらに、直列接続された可飽和
リアクトルＳＬ３およびピーキングコンデンサＣＰはコ
ンデンサＣ２に並列接続される。また、ピーキングコン
デンサＣＰには、レーザ放電部ＬＤと充電用のコイルＬ
とが並列接続されるとともに、リンギング防止用のダイ
オードＤ１が並列接続される。ここで、充電用直流電源
１１の負極側、スイッチＳＷの順方向側、コンデンサＣ
１，Ｃ２およびピーキングコンデンサＣＰの一端、レー
ザ放電部ＬＤのアノード１２側、およびコイルＬの一端
は、点Ｐ１で共通接続され、接地される。リンギング防
止用のダイオードＤ１の順方向側は、この点Ｐ１に接続
され、ピーキングコンデンサＣＰをパイパスするように
なっている。この図１に示すパルスレーザ用電源装置１
は、図１３に示すパルスレーザ用電源装置２０にリンギ
ング防止用のダイオードＤ１を付加した構成であり、ピ
ーキングコンデンサＣＰから転送される電荷エネルギー
をレーザ放電部ＬＤに供給する際、ダイオードＤ１によ
って電流方向が一方向に制限され、レーザ放電部ＬＤで
のリンギングが防止される。

【００３４】次に、図２を参照して、このリンギング防
止用のダイオードＤ１を付加した場合のパルスレーザ用
電源装置１の動作について説明する。図２において、充
電用直流電源１１によって印加される直流高電圧によっ
てコンデンサＣ０がゆっくりと充電され、コンデンサＶ
Ｃ０の電圧が＋Ｅボルトまで充電される。この場合、コ
イルＬを介した閉回路が直流的に構成されることにな
る。スイッチ素子ＳＷのゲートＧ１にパルスを印加して
スイッチ素子ＳＷをオンにすると、可飽和リアクトルＳ
Ｌ１の両端にコンデンサＣ０による放電電圧がかかり、
可飽和リアクトルＳＬ１に設定された電圧時間積に到達
すると可飽和リアクトルＳＬ１は飽和状態となり、可飽
和リアクトルＳＬ１のインダクタンスが急激に減少して
導通状態となる。この導通状態によってコンデンサＣ０
に蓄積されていた電荷はスイッチ素子ＳＷを介し、電流
Ｉ１として流れ、コンデンサＣ１に転送される。この電
流Ｉ１がほぼ流れ切った段階で次段の可飽和リアクトル
ＳＬ２がオンとなり、コンデンサＣ１に転送された電荷
はコンデンサＣ２に転送される。このコンデンサＣ２へ
の電荷転送の完了時点で可飽和リアクトルＳＬ３が飽和
してオンになると、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は
最終段のピーキングコンデンサＣＰに転送される。ここ
までのエネルギー転送動作は、図１４に示すパルスレー
ザ用電源装置２０と同じ動作である。

【００３５】その後、ピーキングコンデンサＣＰに転送
された電荷はレーザ放電部ＬＤへの印加電圧ＶＬＤ１と
して印加され、印加電圧ＶＬＤ１が所定電圧になった時
点でレーザ放電部ＬＤは放電破壊し、電流ＩＬＤ１が急
激に流れ、図示しないパルスレーザ装置のチャンバ内の
レーザ媒質を放電励起して、パルスレーザ発振が行われ
る。

【００３６】図２に示すように、この電流ＩＬＤ１は、
その後、ピーキングコンデンサＣＰの逆極性側に蓄積さ
れずに、ダイオードＤ１を介して、このダイオードＤ１
とレーザ放電部ＬＤとからなる閉回路を環流し、この閉
回路上に内在する抵抗分、例えばダイオードＤ１の順方
向抵抗分によって減衰する。従って、電流ＩＬＤ１は、
そのパルスのピーク値ＰＰ１の後、ダイオードＤ１を用
いない電流ＩＬＤ１０に比較して時間的に徐々に減衰
し、極性は維持される。その結果、リンギングが防止さ
れて不安定なパルスレーザ発振が防止され、電流ＩＬＤ
１のパルス波形も極性が反転しない分、ダイオードＤ１
を付加しない場合に比べて、平坦な波形となり、同極性
のパルス波形が時間的に伸長されることにもなる。な
お、ダイオードＤ１を付加しても、ダイオードＤ１の順
方向抵抗によるエネルギーロスを除けば、転送される全
体のエネルギー値は同じである。

【００３７】ここで、このパルス電流ＩＬＤ１によって
放電励起されたパルスレーザ光は、パルス電流ＩＬＤ１
とほぼ同様な時間波形をもった強度分布をなし、図示し
ないパルスレーザ装置の光共振器間を往復することにな
るが、例えばエキシマレーザの場合、数回程度の往復を
行って出力される。すなわち、光共振器内におけるレー
ザ光の往復回数である、ラウンドトリップ数ｎは最大で
も数回程度の値となり、グレーティング等の波長選択素
子によって狭帯域化を図る図示しない狭帯域化モジュー
ルがある場合、発光したレーザ光は、時間的に伸長され
て発生するため、最大ラウンドトリップ数ｎの値が伸長
された時間に対応して大きくなる。この関係は、次式で
示される。すなわち、 Δλｆ＝Δλ／ｎ＾（１／２）である。ここで、Δλｆは共振器内を１往復して出力し
た光のスペクトル線幅であり、Δλｆはｎ往復した光の
スペクトル線幅である。また、「＾」はべき乗を示す。

【００３８】従って、スペクトル線幅Δλｆは、ラウン
ドトリップ数の２分の１乗に逆比例して狭くなることに
なり、ラウンドトリップ数ｎが増大すればするほど、狭
帯域化が図れることになる。

【００３９】この結果、パルスストレッチを行った放電
励起を狭帯域化を行うパルスレーザ装置に適用すること
により、レーザ光の狭帯域化が一層容易に行われること
になる。

【００４０】しかも、パルスストレッチによって、パル
スレーザ光のピーク値も低減されて発光するため、共振
器内およびモニタ系に用いられる光学素子等へのダメー
ジが小さくなり、光学素子等の長寿命化が促進され、レ
ーザ部品を交換することなく、安定したパルスレーザ発
振および長期間のパルスレーザ発振を実現することにな
る。また、レーザ光の狭帯域化を行うパルスレーザ装置
に用いる光学素子等の選択幅が拡がり、小型軽量化や大
量生産等を可能にすることができる。

【００４１】次に、図３および図４を参照して、第２の
実施の形態であるパルスレーザ用電源装置について説明
する。

【００４２】図３において、第２の実施の形態では、第
１の実施の形態で付加されたリンギング防止用のダイオ
ードＤ１を取り除き、ピーキングコンデンサＣＰとレー
ザ放電部ＬＤとからなる最終エネルギー転送回路上にコ
イルＬ１１〜Ｌ１５のリアクタンスを直列接続した構成
としている。コイルＬ１１は、ピーキングコンデンサＣ
Ｐと、可飽和リアクトルＳＬ３とレーザ放電部ＬＤのカ
ソード１３との間の点Ｐ２との間に直列接続される。コ
イルＬ１２は、点Ｐ２と、レーザ放電部ＬＤのカソード
１３とコイルＬとの間の点Ｐ３との間に直列接続され
る。コイルＬ１３は、点Ｐ３と、レーザ放電部ＬＤのカ
ソード１３との間に直列接続される。コイルＬ１４は、
レーザ放電部ＬＤのアノード１２と、該アノード１２と
コイルＬとの間の点Ｐ４との間に直列接続される。コイ
ル１５は、点Ｐ４と、ピーキングコンデンサＣＰと接地
との間の点Ｐ１との間に直列接続される。コイル１６
は、点Ｐ１とピーキングコンデンサＣＰとの間に直列接
続される。

【００４３】これらのコイルＬ１１〜Ｌ１５の直列接続
の位置は、最終エネルギー転送回路上のいずれの位置で
もよく、少なくとも１つのコイルが配置されればよい。
例えば、コイルＬ１５のみを接続して、他のコイルＬ１
１〜Ｌ１４，Ｌ１６を取り除いた構成としてもよい。要
は、所望のインダクタンスが最終エネルギー転送回路上
に設けられればよい。但し、コイルＬ１１，Ｌ１６が設
けられた場合には、前段の磁気パルス圧縮回路（可飽和
リアクトルＳＬ３〜コンデンサＣ２〜ピーキングコンデ
ンサＣＰ〜可飽和リアクトルＳＬ３）上にも重複するた
め、前段の磁気パルス圧縮された波形は、コイルＬ１１
あるいはコイルＬ１６のインダクタンスによって若干時
間的に伸長されたものとなる。

【００４４】次に、図４に示すタイミングチャートを参
照して、最終エネルギー転送時におけるパルス波形につ
いて説明する。図４において、ピーキングコンデンサＣ
Ｐに電荷エネルギーが転送されるまでは、図２に示すタ
イミングチャートと同じ動作を行う。

【００４５】その後、ピーキングコンデンサＣＰに転送
された電荷はレーザ放電部ＬＤへの印加電圧ＶＬＤ２と
して印加され、印加電圧ＶＬＤ２が所定電圧になった時
点でレーザ放電部ＬＤは放電破壊し、電流ＩＬＤ２が急
激に流れ、図示しないパルスレーザ装置のチャンバ内の
レーザ媒質を放電励起して、パルスレーザ発振が行われ
る。

【００４６】図４に示すように、この電流ＩＬＤ２のパ
ルス波形は、最終エネルギー転送回路上に設けられたコ
イルＬ１１〜Ｌ１６のインダクタンスによって、このイ
ンダクタンスに対応して時間的に伸長した波形となり、
そのピーク値ＰＰ２は、コイルＬ１１〜Ｌ１６を設けな
い場合あるいはダイオードＤ１を設けた場合に比して、
小さな値をなり、パルス波形が時間的に伸長され、平坦
な波形となる。なお、放電後の電荷エネルギーは、ピー
キングコンデンサＣＰの逆極性側に再度蓄積され、共振
回路としてリンギングが発生するが、そのリンギング周
波数自体は小さな値となり、コイルＬ１１〜Ｌ１６を設
けない場合に比して、リンギングによるレーザ発振の不
安定さは減少される。

【００４７】このようなコイルＬ１１〜Ｌ１６のインダ
クタンスによるパルスストレッチによって、パルスレー
ザ光のピーク値は図１のパルスレーザ用電源装置１に比
して小さな値となるため、共振器内およびモニタ系に用
いられる光学素子等へのダメージが小さくなり、光学素
子等の長寿命化が一層促進され、レーザ部品を交換する
ことなく、安定したパルスレーザ発振および長期間のパ
ルスレーザ発振を実現することになる。

【００４８】また、このことはレーザ光の狭帯域化を行
うパルスレーザ装置に用いる光学素子等の選択幅が拡が
り、小型軽量化や大量生産等を一層可能にすることがで
きるとともに、パルスストレッチによりパルス波形が時
間的に伸長するため、最大ラウンドトリップ数ｎが増大
したパルスレーザ光を出力するので、狭帯域化を一層促
進することができる。

【００４９】次に、図５および図６を参照して、第３の
実施の形態であるパルスレーザ用電源装置について説明
する。

【００５０】図５において、第３の実施の形態では、第
１の実施の形態の構成に、さらにリンギング防止用のダ
イオードＤ１の順方向側出力点Ｐ１０と点Ｐ１との間に
インダクタンスとしてのコイルＬ２０を付加した構成と
なっている。逆に言えば、第２の実施の形態の構成にお
けるコイルＬ１６のみを設け、さらにリンギング防止用
のダイオードＤ１を設け、このダイオードＤ１の順方向
出力点をこのコイルＬ１６とピーキングコンデンサＣＰ
との間とした構成である。

【００５１】次に、図６に示すタイミングチャートを参
照して、最終エネルギー転送時におけるパルス波形につ
いて説明する。図６において、ピーキングコンデンサＣ
Ｐに電荷エネルギーが転送されるまでは、図２に示すタ
イミングチャートとほぼ同じ動作である。但し、コイル
Ｌ２０のインダクタンスにより、最終エネルギー転送回
路の前段の磁気パルス圧縮回路での電荷エネルギー転送
がコイルＬ２０によってパルスストレッチされるため、
電流波形Ｉ３は、ピーク値が若干低下し、パルス圧縮時
間Ｔ３も若干長い、電流波形Ｉ３’となる。なお、転送
される電荷エネルギーは変わらない。

【００５２】その後、ピーキングコンデンサＣＰに転送
された電荷はレーザ放電部ＬＤへの印加電圧ＶＬＤ３と
して印加され、印加電圧ＶＬＤ３が所定電圧になった時
点でレーザ放電部ＬＤは放電破壊され、電流ＩＬＤ３が
急激に流れ、図示しないパルスレーザ装置のチャンバ内
のレーザ媒質を放電励起して、パルスレーザ発振が行わ
れる。

【００５３】図６に示すように、この電流ＩＬＤ３のパ
ルス波形は、最終エネルギー転送回路上に設けられたコ
イルＬ２０のインダクタンスによって、このインダクタ
ンスに対応して時間的に伸長した波形となるとともに、
リンギング防止用のダイオードＤ１によってさらに連続
的にコイルＬ２０のインダクタンスの影響を受けて時間
的に伸長した波形となり、そのピーク値ＰＰ３は、その
パルスストレッチに伴って、ピーク値ＰＰ２よりも小さ
な値となり、平坦なパルス波形となる。しかも、ダイオ
ードＤ１によってリンギングが防止されるため、パルス
レーザ発振が安定したものとなる。

【００５４】このパルスストレッチによって、パルスレ
ーザ光のピーク値ＰＰ３は第２の実施の形態におけるピ
ーク値ＰＰ２よりも小さな値となるため、共振器内およ
びモニタ系に用いられる光学素子等へのダメージが小さ
くなり、光学素子等の長寿命化が一層促進され、レーザ
部品を交換することなく、安定したパルスレーザ発振お
よび長時間のパルスレーザ発振を実現することになる。

【００５５】しかも、ダイオードＤ１によって安定した
パルスレーザ発振が可能となる。

【００５６】また、第２の実施の形態と同等以上に、レ
ーザ光の狭帯域化を行うパルスレーザ装置に用いる光学
素子等の選択幅が拡がり、小型軽量化や大量生産等を一
層可能にすることができるとともに、パルスストレッチ
によりパルス波形が時間的に一層伸長するため、最大ラ
ウンドトリップ数ｎが更に増大したパルスレーザ光を出
力するので、狭帯域化を一層促進することができる。

【００５７】次に、図７および図８を参照して、第４の
実施の形態であるパルスレーザ用電源装置について説明
する。

【００５８】図７において、第４の実施の形態では、第
３の実施の形態におけるコイルＬ２０の構成配置を、ピ
ーキングコンデンサＣＰと点Ｐ１０との間としている。
すなわち、図７において、コイルＬ２１は、コンデンサ
Ｄ１の順方向出力側の点Ｐ１１とピーキングコンデンサ
ＣＰとの間に配置される。

【００５９】図８に示すタイミングチャートを参照し
て、最終エネルギー転送時におけるパルス波形について
説明する。図８において、ピーキングコンデンサＣＰに
電荷エネルギーが転送されるまでは、図６に示すタイミ
ングチャートと同じである。

【００６０】その後、ピーキングコンデンサＣＰに転送
された電荷はレーザ放電部ＬＤへの印加電圧ＶＬＤ４と
して印加され、印加電圧ＶＬＤ４が所定電圧となった時
点でレーザ放電部ＬＤは放電破壊され、電流ＩＬＤ４が
急激に流れ、図示しないパルスレーザ装置のチャンバ内
のレーザ媒質を放電励起して、パルスレーザ発振が行わ
れる。

【００６１】図８に示すように、この電流ＩＬＤ４のパ
ルス波形は、最終エネルギー転送回路上に設けられたコ
イルＬ２１のインダクタンスによって、このインダクタ
ンスに対応して時間的に伸長した波形となるとともに、
リンギング防止用のダイオードＤ１によってリンギング
が防止される。また、そのピーク値ＰＰ４は、そのパル
スストレッチに伴って、ピーク値ＰＰ２よりも小さな値
となり、電流ＩＬＤ３と同様に平坦なパルス波形とな
る。

【００６２】但し、最終エネルギー転送回路を一巡した
電流ＩＬＤ４は、その後コイルＬ２１を経由することが
ないので、コイルＬ２１によるパルスストレッチはされ
ない。そのため、図８に示すように、電流ＩＬＤ４のピ
ーク値ＰＰ４は電流ＩＬＤ３のピーク値ＰＰ３に比較し
て早い時点に現れることになる。

【００６３】このようなパルスストレッチによって、パ
ルスレーザ光のピーク値ＰＰ４は第２の実施の形態にお
けるピーク値ＰＰ２により小さな値となり、また、ピー
ク値ＰＰ３とほぼ同様な値となることから、共振器内お
よびモニタ系に用いられる光学素子等へのダメージが小
さくなり、光学素子等の長寿命化が一層促進され、レー
ザ部品を交換することなく、安定したパルスレーザ発振
および長時間のパルスレーザ発振を実現することにな
る。

【００６４】しかも、第３の実施の形態と同様に、ダイ
オードＤ１によって安定したパルスレーザ発振が可能と
なる。

【００６５】また、第３の実施の形態と同様に、レーザ
光の狭帯域化を行うパルスレーザ装置に用いる光学素子
等の選択幅が拡がり、小型軽量化や大量生産等を一層可
能にすることができるとともに、パルスストレッチによ
りパルス波形が時間的に一層伸長するため、最大ラウン
ドトリップ数ｎが更に増大したパルスレーザ光を出力す
るので、狭帯域化を一層促進することができる。

【００６６】次に、図９および図１０を参照して、第５
の実施の形態であるパルスレーザ用電源装置について説
明する。

【００６７】図９において、第５の実施の形態では、第
３の実施の形態にさらにダイオードＤ２を付加した構成
となっている。ダイオードＤ２は、コイルＬ２０の両端
に並列接続され、その順方向を磁気パルス圧縮方向、す
なわち、点Ｐ１から点Ｐ１０に向いている。従って、最
終エネルギー転送回路の前段の磁気パルス圧縮回路から
転送される電荷エネルギーは、コイルＬ２０を経由せ
ず、ダイオードＤ２を介してピーキングコンデンサＣＰ
に蓄積されることになる。

【００６８】図１０に示すタイミングチャートを参照し
て、最終エネルギー転送時におけるパルス波形について
説明すると、ピーキングコンデンサＣＰに電荷エネルギ
ーが転送されるまでは、図２に示すタイミングチャート
と同じであり、その後におけるピーキングコンデンサＣ
Ｐからレーザ放電部ＬＤへの電荷エネルギーの転送は、
第３の実施の形態で示した図６に示すタイミングチャー
トと同じである。

【００６９】すなわち、最終エネルギー転送時直前の電
流Ｉ３は、ダイオードＤ２を経由するため、パルス波形
は時間的に伸長せず、最終エネルギー転送時後における
電流ＩＬＤ５は電流ＩＬＤ３と同様にコイルＬ２０によ
るパルスストレッチが繰り返し行われることになる。こ
の場合、第３の実施の形態と同様にダイオードＤ１によ
ってリンギングが防止される。

【００７０】従って、第５の実施の形態では、第３の実
施の形態と同様なパルス波形を出力することができるの
で、第３の実施の形態と同様な作用効果を奏するが、そ
の前段における磁気パルス圧縮過程に影響を与えること
がないので、磁気パルス圧縮がより効果的に行われるこ
とになる。また、最終エネルギー転送時におけるパルス
ストレッチのみを考えればよいので設計上も容易であ
り、所望のパルスストレッチを容易に得ることができ
る。

【００７１】次に、図１１を参照して第６の実施の形態
であるパルスレーザ用電源装置について説明する。

【００７２】図１１において、第６の実施の形態では、
第３の実施の形態におけるコイルＬ２０を取り除いて、
ダイオードＤ１の順方向入力側の点Ｐ１２と、レーザ放
電部ＬＤのカソード１３とコイルＬとの間の接続点Ｐ１
３との間に配置した構成としている。これにより、第６
の実施の形態では図９に示す第５の実施の形態の動作と
全く同様な動作を行うことになる。

【００７３】しかも、この場合、図９に示す第５の実施
の形態では、ダイオードＤ２を必要としたが、第６の実
施の形態では、ダイオードＤ２の構成が必ずしも必要で
はない。

【００７４】これは、インダクタンスたるコイルＬ２２
が最終エネルギー転送回路上であっって、前段の磁気パ
ルス圧縮回路とは無関係の位置に配置されるからであ
る。

【００７５】従って、最終エネルギー転送回路上であっ
て、ピーキングコンデンサＣＰとダイオードＤ１との並
列回路上以外の部署に直列にコイルを配置すればよいこ
とになり、そのような構成としても、第６の実施の形態
と同様な作用効果を奏する。

【００７６】次に、図１２を参照して、第７の実施の形
態であるパルスレーザ用電源装置について説明する。

【００７７】図１２に示すパルスレーザ用電源装置は、
図３に示す第２の実施の形態におけるコイルＬ１１〜Ｌ
１６の内のコイルＬ１５のみを取り付けた場合で、この
コイルＬ１５の代わりに、抵抗ＲとコンデンサＣとの並
列回路であるパルス伸長回路８を最終エネルギー転送回
路上に直列接続した構成としている。

【００７８】この図１２に示すパルスレーザ用電源装置
では、図３に示す第２の実施の形態とほぼ同様な動作を
行うが、抵抗Ｒによるエネルギーロスの分だけ、電流Ｉ
ＬＤ２の波形が早く減少することになる。

【００７９】もちろん、このパルス伸長回路８によるパ
ルス伸長は、抵抗ＲとコンデンサＣとの時定数によって
決定することができる。

【００８０】また、パルス伸長回路８は、第２の実施の
形態から第６の実施の形態までのコイルに代えて適用で
きるのは言うまでもなく、その場合、抵抗Ｒによるエネ
ルギーロスが生じ、パルス波形も減少が早くなる。

【００８１】なお、上述した実施の形態におけるスイッ
チ素子ＳＷは、高速動作が可能で大電力用のスイッチ素
子であればよく、例えばサイリスタ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ）、バイポーラトランジ
スタ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体電力デバイスが適用でき
る。

【００８２】また、スイッチ素子ＳＷは、複数のスイッ
チ素子を直列接続した構成として各スイッチ素子にかか
る耐圧を軽減するようにしてもよい。

【００８３】さらに、上述した実施の形態では、まず充
電用コンデンサＣ０に充電するようにしているが、この
充電用コンデンサＣ０を取り除き、充電用直流電源１が
可飽和リアクトルＳＬ１，ＳＬ２を介してコンデンサＣ
１，Ｃ２を直接充電するようにしてもよい。この場合、
コイルＬは取り除かれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるパルスレーザ
用電源装置の構成を示す図である。

【図２】図１に示すパルスレーザ用電源装置１の動作を
示すタイミングチャートである。

【図３】本発明の第２の実施の形態であるパルスレーザ
用電源装置の構成を示す図である。

【図４】図３に示すパルスレーザ用電源装置２の動作を
示すタイミングチャートである。

【図５】本発明の第３の実施の形態であるパルスレーザ
用電源装置の構成を示す図である。

【図６】図５に示すパルスレーザ用電源装置３の動作を
示すタイミングチャートである。

【図７】本発明の第４の実施の形態であるパルスレーザ
用電源装置の構成を示す図である。

【図８】図７に示すパルスレーザ用電源装置４の動作を
示すタイミングチャートである。

【図９】本発明の第５の実施の形態であるパルスレーザ
用電源装置の構成を示す図である。

【図１０】図９に示すパルスレーザ用電源装置５の動作
を示すタイミングチャートである。

【図１１】本発明の第６の実施の形態であるパルスレー
ザ用電源装置の構成を示す図である。

【図１２】本発明の第７の実施の形態であるパルスレー
ザ用電源装置の構成を示す図である。

【図１３】従来のパルスレーザ用電源装置の構成を示す
図である。

【図１４】図１３に示す従来のパルスレーザ用電源装置
の動作を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１〜７…パルスレーザ用電源装置８…パルス伸長回路１１…充電用直流電源ＳＷ…スイッチ素子Ｇ１…ゲ
ートＳＬ１〜ＳＬ３…可飽和リアクトルＬ，Ｌ１１〜Ｌ１６，Ｌ２０〜Ｌ２２…コイルＤ１，Ｄ２…ダイオードＣ０…充電用コンデンサＣ，Ｃ１，Ｃ２…コンデンサＲ…抵抗ＣＰ…ピーキングコンデンサＬＤ…レーザ放電部１２…アノード１３…カソード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充電用直流電源からの電荷エネルギーを
充電用コンデンサに蓄積し、この充電用コンデンサに蓄
積された電荷エネルギーをスイッチ素子のオンを契機と
して、可飽和リアクトルおよびコンデンサからなる磁気
パルス圧縮回路を介して順次磁気パルス圧縮しつつ転送
し、最終段のコンデンサに並列接続されたレーザ放電部
に供給するパルスレーザ用電源装置において、前記最終段のコンデンサに並列接続され、該最終段のコ
ンデンサから前記レーザ放電部のアノードへの転送方向
を順方向とするダイオードを具備したことを特徴とする
パルスレーザ用電源装置。
【請求項２】充電用直流電源からの電荷エネルギーを
充電用コンデンサに蓄積し、この充電用コンデンサに蓄
積された電荷エネルギーをスイッチ素子のオンを契機と
して、可飽和リアクトルおよびコンデンサからなる磁気
パルス圧縮回路を介して順次磁気パルス圧縮しつつ転送
し、最終段のコンデンサに並列接続されたレーザ放電部
に供給するパルスレーザ用電源装置において、前記最終段のコンデンサからのパルスエネルギーを前記
レーザ放電部に流す最終エネルギー転送閉回路上に直接
接続され、該パルスエネルギーを時間的に伸長するパル
ス伸長手段を具備したことを特徴とするパルスレーザ用
電源装置。
【請求項３】充電用直流電源からの電荷エネルギーを
充電用コンデンサに蓄積し、この充電用コンデンサに蓄
積された電荷エネルギーをスイッチ素子のオンを契機と
して、可飽和リアクトルおよびコンデンサからなる磁気
パルス圧縮回路を介して順次磁気パルス圧縮しつつ転送
し、最終段のコンデンサに並列接続されたレーザ放電部
に供給するパルスレーザ用電源装置において、前記最終段のコンデンサに並列接続され、該最終段のコ
ンデンサから前記レーザ放電部のアノードへの転送方向
を順方向とするダイオードと、前記最終段のコンデンサからのパルスエネルギーを前記
レーザ放電部に流す最終エネルギー転送閉回路上に直列
接続され、該パルスエネルギーを時間的に伸長するパル
ス伸長手段とを具備したことを特徴とするパルスレーザ
用電源装置。
【請求項４】前記ダイオードは、前記レーザ放電部のアノードと前記最終コンデンサと当
該最終コンデンサを含む前段の磁気パルス圧縮回路との
共通接続点から前記最終コンデンサとの間に、当該ダイ
オードの順方向出力端が接続され、前記パルス伸長手段は、前記ダイオードの順方向出力端の接続点と前記最終コン
デンサとの間に直列接続されることを特徴とする請求項
３に記載のパルスレーザ用電源装置。
【請求項５】前記パルス伸長手段は、前記ダイオードの順方向出力端の接続点と前記共通接続
点との間に設けられることを特徴とする請求項４に記載
のパルスレーザ用電源装置。
【請求項６】前記パルス伸長手段に並列接続された充
電用ダイオードをさらに具備し、前記充電用ダイオードは、当該充電用ダイオードの順方
向出力端を前記ダイオードの順方向出力端の接続点に接
続することを特徴とする請求項５に記載のパルスレーザ
用電源装置。
【請求項７】前記パルス伸長手段は、前記レーザ放電部のアノードと前記最終コンデンサと当
該最終コンデンサを含む前段の磁気パルス圧縮回路との
共通接続点と、前記ダイオードの順方向入力端が接続さ
れる点との間であって、前記レーザ放電部が含まれる前
記最終エネルギー転送閉回路上に直列接続されることを
特徴とする請求項３に記載のパルスレーザ用電源装置。
【請求項８】前記パルス伸長手段は、インダクタンス、または並列接続された抵抗とキャパシ
タンスとからなる所定の時定数を有した回路であること
を特徴とする請求項２〜７のうちのいずれか１項に記載
のパルスレーザ用電源装置。