JP2004186310A

JP2004186310A - 気体レーザのコロナ予備電離方法及び装置

Info

Publication number: JP2004186310A
Application number: JP2002349911A
Authority: JP
Inventors: Makoto Okada; 誠岡田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】コロナ放電による紫外光損失を減少させて紫外光を有効活用し、ガス励起量を向上する。
【解決手段】紫外光反射板４０、４２により、予備電離電極１０から発生させたコロナ放電による紫外光１８を主放電空間２４に向けて反射する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体レーザのコロナ予備電離方法及び装置に係り、特に、ＸｅＣｌエキシマレーザ等の稀ガスを用いた気体レーザに用いるのに好適な、主電極の近傍に配設した予備電離電極により発生させたコロナ放電による紫外光を用いて、前置的ガス励起を起こすようにした気体レーザのコロナ予備電離方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気体レーザにおける予備電離方法の１つに、直流あるいは交流高電圧間に比較的薄い誘電体物質を挿入することにより、誘電体表面に電荷が発生し、高電圧下に局所的な放電（コロナ放電）が起こることを利用した、コロナ放電予備電離方法がある。コロナ放電が発生すると、ガスは電離されるので、高温になり紫外線領域の光を放出する。気体レーザでは、このコロナ放電による紫外光を用いて、前置的ガス励起を起こしている。
【０００３】
従来は、特許文献１や特許文献２に記載されているように、図１に示すような、例えば鋼線やニッケル線からなる電極線１２の周りに空間１４を介して中空の誘電体パイプ１６を被せた予備電離電極（コロナバーとも称する）１０を、図２に示す如く、高電圧側主電極２０及びグランド側主電極２２の近傍にそれぞれ配置して、主電極２０、２２と予備電離電極１０の間でコロナ放電を発生させ、紫外光１８を発生させていた。図において、矢印Ａはレーザ媒質のガス流、２４は、主放電が起こる位置（主放電空間と称する）、２６、２８は、主電極２０、２２の固定部品である。ここで、高電圧側主電極２０近傍の予備電離電極はグランド電位、グランド側主電極２２近傍の予備電離電極は高電位とされる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０４８６３号公報
【特許文献２】
特開２００１−４４５４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コロナ放電による紫外光１８は、主電極２０、２２の近傍で発生させるが、全方向に放射するので、主放電空間２４のガス励起に関係する光量は少なく、紫外光のロスを生じるという問題点を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、コロナ放電による紫外光のロスを減少して、ガス励起量を向上することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主電極の近傍に配設した予備電離電極により発生させたコロナ放電による紫外光を用いて、前置的ガス励起を起こすようにした気体レーザのコロナ予備電離方法において、紫外光反射ミラーにより、前記紫外光を主放電空間に向けて反射するようにして、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本発明は、又、主電極の近傍に配設した予備電離電極により発生させたコロナ放電による紫外光を用いて、前置的ガス励起を起こすようにした気体レーザのコロナ予備電離装置において、前記紫外光を主放電空間に向けて反射するための紫外光反射ミラーを設けることにより、同じく前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、前記紫外光反射ミラーが、放物面状の反射面を有するようにして、紫外光反射ミラーで反射された紫外光が効率良く主放電空間に集まるようにしたものである。
【００１０】
又、前記紫外光反射ミラーの先端を外側に曲げたり、あるいは、紫外光反射ミラーのレーザ媒質ガス流入側先端を内側に曲げることにより、該紫外光反射ミラーがレーザのガス媒質流れを妨げないようにしたものである。
【００１１】
又、前記紫外光反射ミラーを導体製として、該紫外光反射ミラーと前記予備電離電極の間でコロナ放電が発生するようにしたものである。
【００１２】
あるいは、前記紫外光反射ミラーを絶縁体製として、前記予備電離電極との間でコロナ放電を発生させるため電極線を別に設けたものである。
【００１３】
更に、前記絶縁体製紫外光反射ミラーの電極線近傍を金属でめっきして、反射効率を高めたものである。
【００１４】
又、前記予備電離電極を複数設けて、紫外光光量を増やしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の第１実施形態は、図２に示した従来例と同様の１組の主電極２０、２２の両側に、図３に示す如く、それぞれ同型のコロナバー１０を２組ずつ設置し、主電極２０、２２とその固定部品２６、２８の間に、表面が曲面ミラー状に精度よく削られた、主電極２０、２２に対して放物面状の導体製紫外光反射板４０を挟み込み、コロナバー１０の表面で発生する紫外光１８を主放電極空間２４に集光させるようにしたものである。
【００１７】
前記紫外光反射板４０の先端部４０Ａは、図示しないブロワによって送り込まれてくるレーザ媒質ガスの流れを妨げないように、外側に曲げられている。
【００１８】
この紫外光反射板４０の反射面によって、従来コロナ予備電離時にガス励起に寄与しなかった紫外光を効率よく主放電空間２４に集光でき、予備電離効率を高めることが可能になる。
【００１９】
ここで、コロナバー１０は、主電極２０、２２と高電圧差を持たせないとコロナ放電が発生しないので、主電極がグランド側である場合には高電圧を印加し、逆に主電極が高電圧側である場合にはグランド電位として、常に高電位差が生じるようにする。
【００２０】
該コロナバー１０に使用する誘電体パイプ１６の材料は、ＳｉＯ２等のような絶縁耐圧が高く、且つ、誘電率の高いものが効果的である。
【００２１】
従来、コロナ放電はコロナバー１０と主電極２０又は２２間で発生させるものが多いが、本実施形態の場合、紫外光反射板４０が導体製とされ、該紫外光反射板４０と主電極２０又は２２が同電位であるため、該紫外光反射板４０とコロナバー１０間でコロナ放電を発生させることも可能である。従って、従来のように必ずしも主電極２０又は２２の近くにコロナバー１０を固定する必要がなく、空間的自由度が従来よりも向上するため、本実施形態のように、一部のコロナバーを主電極から離し、複数本のコロナバーを取付けて紫外光の発生量を更に増やすことが可能となる。なお、コロナバーの数は片側２本に限定されず、１本又は３本以上であっても良い。
【００２２】
前記紫外光反射板４０の反射面の形状は、できるだけ主放電空間２４に紫外光を集光できるよう、放物面状とするのが好適であるが、断面を直線状又は折れ線状として、加工を容易とすることも可能である。
【００２３】
次に、紫外光反射ミラーを絶縁体で構成した本発明の第２実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
本実施形態は、図４に示す如く、紫外光反射ミラーをセラミックやガラス（ＳｉＯ２）等の絶縁体製の紫外光反射板（絶縁反射板とも称する）４２とし、該紫外光反射板４２のコロナバー１０近傍に、電位差を生じさせるための、放電によって融解しない金属製の電極線４４を配設すると共に、該絶縁反射板４２のコロナ放電が起こる領域を金属膜４６でコーティングして反射効率を高めたものである。
【００２５】
前記絶縁反射板４２は、紫外光１８を主放電空間２４に効率良く集光させる役割と、レーザ媒質ガスを円滑に主放電電極間の主放電空間２４に誘導させるガイドの役割を果たす。これによって、電極周辺で起こる恐れがあるレーザ媒質ガスの乱流をある程度抑制し、主放電をより安定にする効果をもたらす。
【００２６】
第１実施形態のように紫外光反射ミラーを導電体製とした場合には、ミラー間や他のレーザ機内部品との間でアーク放電を起こさないような寸法と構造にする必要があるが、本実施形態によれば、他のレーザ機内部品等の配置が容易である。
【００２７】
第２実施形態における全体配置の一例を図５に示す。図において、５０はレーザ媒質ガスを主電極２０、２２間に送り込むためのブロワ、５２は、そのケーシングである。
【００２８】
本実施形態においては、第１実施形態と同様に紫外光反射板４２の先端を外側に曲げているので、レーザ媒質ガスの圧力損失を少なくすることができる。
【００２９】
なお、図６に示す変形例のように、紫外光反射板４２のレーザ媒質ガス流入側先端４２Ｂを内側に曲げたり、あるいは、図７に示す他の変形例のように、ブロワのケーシング５２に完全に合わせた形状としてもよい。
【００３０】
又、絶縁反射板のみで必要な反射光量が得られる場合には、金属膜４６によるコーティングを省略することもできる。
【００３１】
なお、本発明は、レーザアニール等の高出力エキシマ光源に用いるのに好適であるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。紫外光反射ミラーの形状も板状に限定されず、例えばブロックの一面を反射面としたものでも良い。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、紫外光を有効活用して、前置的ガス励起率を効率的に向上させ、レーザ出力やその安定性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な予備電離電極（コロナバー）の構成を示す断面図
【図２】従来のコロナ放電予備電離構造の一例を示す断面図
【図３】本発明の第１実施形態の構成を示す断面図
【図４】本発明の第２実施形態におけるコロナバー近傍の構成を示す断面図
【図５】第２実施形態の全体構成を示す断面図
【図６】第２実施形態の変形例の全体構成を示す断面図
【図７】第２実施形態の他の変形例の全体構成を示す断面図
【符号の説明】
１０…予備電離電極（コロナバー）
１８…紫外光
２０、２２…主電極
２４…主放電空間
３０…ガス流
４０…紫外光反射板
４２…紫外光絶縁反射板
４４…電極線
４６…金属膜
５０…ブロワ
５２…ケーシング

Claims

主電極の近傍に配設した予備電離電極により発生させたコロナ放電による紫外光を用いて、前置的ガス励起を起こすようにした気体レーザのコロナ予備電離方法において、
紫外光反射ミラーにより、前記紫外光を主放電空間に向けて反射することを特徴とする気体レーザのコロナ予備電離方法。
主電極の近傍に配設した予備電離電極により発生させたコロナ放電による紫外光を用いて、前置的ガス励起を起こすようにした気体レーザのコロナ予備電離装置において、
前記紫外光を主放電空間に向けて反射するための紫外光反射ミラーを設けたことを特徴とする気体レーザのコロナ予備電離装置。
前記紫外光反射ミラーが、放物面状の反射面を有することを特徴とする請求項２に記載の気体レーザのコロナ予備電離装置。
前記紫外光反射ミラーが、レーザ媒質ガスの流れを妨げないようにされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の気体レーザのコロナ予備電離装置。
前記紫外光反射ミラーの先端が、外側に曲げられていることを特徴とする請求項４に記載の気体レーザのコロナ予備電離装置。
前記紫外光反射ミラーのレーザ媒質ガス流入側先端が、内側に曲げられていることを特徴とする請求項４に記載の気体レーザのコロナ予備電離装置。
前記紫外光反射ミラーが導体製とされ、該紫外光反射ミラーと前記予備電離電極の間でコロナ放電が発生するようにされていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の気体レーザのコロナ予備電離装置。
前記紫外光反射ミラーが絶縁体製とされ、前記予備電離電極との間でコロナ放電を発生させるため電極線が別に設けられていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の気体レーザのコロナ予備電離装置。
前記絶縁体製紫外光反射ミラーの電極線近傍が金属でめっきされていることを特徴とする請求項８に記載の気体レーザのコロナ予備電離装置。
前記予備電離電極が複数設けられていることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の気体レーザのコロナ予備電離装置。