JP2008192974A - Discharge circuit of discharge-excited gas laser - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the high repeated operation of a magnetic pulse compressor by suppressing the excess heating of a core of a saturable reactor to be generated accompanied by an increase of a repeated frequency. <P>SOLUTION: A final magnetic switch 2 of a magnetic pulse compression circuit 10 is provided with a parallel circuit where two serial circuits configured by serially connecting a saturable reactor (reactor for compression) 21-n for magnetic compression and a saturable reactor (reactor for switching) 22-n for circuit switching are connected in parallel. A switching control part 3 controls switching so that magnetic reset quantities of the reactors 22-1 and 22-2 for switching can be turned to zero or maximum, that is, the rectors 22-1 and 22-2 for switching can be alternately turned on/off at each pulse oscillation. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数段のコンデンサ及び磁気スイッチを用いてエネルギーの磁気パルス圧縮動作を行って主放電電極間で主放電を発生させる放電励起ガスレーザの放電回路に関し、特に高繰り返し周波数に伴う可飽和リアクトルの劣化を抑制するものである。   The present invention relates to a discharge circuit of a discharge excited gas laser that generates a main discharge between main discharge electrodes by performing a magnetic pulse compression operation of energy using a multi-stage capacitor and a magnetic switch, and more particularly, a saturable reactor with a high repetition frequency. It is intended to suppress the deterioration.

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長248nmのKrFエキシマレーザ装置が用いられている。さらに、次世代の半導体露光用光源として、波長193nmのArFエキシマレーザ装置及び波長157nmのフッ素(F2 )レーザ装置等の紫外線を放出するガスレーザ装置が有力である。   With the miniaturization and high integration of semiconductor integrated circuits, improvement in resolving power is demanded in the projection exposure apparatus for production. For this reason, the wavelength of the exposure light emitted from the exposure light source is being shortened, and a KrF excimer laser device having a wavelength of 248 nm from a conventional mercury lamp is used as a light source for semiconductor exposure. Further, as a next-generation light source for semiconductor exposure, gas laser devices that emit ultraviolet rays, such as an ArF excimer laser device having a wavelength of 193 nm and a fluorine (F2) laser device having a wavelength of 157 nm, are promising.

KrFエキシマレーザ装置においては、レーザチャンバの内部にレーザガスすなわちフッ素(F2 )ガス、クリプトン(Kr)ガス及びバッファガスとしてのネオン(Ne)等の希ガスからなる混合ガスが数百KPaで封入されており、このレーザチャンバの内部で放電を発生させることによってレーザ媒質であるレーザガスが励起される。   In the KrF excimer laser apparatus, a laser gas, that is, a mixed gas composed of a rare gas such as fluorine (F2) gas, krypton (Kr) gas, and neon (Ne) as a buffer gas is sealed in the laser chamber at several hundred KPa. A laser gas as a laser medium is excited by generating a discharge inside the laser chamber.

ArFエキシマレーザ装置においては、レーザチャンバの内部にレーザガスすなわちフッ素(F2 )ガス、アルゴン(Ar )ガス及びバッファガスとしてのネオン(Ne)等の希ガスからなる混合ガスが数百KPaで封入されており、このレーザチャンバの内部で放電を発生させることによってレーザ媒質であるレーザガスが励起される。   In the ArF excimer laser device, a laser gas, that is, a mixed gas composed of a rare gas such as fluorine (F2) gas, argon (Ar) gas, and neon (Ne) as a buffer gas is sealed in the laser chamber at several hundred KPa. A laser gas as a laser medium is excited by generating a discharge inside the laser chamber.

フッ素(F2 )レーザ装置においては、レーザチャンバの内部にレーザガスすなわちフッ素(F2 )ガス及びバッファガスとしてヘリウム(He )等の希ガスからなる混合ガスが数百KPaで封入されており、このレーザチャンバの内部で放電を発生させることによってレーザ媒質であるレーザガスが励起される。   In the fluorine (F2) laser apparatus, a laser gas, that is, a mixed gas comprising fluorine (F2) gas and a rare gas such as helium (He) as a buffer gas is sealed in the laser chamber at several hundred KPa. A laser gas as a laser medium is excited by generating a discharge inside the laser.

レーザチャンバ内部には、レーザガスを励起するための一対の主放電電極が、レーザ発振方向に垂直な方向に所定の距離だけ離間して対向配置されている。この一対の主放電電極には高電圧パルスが印加され、主放電電極間にかかる電圧がある値(ブレークダウン電圧)に到達すると、主放電電極間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起される。このような露光用ガスレーザ装置は主放電の繰り返しによるパルス発振を行い、放出するレーザ光はパルス光となる。近年の露光に用いられているレーザ装置のレーザパルスの繰り返し周波数は4KHz程度であるが、スループットの増大、露光量のバラツキの減少のため、繰り返し周波数6KHz以上が要請されており、さらに繰り返し周波数8KHz以上のレーザ装置が研究開発されている。   Inside the laser chamber, a pair of main discharge electrodes for exciting the laser gas are disposed facing each other at a predetermined distance in a direction perpendicular to the laser oscillation direction. A high voltage pulse is applied to the pair of main discharge electrodes, and when the voltage applied between the main discharge electrodes reaches a certain value (breakdown voltage), the laser gas between the main discharge electrodes breaks down and main discharge starts. The laser medium is excited by this main discharge. Such an exposure gas laser apparatus performs pulse oscillation by repeating main discharge, and the emitted laser light becomes pulse light. The laser pulse repetition frequency of laser devices used in recent exposure is about 4 KHz, but a repetition frequency of 6 KHz or more is required for an increase in throughput and a decrease in exposure variation, and a repetition frequency of 8 KHz. The above laser apparatus has been researched and developed.

図5はレーザチャンバ内の主放電電極間で放電を発生させる装置(以下では放電回路という)の一例を示す。   FIG. 5 shows an example of an apparatus (hereinafter referred to as a discharge circuit) for generating a discharge between main discharge electrodes in a laser chamber.

図5の放電回路は、高電圧電源HVと、高電圧電源HVによって充電される主コンデンサC0と、固体スイッチSWがオンされるに応じて主コンデンサC0の電圧が印加される磁気アシストSR1と、転送コンデンサC1、C2および磁気スイッチSR2、SR3をそれぞれk(kは2以上の整数)個有するk段の磁気パルス圧縮回路10と、磁気パルス圧縮回路10の2段目の磁気スイッチSR3を介して2段目の転送コンデンサC2に並列に接続されるピーキングコンデンサCpと、ピーキングコンデンサCpに並列に接続される一対の主放電電極E、Eと、を備える。   The discharge circuit of FIG. 5 includes a high voltage power supply HV, a main capacitor C0 charged by the high voltage power supply HV, a magnetic assist SR1 to which the voltage of the main capacitor C0 is applied when the solid switch SW is turned on, Via a k-stage magnetic pulse compression circuit 10 having k transfer capacitors C1 and C2 and magnetic switches SR2 and SR3 (k is an integer of 2 or more) and a second-stage magnetic switch SR3 of the magnetic pulse compression circuit 10, respectively. A peaking capacitor Cp connected in parallel to the second-stage transfer capacitor C2 and a pair of main discharge electrodes E and E connected in parallel to the peaking capacitor Cp are provided.

図5に示す放電回路は2段(k=2)の磁気パルス圧縮回路10を有する。磁気パルス圧縮回路10は、2段目の転送コンデンサC2が1段目の磁気スイッチSR2を介して1段目の転送コンデンサC1に並列に接続されており、磁気アシストSR1の磁気飽和に応じて主コンデンサC0から1段目の転送コンデンサC1に電荷が転送され、1段目の磁気スイッチ部SR2の磁気飽和に応じて1段目の転送コンデンサC1から2段目の転送コンデンサC2に順次電荷が転送される。   The discharge circuit shown in FIG. 5 has a two-stage (k = 2) magnetic pulse compression circuit 10. In the magnetic pulse compression circuit 10, the second-stage transfer capacitor C2 is connected in parallel to the first-stage transfer capacitor C1 via the first-stage magnetic switch SR2, and the main pulse according to the magnetic saturation of the magnetic assist SR1. Charge is transferred from the capacitor C0 to the first-stage transfer capacitor C1, and the charge is sequentially transferred from the first-stage transfer capacitor C1 to the second-stage transfer capacitor C2 in accordance with the magnetic saturation of the first-stage magnetic switch SR2. Is done.

図5示す放電回路では、磁気アシストSR1と固体スイッチSWとの間に昇圧用トランスTrの一時巻線Tr1が接続されており、主コンデンサC0と磁気アシストSR1と一次巻線Tr1と固体スイッチSWのループが形成されている。また昇圧用トランスTrの二次巻線Tr2に磁気パルス圧縮回路の1段目の転送コンデンサC1が接続されており、二次巻線TC2と転送コンデンサC1のループが形成されている。   In the discharge circuit shown in FIG. 5, a temporary winding Tr1 of a step-up transformer Tr is connected between the magnetic assist SR1 and the solid switch SW, and the main capacitor C0, the magnetic assist SR1, the primary winding Tr1, and the solid switch SW are connected. A loop is formed. Further, the first stage transfer capacitor C1 of the magnetic pulse compression circuit is connected to the secondary winding Tr2 of the step-up transformer Tr, and a loop of the secondary winding TC2 and the transfer capacitor C1 is formed.

図5に示す放電回路の動作を図6を参照して説明する。
先ず固体スイッチSWがOFFにされ、電圧値Vinに調整された高電圧電源HVによって主コンデンサC0が充電される。このときの主コンデンサの充電電圧は正であるとする。固体スイッチSWがOFFからONに切り替えられると、主コンデンサC0の充電電圧Vc1は磁気アシストSR1に印加される。主コンデンサC0の充電電圧Vc0の時間積分値が磁気アシストSR1の特性で決まる限界値に達すると、磁気アシストSR1が飽和して磁気アシストSR1のインダクタンスが低下する。このタイミングを図5の時刻t1で示す。すると、主コンデンサC0、磁気アシストSR1、昇圧用トランスTr1の1次巻線Tr1、固体スイッチSWのループに電流が流れる。同時に、昇圧用トランスTrの2次巻線Tr2、1段目の転送コンデンサC1のループにも電流が流れ、主コンデンサC0に蓄えられていた電荷が1段目の転送コンデンサC1に転送されて、1段目の転送コンデンサC1が負側に充電される。
The operation of the discharge circuit shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG.
First, the solid switch SW is turned off, and the main capacitor C0 is charged by the high voltage power supply HV adjusted to the voltage value Vin. The charging voltage of the main capacitor at this time is assumed to be positive. When the solid switch SW is switched from OFF to ON, the charging voltage Vc1 of the main capacitor C0 is applied to the magnetic assist SR1. When the time integral value of the charging voltage Vc0 of the main capacitor C0 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic assist SR1, the magnetic assist SR1 is saturated and the inductance of the magnetic assist SR1 is reduced. This timing is indicated by time t1 in FIG. Then, a current flows through the loop of the main capacitor C0, the magnetic assist SR1, the primary winding Tr1 of the step-up transformer Tr1, and the solid switch SW. At the same time, a current also flows through the loop of the secondary winding Tr2 of the step-up transformer Tr1 and the first-stage transfer capacitor C1, and the electric charge stored in the main capacitor C0 is transferred to the first-stage transfer capacitor C1, The first-stage transfer capacitor C1 is charged to the negative side.

1段目の転送コンデンサC1の充電電圧Vc1の時間積分値が磁気スイッチSR2の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR2が飽和して磁気スイッチSR2のインダクタンスが低下する。このタイミングを図5の時刻t2で示す。すると、1段目の転送コンデンサC1、2段目の転送コンデンサC2、磁気スイッチSR2のループに電流が流れ、1段目の転送コンデンサC1に蓄えられていた電荷が2段目の転送コンデンサC2に転送されて、2段目の転送コンデンサC2が負側に充電される。   When the time integration value of the charging voltage Vc1 of the first-stage transfer capacitor C1 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR2, the magnetic switch SR2 is saturated and the inductance of the magnetic switch SR2 decreases. This timing is indicated by time t2 in FIG. Then, a current flows through the loop of the first-stage transfer capacitor C1, the second-stage transfer capacitor C2, and the magnetic switch SR2, and the charge stored in the first-stage transfer capacitor C1 is transferred to the second-stage transfer capacitor C2. The second transfer capacitor C2 is charged to the negative side.

さらに、2段目の転送コンデンサC2の充電電圧Vc2の時間積分値が磁気スイッチSR3の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチSR3が飽和して磁気スイッチSR3のインダクタンスが急激に低下する。このタイミングを図5の時刻t3で示す。すると、2段目の転送コンデンサC2、ピーキングコンデンサCp、磁気スイッチSR3のループに電流が流れ、2段目の転送コンデンサC2に蓄えられていた電荷がピーキングコンデンサCpに転送されて、転送コンデンサCpが負側に充電される。   Further, when the time integration value of the charging voltage Vc2 of the second-stage transfer capacitor C2 reaches a limit value determined by the characteristics of the magnetic switch SR3, the magnetic switch SR3 is saturated and the inductance of the magnetic switch SR3 is rapidly reduced. This timing is indicated by time t3 in FIG. Then, a current flows through the loop of the second-stage transfer capacitor C2, peaking capacitor Cp, and magnetic switch SR3, and the charge stored in the second-stage transfer capacitor C2 is transferred to the peaking capacitor Cp. Charged to the negative side.

ピーキングコンデンサCpの電圧Vcpがある値(ブレークダウン電圧)Vbに達すると、主放電電極E、E間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始される。この主放電によってレーザ媒質が励起され、光が発生する。   When the voltage Vcp of the peaking capacitor Cp reaches a certain value (breakdown voltage) Vb, the laser gas between the main discharge electrodes E and E breaks down and main discharge is started. This main discharge excites the laser medium to generate light.

なお、主放電電極E、Eで大きな放電を発生させるために、1段目の転送コンデンサC1から2段目の転送コンデンサC2への電荷転送、及び2段目の転送コンデンサC2からピーキングコンデンサCpへの電荷転送の際に、電流パルスのパルス幅を順次狭くする所謂磁気パルス圧縮動作が行われるように、磁気パルス圧縮回路(C1、SR1、C2、SR2)の各素子が設計されている。   In order to generate a large discharge at the main discharge electrodes E, E, charge transfer from the first-stage transfer capacitor C1 to the second-stage transfer capacitor C2, and from the second-stage transfer capacitor C2 to the peaking capacitor Cp. Each element of the magnetic pulse compression circuit (C1, SR1, C2, SR2) is designed so that a so-called magnetic pulse compression operation for sequentially reducing the pulse width of the current pulse is performed during the charge transfer.

ところで各磁気スイッチSR1〜SR3には可飽和リアクトルが使用されている。可飽和リアクトルSR1〜SR3は磁化曲線が変化する際に発熱するため、冷却を目的として冷媒に浸漬されている。しかしレーザパルスの繰り返し周波数の増加に伴い、磁気パルス圧縮回路10の最終段に配置された可飽和リアクトルSR3のコアの発熱量が大きくなり、発熱量が定格値を超える場合がある。こうした可飽和リアクトルは劣化が激しくなるため、解決すべき課題であった。単位時間あたりのパルス数の増加に従い単位時間あたり発熱量も増加するため、可飽和リアクトルのコアの温度上昇は大きくなる。   By the way, a saturable reactor is used for each of the magnetic switches SR1 to SR3. Since the saturable reactors SR1 to SR3 generate heat when the magnetization curve changes, they are immersed in a refrigerant for the purpose of cooling. However, as the repetition frequency of the laser pulse increases, the amount of heat generated by the core of the saturable reactor SR3 arranged at the final stage of the magnetic pulse compression circuit 10 increases, and the amount of generated heat may exceed the rated value. Such saturable reactors have been a problem to be solved because of their severe deterioration. As the number of pulses per unit time increases, the amount of heat generated per unit time also increases, so the temperature rise of the core of the saturable reactor increases.

一般に可飽和リアクトルSR1〜SR3のコアは円筒状の芯材に薄帯状の磁性体合金が複数巻回されてなり、薄帯状の磁性体合金の表面及び裏面には薄膜状の絶縁物(例えばシリカ薄膜など)が形成されている。こうしたコアが定格値以上に発熱すると、磁性体合金とシリカ薄膜との熱膨張係数の違いから、シリカ薄膜にクラックが生じる。するとそのクラック部分で漏れ電流が多くなり、更に発熱量が多くなる。最悪の場合は回路素子として特性を失うことになる。   In general, the cores of the saturable reactors SR1 to SR3 are formed by winding a plurality of ribbon-shaped magnetic alloys around a cylindrical core material, and a thin-film insulator (eg, silica) is formed on the front and back surfaces of the ribbon-shaped magnetic alloy. A thin film or the like) is formed. When such a core generates heat above the rated value, a crack occurs in the silica thin film due to the difference in thermal expansion coefficient between the magnetic material alloy and the silica thin film. Then, the leakage current increases at the cracked portion, and the amount of heat generation further increases. In the worst case, the characteristics of the circuit element are lost.

特許文献1にはこうした問題を解消する技術として、従来のコアを輪切りにしたような複数の平板部が所定間隔をもって複数積層されてなるコアを開示している。引用文献1に係る発明によれば、単位体積あたりのコアの表面積が増え、コアと冷媒との接触面積を大きくすることができ、効率的にコアの冷却を行うことが可能となる。
特開2003−115414号公報
As a technique for solving such a problem, Patent Document 1 discloses a core in which a plurality of flat plate portions, each of which is a conventional core cut into a ring shape, are stacked at a predetermined interval. According to the invention according to the cited document 1, the surface area of the core per unit volume is increased, the contact area between the core and the refrigerant can be increased, and the core can be efficiently cooled.
JP 2003-115414 A

しかしながら、近年の繰り返し周波数の更なる増加に伴い、従来のコアの冷却技術ではコアの発熱を許容値以下に抑えられなくなることが予想される。すると可飽和リアクトルの破損が生ずる。また可飽和リアクトルの寿命が短くなり、可飽和リアクトルの交換回数が増加するため、コスト上昇を招く。また可飽和リアクトルの交換サイクルが短くなり、メンテナンス回数が増加するため、作業工数が増加する場合もある。   However, with the further increase in the repetition frequency in recent years, it is expected that the conventional core cooling technology cannot suppress the heat generation of the core below an allowable value. Then, the saturable reactor is damaged. In addition, the life of the saturable reactor is shortened, and the number of replacements of the saturable reactor is increased, resulting in an increase in cost. In addition, since the replacement cycle of the saturable reactor is shortened and the number of maintenance is increased, the work man-hour may be increased.

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、繰り返し周波数の増加に伴い発生する可飽和リアクトルのコアの過度の発熱を抑制し、磁気パルス圧縮器の高繰り返し運転を可能にすることを目的とするものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to suppress excessive heat generation of the core of the saturable reactor that occurs with an increase in the repetition frequency, and to enable a high repetition operation of the magnetic pulse compressor. It is what.

上記目的を達成するために、第1発明は、
高電圧電源(HV)と、
前記高電圧電源(HV)によって充電される主コンデンサ(C0)と、
固体スイッチ(SW)がオンされるに応じて前記主コンデンサ(C0)の電圧が印加される磁気アシスト(SR1)と、
転送コンデンサ(C1,…,Cn)および磁気スイッチ部(1,…,n)をそれぞれk(kは2以上の整数)個有し、n(n=1〜k)段目の転送コンデンサ(Cn)がn−1段目の磁気スイッチ部(n-1)を介してn−1段目の転送コンデンサ(Cn-1)に並列に接続されており、前記磁気アシスト(SR1)の磁気飽和に応じて前記主コンデンサ(C0)から1段目の転送コンデンサ(C1)に電荷が転送され、n−1段目の磁気スイッチ部(n-1)の磁気飽和に応じてn−1段目の転送コンデンサ(Cn-1)からn段目の転送コンデンサ(Cn)に順次電荷が転送される磁気パルス圧縮回路(10)と、
前記磁気パルス圧縮回路(10)のk段目の磁気スイッチ部(k)を介してk段目の転送コンデンサ(Ck)に並列に接続されるピーキングコンデンサ(Cp)と、
前記ピーキングコンデンサ(Cp)に並列に接続される一対の主放電電極(E,E)と、
を備えた放電励起ガスレーザの放電回路において、
磁気圧縮用の可飽和リアクトル(21-1,…,21-n)と回路切替用の可飽和リアクトル(22-1,…,22-n)との直列回路を複数有し、当該複数の直列回路が互いに並列に接続された並列回路を前記k段目の磁気スイッチ部(k)に備え、
パルス発振毎に前記回路切替用の可飽和リアクトル(22-1,…,22-n)の磁気リセット量を変化させて、当該回路切替用の可飽和リアクトル(22-1,…,22-n)のうち一以上の可飽和リアクトルの磁気リセット量をゼロにしてオンにすると共に残りの回路切替用の可飽和リアクトルの磁気リセット量を最大にしてオフにすること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, the first invention provides:
High voltage power supply (HV)
A main capacitor (C0) charged by the high voltage power supply (HV);
Magnetic assist (SR1) to which the voltage of the main capacitor (C0) is applied as the solid switch (SW) is turned on,
Each of the transfer capacitors (C1,..., Cn) and the magnetic switch portions (1,..., N) has k (k is an integer of 2 or more), and the transfer capacitors (Cn) in the n (n = 1 to k) stage. ) Is connected in parallel to the n-1 stage transfer capacitor (Cn-1) via the n-1 stage magnetic switch unit (n-1), and the magnetic saturation of the magnetic assist (SR1) is controlled. Accordingly, the charge is transferred from the main capacitor (C0) to the transfer capacitor (C1) at the first stage, and the n-1 stage at the n-1 stage according to the magnetic saturation of the magnetic switch unit (n-1). A magnetic pulse compression circuit (10) in which charges are sequentially transferred from the transfer capacitor (Cn-1) to the n-th transfer capacitor (Cn);
A peaking capacitor (Cp) connected in parallel to the k-th transfer capacitor (Ck) via the k-th magnetic switch section (k) of the magnetic pulse compression circuit (10);
A pair of main discharge electrodes (E, E) connected in parallel to the peaking capacitor (Cp);
In a discharge circuit of a discharge excitation gas laser comprising:
There are a plurality of series circuits of saturable reactors (21-1,..., 21-n) for magnetic compression and saturable reactors (22-1,..., 22-n) for circuit switching. The k-th magnetic switch unit (k) includes a parallel circuit in which circuits are connected in parallel to each other,
The magnetic reset amount of the saturable reactor (22-1,..., 22-n) for switching the circuit is changed for each pulse oscillation, and the saturable reactor (22-1,..., 22-n) for switching the circuit is changed. ), The magnetic reset amount of one or more saturable reactors is set to zero and turned on, and the magnetic reset amount of the remaining saturable reactor for circuit switching is maximized and turned off.

第1発明を図1を参照して説明する。   The first invention will be described with reference to FIG.

磁気パルス圧縮回路10の最終段の磁気スイッチ部2は、磁気圧縮用可飽和リアクトル(圧縮用リアクトル)21-1、21-2と回路切替用可飽和リアクトル(切替用リアクトル)22-1、22-2とが直列接続された2つの直列回路が互いに並列に接続されている並列回路を備える。切替制御部3は、パルス発振毎に切替用リアクトル22-1、22-2の磁気リセット量が交互にゼロおよび最大になるように、すなわち切替用リアクトル22-1、22-2が交互にオン・オフするように切替制御する。   The magnetic switch unit 2 at the final stage of the magnetic pulse compression circuit 10 includes a magnetic compression saturable reactor (compression reactor) 21-1, 21-2 and a circuit switching saturable reactor (switching reactor) 22-1, 22. -2 includes a parallel circuit in which two series circuits connected in series are connected in parallel. The switching control unit 3 turns on the switching reactors 22-1 and 22-2 alternately so that the magnetic reset amount of the switching reactors 22-1 and 22-2 alternately becomes zero and maximum every pulse oscillation.・ Switch control to turn off.

例えば、2m(mは1以上の整数)回目のパルス発振の際には、磁気パルス圧縮回路10の前段から供給される電流は、圧縮用リアクトル21-1と切替用リアクトル22-1の直列回路を流れ、圧縮用リアクトル21-2と切替用リアクトル22-2の直列回路には流れない。また(2m−1)回目のパルス発振の際には、磁気パルス圧縮回路10の前段から供給される電流は、圧縮用リアクトル21-2と切替用リアクトル22-2の直列回路を流れ、圧縮用リアクトル21-1と切替用リアクトル22-1の直列回路には流れない。   For example, at the time of pulse oscillation of 2m (m is an integer of 1 or more), the current supplied from the previous stage of the magnetic pulse compression circuit 10 is a series circuit of a compression reactor 21-1 and a switching reactor 22-1. And does not flow in the series circuit of the compression reactor 21-2 and the switching reactor 22-2. In the (2m-1) th pulse oscillation, the current supplied from the preceding stage of the magnetic pulse compression circuit 10 flows through the series circuit of the compression reactor 21-2 and the switching reactor 22-2, and is used for compression. It does not flow in the series circuit of the reactor 21-1 and the switching reactor 22-1.

また第2発明は、第1発明において、
磁気圧縮用の可飽和リアクトル(11-1,…,11-n)と回路切替用の可飽和リアクトル(12-1,…,12-n)との直列回路を複数有し、当該複数の直列回路が互いに並列に接続された並列回路を前記k段目より前段の磁気スイッチ部(1)に備え、
パルス発振毎に前記回路切替用の可飽和リアクトル(12-1,…,12-n)の磁気リセット量を変化させて、当該回路切替用の可飽和リアクトル(12-1,…,12-n)のうち一以上の可飽和リアクトルの磁気リセット量をゼロにしてオンにすると共に残りの回路切替用の可飽和リアクトルの磁気リセット量を最大にしてオフにすること
を特徴とする。
The second invention is the first invention,
A plurality of series circuits of saturable reactors for magnetic compression (11-1,..., 11-n) and saturable reactors for circuit switching (12-1,..., 12-n) are provided. A parallel circuit in which circuits are connected in parallel to each other is provided in the magnetic switch unit (1) before the k-th stage,
The magnetic reset amount of the saturable reactor for switching the circuit (12-1,..., 12-n) is changed for each pulse oscillation, so that the saturable reactor for switching the circuit (12-1,..., 12-n) is changed. ), The magnetic reset amount of one or more saturable reactors is set to zero and turned on, and the magnetic reset amount of the remaining saturable reactor for circuit switching is maximized and turned off.

第2発明は第1発明に加えて、磁気パルス圧縮回路の最終段以外の磁気スイッチ部に圧縮用リアクトル21-nと切替用リアクトル22-nの直列回路を複数並列に設けるものである。   In the second invention, in addition to the first invention, a plurality of series circuits of a compression reactor 21-n and a switching reactor 22-n are provided in parallel in a magnetic switch unit other than the final stage of the magnetic pulse compression circuit.

本発明によれば、磁気スイッチとして使用される複数の可飽和リアクトルが互いに並列に接続され、パルス毎に使用する可飽和リアクトルが切り替えられる。こうした構成によると1パルス当たりの可飽和リアクトルで発生する熱量が低下する。また可飽和リアクトルのオフ間隔を長くすることができるため、可飽和リアクトルの冷却時間を十分に確保することができる。したがって可飽和リアクトルの過度の発熱を抑制することができ、磁気パルス圧縮器の高繰り返し運転を可能にする。   According to the present invention, a plurality of saturable reactors used as magnetic switches are connected in parallel to each other, and the saturable reactor used for each pulse is switched. With such a configuration, the amount of heat generated in the saturable reactor per pulse is reduced. In addition, since the off interval of the saturable reactor can be increased, a sufficient cooling time for the saturable reactor can be ensured. Therefore, excessive heat generation of the saturable reactor can be suppressed, and high repetition operation of the magnetic pulse compressor is enabled.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は第1の実施形態の放電回路を示す。図1に示す放電回路と図5に示す従来の放電回路との相違点は磁気パルス圧縮回路の最終段に設けられた磁気スイッチの構成にある。図1に示す放電回路は図5に示す従来の放電回路と同様に2段の磁気パルス圧縮を行う回路である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a discharge circuit of the first embodiment. The difference between the discharge circuit shown in FIG. 1 and the conventional discharge circuit shown in FIG. 5 is the configuration of the magnetic switch provided at the final stage of the magnetic pulse compression circuit. The discharge circuit shown in FIG. 1 is a circuit that performs two-stage magnetic pulse compression similarly to the conventional discharge circuit shown in FIG.

直流の高電圧電源HVの両端には主コンデンサC0の両端がそれぞれ接続される。また主コンデンサC0の一端には磁気スイッチSR1の一端が接続され、磁気アシストSR1の他端には昇圧用トランスTrの一次巻線Tr1の一端が接続され、一次巻線Tr1の他端には固体スイッチSWの一端が接続され、固体スイッチSWの他端には主コンデンサC0の他端が接続されている。主コンデンサC0と磁気アシストSR1と一次巻線Tr1と固体スイッチSWはループを形成する。   Both ends of the main capacitor C0 are connected to both ends of the DC high voltage power supply HV. One end of the magnetic switch SR1 is connected to one end of the main capacitor C0, one end of the primary winding Tr1 of the boosting transformer Tr is connected to the other end of the magnetic assist SR1, and the other end of the primary winding Tr1 is solid. One end of the switch SW is connected, and the other end of the main capacitor C0 is connected to the other end of the solid switch SW. The main capacitor C0, the magnetic assist SR1, the primary winding Tr1, and the solid switch SW form a loop.

磁気アシストSR1は可飽和リアクトルからなる磁気スイッチである。固体スイッチSWは外部から送信される信号に応じてスイッチング動作するIGBTのような半導体スイッチである。   The magnetic assist SR1 is a magnetic switch composed of a saturable reactor. The solid state switch SW is a semiconductor switch such as an IGBT that performs a switching operation according to a signal transmitted from the outside.

昇圧用トランスTrの二次巻線Tr2には2段の磁気パルス圧縮回路10が接続されている。
昇圧用トランスTrの二次巻線Tr2の両端には磁気パルス圧縮回路10の1段目の転送コンデンサC1の両端が接続されている。二次巻線Tr2と1段目の転送コンデンサC1はループを形成する。
A two-stage magnetic pulse compression circuit 10 is connected to the secondary winding Tr2 of the step-up transformer Tr.
The both ends of the first stage transfer capacitor C1 of the magnetic pulse compression circuit 10 are connected to both ends of the secondary winding Tr2 of the step-up transformer Tr. The secondary winding Tr2 and the first stage transfer capacitor C1 form a loop.

1段目の転送コンデンサC1の一端には1段目の磁気スイッチ部1、ここでは可飽和リアクトルSR2、の一端が接続され、1段目の磁気スイッチ部1の他端には2段目の転送コンデンサC2の一端が接続され、2段目の転送コンデンサC2の他端には1段目の転送コンデンサC1の他端が接続されている。1段目の転送コンデンサC1と1段目の磁気スイッチ部1と2段目の転送コンデンサC2はループを形成する。   One end of the first stage magnetic switch unit 1, here a saturable reactor SR2, is connected to one end of the first stage transfer capacitor C1, and the other end of the first stage magnetic switch unit 1 is connected to the second stage. One end of the transfer capacitor C2 is connected, and the other end of the second-stage transfer capacitor C2 is connected to the other end of the first-stage transfer capacitor C1. The first-stage transfer capacitor C1, the first-stage magnetic switch unit 1, and the second-stage transfer capacitor C2 form a loop.

2段目の転送コンデンサC2の一端には2段目の磁気スイッチ部2の一端が接続され、2段目の磁気スイッチ部2の他端にはピーキングコンデンサCpの一端が接続され、ピーキングコンデンサCpの他端には2段目の転送コンデンサC2の他端が接続されている。2段目の転送コンデンサC2と2段目の磁気スイッチ部10とピーキングコンデンサCpはループを形成する。2段目の磁気スイッチ部2の詳細は後述する。   One end of the second-stage magnetic switch unit 2 is connected to one end of the second-stage transfer capacitor C2, and one end of the peaking capacitor Cp is connected to the other end of the second-stage magnetic switch unit 2. The other end of the transfer capacitor C2 at the second stage is connected to the other end. The second-stage transfer capacitor C2, the second-stage magnetic switch unit 10, and the peaking capacitor Cp form a loop. Details of the second-stage magnetic switch unit 2 will be described later.

図1に示す放電回路の磁気圧縮動作は図5を用いて説明した図5に示す放電回路の磁気圧縮動作と基本的に同じであるため、その説明を省略する。   The magnetic compression operation of the discharge circuit shown in FIG. 1 is basically the same as the magnetic compression operation of the discharge circuit shown in FIG. 5 described with reference to FIG.

2段目の磁気スイッチ部2は、磁気圧縮用可飽和リアクトル21-n(以下単に「圧縮用リアクトル」という)と回路切替用可飽和リアクトル22-n(以下単に「切替用リアクトル」という)とが直列接続された直列回路をn個有し、n個の直列回路が互いに並列に接続された並列回路である。図1に示す磁気スイッチ部2においては、2個の直列回路、すなわち圧縮用リアクトル21-1および切替用リアクトル22-1からなる直列回路と圧縮用リアクトル21-2および切替用リアクトル22-2からなる直列回路とが互いに並列に接続されている。そして各磁気圧縮用可飽和リアクトル21-nの端部が2段目の転送コンデンサC2の一端に接続され、回路切替用可飽和リアクトル22-nの端部がピーキングコンデンサCpの一端に接続される。   The second-stage magnetic switch unit 2 includes a magnetic compression saturable reactor 21-n (hereinafter simply referred to as “compression reactor”) and a circuit switching saturable reactor 22-n (hereinafter simply referred to as “switching reactor”). Is a parallel circuit in which n series circuits are connected in series, and n series circuits are connected in parallel to each other. In the magnetic switch unit 2 shown in FIG. 1, two series circuits, that is, a series circuit including a compression reactor 21-1 and a switching reactor 22-1, a compression reactor 21-2, and a switching reactor 22-2 are included. Are connected in parallel with each other. The end of each magnetic compression saturable reactor 21-n is connected to one end of the second-stage transfer capacitor C2, and the end of the circuit switching saturable reactor 22-n is connected to one end of the peaking capacitor Cp. .

切替制御部3は、切替用リアクトル22-n毎に設けられる励磁回路31-nを有する。各励磁回路31-nは電流源33-nと巻線34-nとを有する。図2に示すように巻線34-nは切替用リアクトル22-nのコアCRに巻回される。したがって巻線34-nに流れる電流を適宜調整することによって、切替用リアクトル22-nの磁気リセット量を最大とゼロとの間で切り替えることが可能となる。切替制御部3はパルス発振毎に切替用リアクトル22-nの磁気リセット量を最大とゼロとの間で切り替える。   The switching control unit 3 includes an excitation circuit 31-n provided for each switching reactor 22-n. Each excitation circuit 31-n includes a current source 33-n and a winding 34-n. As shown in FIG. 2, the winding 34-n is wound around the core CR of the switching reactor 22-n. Therefore, by appropriately adjusting the current flowing through the winding 34-n, the magnetic reset amount of the switching reactor 22-n can be switched between the maximum and zero. The switching control unit 3 switches the magnetic reset amount of the switching reactor 22-n between the maximum and zero for each pulse oscillation.

この切り替えの際には、切替用リアクトル22-1と切替用リアクトル22-2の一方が磁気リセット量最大になり他方が磁気リセット量ゼロになるようにし、さらに同一の切替用リアクトル22-nが連続して磁気飽和状態にならないようにする。例えば、図1に示すように2つの切替用リアクトル22-1、22-2の切替制御を行う場合に、励磁回路31-1が有する電流源33-1の周期に対して励磁回路31-2が有する電流源33-2の周期を半周期ずらすと、切替用リアクトル22-1と切替用リアクトル22-2とが一定周期で交互に磁気リセット量最大(又は磁気リセット量ゼロ)になる。   At the time of this switching, one of the switching reactor 22-1 and the switching reactor 22-2 is set to the maximum magnetic reset amount and the other is set to the magnetic reset amount zero. Avoid continuous magnetic saturation. For example, as shown in FIG. 1, when switching control of the two switching reactors 22-1 and 22-2 is performed, the excitation circuit 31-2 with respect to the cycle of the current source 33-1 included in the excitation circuit 31-1. When the cycle of the current source 33-2 included in is shifted by a half cycle, the switching reactor 22-1 and the switching reactor 22-2 alternately have a maximum magnetic reset amount (or zero magnetic reset amount) at a constant cycle.

切替用リアクトル22-nの磁気リセット量が最大となった直列回路では、直列回路に印加される電圧が切替用リアクトル22-nのコアと圧縮用可飽和リアクトル21-nのコアとで分圧され、それぞれのコアに1/2の電圧が印加される。一方、切替用リアクトル22-nの磁気リセット量がゼロとなった直列回路では、直列回路に印加される電圧が圧縮用可飽和リアクトル21-nのコアに印加される。このため切替用リアクトル22-nの磁気リセット量がゼロとなった直列回路に接続されている圧縮用リアクトル22-nのコアが先に飽和し電流が流れる。   In the series circuit in which the magnetic reset amount of the switching reactor 22-n is maximized, the voltage applied to the series circuit is divided between the core of the switching reactor 22-n and the core of the compressible saturable reactor 21-n. A half voltage is applied to each core. On the other hand, in the series circuit in which the magnetic reset amount of the switching reactor 22-n is zero, the voltage applied to the series circuit is applied to the core of the compressible saturable reactor 21-n. For this reason, the core of the reactor for compression 22-n connected to the series circuit in which the magnetic reset amount of the reactor for switching 22-n becomes zero first saturates and current flows.

切替制御部3の制御に応じて切替用リアクトル22-1、22-2はパルス発振毎に交互に磁気リセット量最大になり、また磁気リセット量ゼロになる。つまり各切替用リアクトル22-nはパルス発振毎にオンとオフが切り替わる。切替用リアクトル22-nがオフであるときはその直列回路には電流が流れない。すなわち切替用リアクトル22-nおよび圧縮用リアクトル21-nはパルス発振2回に1回の割合で磁気飽和しない状態になる。例えば8KHzで発振するレーザ装置であれば、4KHz分は磁気飽和しないことになる。   According to the control of the switching control unit 3, the switching reactors 22-1 and 22-2 alternately become the maximum magnetic reset amount every time the pulse is oscillated, and become the magnetic reset amount zero. That is, each switching reactor 22-n is switched on and off every pulse oscillation. When the switching reactor 22-n is off, no current flows through the series circuit. That is, the switching reactor 22-n and the compression reactor 21-n are not magnetically saturated at a rate of once per two pulse oscillations. For example, in the case of a laser device that oscillates at 8 KHz, the magnetic saturation does not occur for 4 KHz.

例えば、2m(mは1以上の整数)回目のパルス発振の際には、磁気パルス圧縮回路10の前段から供給される電流は、圧縮用リアクトル21-1と切替用リアクトル22-1の直列回路を流れ、圧縮用リアクトル21-2と切替用リアクトル22-2の直列回路には流れない。また(2m−1)回目のパルス発振の際には、磁気パルス圧縮回路10の前段から供給される電流は、圧縮用リアクトル21-2と切替用リアクトル22-2の直列回路を流れ、圧縮用リアクトル21-1と切替用リアクトル22-1の直列回路には流れない。   For example, at the time of pulse oscillation of 2m (m is an integer of 1 or more), the current supplied from the previous stage of the magnetic pulse compression circuit 10 is a series circuit of a compression reactor 21-1 and a switching reactor 22-1. And does not flow in the series circuit of the compression reactor 21-2 and the switching reactor 22-2. In the (2m-1) th pulse oscillation, the current supplied from the preceding stage of the magnetic pulse compression circuit 10 flows through the series circuit of the compression reactor 21-2 and the switching reactor 22-2, and is used for compression. It does not flow in the series circuit of the reactor 21-1 and the switching reactor 22-1.

次に本発明の作用効果を具体的に説明する。
以下では図1に示す放電回路を図5に示す放電回路と同一周波数で動作させた場合を想定し、図5に示す単一の可飽和リアクトルSR3で1パルス発振時に発生する熱量Pを基準として、図1に示す磁気スイッチ部2の各可飽和リアクトル21-n、22-nで発生する熱量P21、P22を算出する。なお説明の便宜上、圧縮用リアクトル21-nと切替用リアクトル22-nのVt積は同一であり、非飽和時のインダクタンスも同一であるとする。また磁気スイッチ部2の前段に設けられた転送コンデンサC2の電圧はEであるとする。
Next, the function and effect of the present invention will be specifically described.
In the following, it is assumed that the discharge circuit shown in FIG. 1 is operated at the same frequency as that of the discharge circuit shown in FIG. 5, and the heat quantity P generated during one pulse oscillation in the single saturable reactor SR3 shown in FIG. The amounts of heat P21 and P22 generated in the saturable reactors 21-n and 22-n of the magnetic switch unit 2 shown in FIG. 1 are calculated. For convenience of explanation, it is assumed that the Vt product of the compression reactor 21-n and the switching reactor 22-n are the same, and the inductance at the time of non-saturation is also the same. It is assumed that the voltage of the transfer capacitor C2 provided in the previous stage of the magnetic switch unit 2 is E.

先ず、パルス発振時に、切替用リアクトル22-1の磁気リセット量が最大(オフ)であり、切替用リアクトル22-2の磁気リセット量がゼロ(オン)である場合を想定する。   First, it is assumed that the magnetic reset amount of the switching reactor 22-1 is maximum (off) and the magnetic reset amount of the switching reactor 22-2 is zero (on) during pulse oscillation.

この場合、直列回路に印加される電圧は各リアクトル21-1、22-1で分圧されるため、圧縮用リアクトル21-1に印加される電圧Eoffは、前段のコンデンサに印加される電圧をEとした場合、
Eoff=(1/2)E
となり、切替用リアクトル22-1に印加される電圧Ecoffは
Ecoff=(1/2)E
となる。
また、圧縮用リアクトル21-2に印加される電圧Eonは
Eon=E
となり、切替用リアクトル22-2に印加される電圧Econは
Econ=0
となる。電圧Econが0となるのは切替用リアクトル22-2の磁気リセット量がゼロすなわち磁気飽和状態になっているためである。こうした状況下での各リアクトルの発熱量は次のように算出される。
In this case, the voltage applied to the series circuit is divided by the reactors 21-1, 22-1. Therefore, the voltage Eoff applied to the compression reactor 21-1 is the voltage applied to the capacitor in the previous stage. E
Eoff = (1/2) E
Thus, the voltage Ecoff applied to the switching reactor 22-1 is Ecoff = (1/2) E
It becomes.
The voltage Eon applied to the compression reactor 21-2 is Eon = E
And the voltage Econ applied to the switching reactor 22-2 is Econ = 0
It becomes. The voltage Econ becomes 0 because the magnetic reset amount of the switching reactor 22-2 is zero, that is, the magnetic saturation state. The amount of heat generated by each reactor under these conditions is calculated as follows.

コアの発熱量は磁束密度変化量の二乗で大きくなる。このため圧縮用リアクトル21-1の発熱量Poffは
Poff=(1/4)P … (1)
となり、切替用リアクトル22-1の発熱量Pcoffは
Pcoff=(1/4)P … (2)
となる。
また、圧縮用リアクトル21-2の発熱量Ponは
Pon=P … (3)
となり、切替用リアクトル22-2の発熱量Pconは
Pcon=0 … (4)
となる。
The amount of heat generated by the core increases with the square of the amount of change in magnetic flux density. Therefore, the heat generation amount Poff of the compression reactor 21-1 is Poff = (1/4) P (1)
Thus, the heat generation amount Pcoff of the switching reactor 22-1 is Pcoff = (1/4) P (2)
It becomes.
Further, the heat generation amount Pon of the compression reactor 21-2 is Pon = P (3)
Therefore, the heat generation amount Pcon of the switching reactor 22-2 is Pcon = 0 (4)
It becomes.

ここまで説明したのは、「パルス発振時に、切替用リアクトル22-1の磁気リセット量が最大(オフ)であり、切替用リアクトル22-2の磁気リセット量がゼロ(オン)である場合」の各リアクトル21-n、22-nの発熱量である。この逆の場合、すなわち「パルス発振時に、切替用リアクトル22-1の磁気リセット量がゼロ(オン)であり、切替用リアクトル22-2の磁気リセット量が最大(オフ)である場合」は圧縮用リアクトル21-nの発熱量Poff、Ponが入れ替えられ、また切替用リアクトル22-nの発熱量Pcoff、Pconが入れ替えられる。図1に示す磁気スイッチ部2では各直列回路のオンとオフが交互に切り替えられるため、各可飽和リアクトル21-n、22-nの発熱量は1パルス発振毎に交互に変化する。そこで1パルス当たりの発熱量P21、P22としては平均値を算出する。   What has been described so far is “when the magnetic reset amount of the switching reactor 22-1 is maximum (off) and the magnetic reset amount of the switching reactor 22-2 is zero (on) during pulse oscillation”. The amount of heat generated by each reactor 21-n, 22-n. In the opposite case, that is, “when the pulse reset oscillates, the magnetic reset amount of the switching reactor 22-1 is zero (on) and the magnetic reset amount of the switching reactor 22-2 is maximum (off)”. The heating values Poff and Pon of the reactor 21-n are switched, and the heating values Pcoff and Pcon of the switching reactor 22-n are switched. In the magnetic switch unit 2 shown in FIG. 1, each series circuit is alternately turned on and off, so that the amount of heat generated by each of the saturable reactors 21 -n and 22 -n changes alternately every pulse oscillation. Therefore, an average value is calculated as the heat generation amounts P21 and P22 per pulse.

上記(1)式および(3)式の結果から、各圧縮用リアクトル21-nの1パルス当たりの発熱量の平均値P21は
P21=(1/2)×Poff+(1/2)×Pon=(5/8)P
となり、上記(2)式および(4)式の結果から、各切替用リアクトル22-nの1パルス当たりの発熱量の平均値P22は
P22=(1/2)×Pcoff+(1/2)×Pcon=(1/8)P
となる。
From the results of the above equations (1) and (3), the average value P21 of the heat generation amount per pulse of each compression reactor 21-n is P21 = (1/2) × Poff + (1/2) × Pon = (5/8) P
From the results of the above equations (2) and (4), the average value P22 of the heat generation amount per pulse of each switching reactor 22-n is P22 = (1/2) × Pcoff + (1/2) × Pcon = (1/8) P
It becomes.

このように磁気スイッチ部2の各圧縮用リアクトル21-1の発熱量P21は(5/8)Pとなり、各切替用リアクトル22-1の発熱量P22は(1/8)Pとなる。これらの発熱量P21、P22は図5に示す従来の可飽和リアクトルSR3の発熱量Pよりも低下している。したがってレーザ装置の繰り返し周波数を上げても可飽和リアクトルのコアの温度上昇が低く抑えられ、レーザ装置の繰り返し周波数を上げることが可能となる。   Thus, the heat generation amount P21 of each compression reactor 21-1 of the magnetic switch unit 2 is (5/8) P, and the heat generation amount P22 of each switching reactor 22-1 is (1/8) P. These calorific values P21 and P22 are lower than the calorific value P of the conventional saturable reactor SR3 shown in FIG. Therefore, even if the repetition frequency of the laser device is increased, the temperature rise of the core of the saturable reactor can be kept low, and the repetition frequency of the laser device can be increased.

ここまでは磁気スイッチ部2に2つの直列回路を設けた形態について説明したが、直列回路は2以上あればよい。以下では第2の実施形態として直列回路が3つある場合を例にして説明する。   Up to this point, the embodiment has been described in which two series circuits are provided in the magnetic switch unit 2, but two or more series circuits may be provided. Hereinafter, a case where there are three series circuits will be described as an example of the second embodiment.

図3は第2の実施形態の放電回路を示す。図3に示す放電回路は磁気スイッチ部2に3つの直列回路を有する。   FIG. 3 shows a discharge circuit of the second embodiment. The discharge circuit shown in FIG. 3 has three series circuits in the magnetic switch unit 2.

図3に示す磁気スイッチ部2においては、3個の直列回路、すなわち圧縮用リアクトル21-1および切替用リアクトル22-1からなる直列回路と圧縮用リアクトル21-2および切替用リアクトル22-2からなる直列回路と圧縮用リアクトル21-3および切替用リアクトル22-3からなる直列回路とが互いに並列に接続されている。   In the magnetic switch unit 2 shown in FIG. 3, three series circuits, that is, a series circuit including a compression reactor 21-1 and a switching reactor 22-1, a compression reactor 21-2, and a switching reactor 22-2 are included. Are connected in parallel with each other, and a series circuit including a compression reactor 21-3 and a switching reactor 22-3.

切替制御部3は、切替用リアクトル12-n毎に設けられる励磁回路31-nを有する。各励磁回路31-nは電流源33-nと巻線34-nとを有する。したがって巻線34-nに流れる電流を適宜調整することによって、切替用リアクトル22-nの磁気リセット量を最大とゼロとの間で切り替えることが可能となる。切替制御部3はパルス発振毎に切替用リアクトル22-nの磁気リセット量を最大とゼロとの間で切り替える。   The switching control unit 3 includes an excitation circuit 31-n provided for each switching reactor 12-n. Each excitation circuit 31-n includes a current source 33-n and a winding 34-n. Therefore, by appropriately adjusting the current flowing through the winding 34-n, the magnetic reset amount of the switching reactor 22-n can be switched between the maximum and zero. The switching control unit 3 switches the magnetic reset amount of the switching reactor 22-n between the maximum and zero for each pulse oscillation.

本実施形態では、切替用リアクトル22-nの一つが磁気リセット量ゼロになり残りが磁気リセット量最大になるようにする。   In the present embodiment, one of the switching reactors 22-n has a magnetic reset amount of zero and the rest has a maximum magnetic reset amount.

ここで各圧縮用リアクトル21-nと各切替用リアクトル22-nの発熱量の平均値P21、P22を算出する。   Here, average values P21 and P22 of the calorific values of the respective compression reactors 21-n and the respective switching reactors 22-n are calculated.

上記(1)式および(3)式の結果から、各圧縮用リアクトル21-nの1パルス当たりの発熱量の平均値P21は
P21=(2/3)×Poff+(1/3)×Pon=(1/4)P
となり、上記(2)式および(4)式の結果から、各切替用リアクトル22-nの1パルス当たりの発熱量の平均値P22は
P22=(2/3)×Pcoff+(1/3)×Pcon=(1/6)P
となる。
From the results of the above formulas (1) and (3), the average value P21 of the calorific value per pulse of each compression reactor 21-n is P21 = (2/3) × Poff + (1/3) × Pon = (1/4) P
From the results of the above equations (2) and (4), the average value P22 of the heat generation amount per pulse of each switching reactor 22-n is P22 = (2/3) × Pcoff + (1/3) × Pcon = (1/6) P
It becomes.

このように磁気スイッチ部2の各圧縮用リアクトル21-1の発熱量P21は(1/4)Pとなり、各切替用リアクトル22-1の発熱量P22は(1/6)Pとなる。これらの発熱量P21、P22は図5に示す従来の可飽和リアクトルSR3の発熱量Pよりも低下している。したがってレーザ装置の繰り返し周波数を上げても可飽和リアクトルのコアの温度上昇が低く抑えられ、レーザ装置の繰り返し周波数を上げることが可能となる。   Thus, the heat generation amount P21 of each compression reactor 21-1 of the magnetic switch unit 2 is (1/4) P, and the heat generation amount P22 of each switching reactor 22-1 is (1/6) P. These calorific values P21 and P22 are lower than the calorific value P of the conventional saturable reactor SR3 shown in FIG. Therefore, even if the repetition frequency of the laser device is increased, the temperature rise of the core of the saturable reactor can be kept low, and the repetition frequency of the laser device can be increased.

図4は第3の実施形態の放電回路を示す。図4に示す放電回路は最終段の磁気スイッチ部2に2つの直列回路を有すると共に、1段目の磁気スイッチ部1にも2つの直列回路を有する。   FIG. 4 shows a discharge circuit of the third embodiment. The discharge circuit shown in FIG. 4 has two series circuits in the magnetic switch unit 2 in the final stage, and also has two series circuits in the magnetic switch unit 1 in the first stage.

1段目の磁気スイッチ部1は、圧縮用リアクトル11-nと切替用リアクトル12-nとが直列接続された直列回路をn個有し、n個の直列回路が互いに並列に接続された並列回路である。図4に示す磁気スイッチ部1においては、2個の直列回路、すなわち圧縮用リアクトル11-1および切替用リアクトル12-1からなる直列回路と圧縮用リアクトル11-2および切替用リアクトル12-2からなる直列回路とが互いに並列に接続されている。   The first-stage magnetic switch unit 1 has n series circuits in which a compression reactor 11-n and a switching reactor 12-n are connected in series, and the n series circuits are connected in parallel to each other. Circuit. In the magnetic switch unit 1 shown in FIG. 4, two series circuits, that is, a series circuit including a compression reactor 11-1 and a switching reactor 12-1, a compression reactor 11-2, and a switching reactor 12-2. Are connected in parallel with each other.

切替制御部4は、切替用リアクトル12-n毎に設けられる励磁回路41-nを有する。各励磁回路41-nは電流源43-nと巻線44-nとを有する。したがって巻線44-nに流れる電流を適宜調整することによって、切替用リアクトル12-nの磁気リセット量を最大とゼロとの間で切り替えることが可能となる。切替制御部4はパルス発振毎に切替用リアクトル12-nの磁気リセット量を最大とゼロとの間で切り替える。   The switching control unit 4 includes an excitation circuit 41-n provided for each switching reactor 12-n. Each excitation circuit 41-n has a current source 43-n and a winding 44-n. Accordingly, the magnetic reset amount of the switching reactor 12-n can be switched between the maximum and zero by appropriately adjusting the current flowing through the winding 44-n. The switching control unit 4 switches the magnetic reset amount of the switching reactor 12-n between the maximum and zero for each pulse oscillation.

本実施形態のように、最終段以外の磁気スイッチ部に圧縮用リアクトル21-nと切替用リアクトル22-nの直列回路を複数並列に設けてもよい。将来的にはレーザ装置の繰り返周波数の更なる増加が予想されるため、最終段以外の磁気スイッチ部も発熱量の上昇が予想される。本実施形態によれば、最終段以外の磁気スイッチ部の発熱量上昇を抑制できる。   As in this embodiment, a plurality of series circuits of the compression reactor 21-n and the switching reactor 22-n may be provided in parallel in the magnetic switch unit other than the final stage. In the future, since the repetition frequency of the laser device is expected to increase further, the heat generation amount of the magnetic switches other than the final stage is also expected to increase. According to this embodiment, it is possible to suppress an increase in the amount of heat generated by the magnetic switch units other than the final stage.

第1の実施形態の放電回路を示す図。The figure which shows the discharge circuit of 1st Embodiment. 切替制御部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a switching control part. 第2の実施形態の放電回路を示す図。The figure which shows the discharge circuit of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の放電回路を示す図。The figure which shows the discharge circuit of 3rd Embodiment. レーザチャンバ内の主放電電極間で放電を発生させる放電回路の一例を示す図。The figure which shows an example of the discharge circuit which generate | occur | produces discharge between the main discharge electrodes in a laser chamber. 放電回路の動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of a discharge circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1、2…磁気スイッチ部 3…切替制御部 10…磁気パルス圧縮回路
21-1、21-2…磁気圧縮用可飽和リアクトル(圧縮用リアクトル)
22-1、22-2…回路切替用可飽和リアクトル(切替用リアクトル)
31-1、31-2…励磁回路 33-1、33-2…電流源 34-1、34-2…巻線
HV…高電圧電源 SV…固体スイッチ C0…主コンデンサ
C-1、C-2…転送コンデンサ SR-1…磁気アシスト E、E…主放電電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Magnetic switch part 3 ... Switching control part 10 ... Magnetic pulse compression circuit 21-1, 21-2 ... Saturable reactor for magnetic compression (reactor for compression)
22-1, 22-2 ... Saturable reactor for circuit switching (reactor for switching)
31-1, 31-2: Excitation circuit 33-1, 33-2 ... Current source 34-1, 34-2 ... Winding HV ... High voltage power supply SV ... Solid switch C0 ... Main capacitor C-1, C-2 ... Transfer capacitor SR-1 ... Magnetic assist E, E ... Main discharge electrode

Claims (2)

高電圧電源(HV)と、
前記高電圧電源(HV)によって充電される主コンデンサ(C0)と、
固体スイッチ(SW)がオンされるに応じて前記主コンデンサ(C0)の電圧が印加される磁気アシスト(SR1)と、
転送コンデンサ(C1,…,Cn)および磁気スイッチ部(1,…,n)をそれぞれk(kは2以上の整数)個有し、n(n=1〜k)段目の転送コンデンサ(Cn)がn−1段目の磁気スイッチ部(n-1)を介してn−1段目の転送コンデンサ(Cn-1)に並列に接続されており、前記磁気アシスト(SR1)の磁気飽和に応じて前記主コンデンサ(C0)から1段目の転送コンデンサ(C1)に電荷が転送され、n−1段目の磁気スイッチ部(n-1)の磁気飽和に応じてn−1段目の転送コンデンサ(Cn-1)からn段目の転送コンデンサ(Cn)に順次電荷が転送される磁気パルス圧縮回路(10)と、
前記磁気パルス圧縮回路(10)のk段目の磁気スイッチ部(k)を介してk段目の転送コンデンサ(Ck)に並列に接続されるピーキングコンデンサ(Cp)と、
前記ピーキングコンデンサ(Cp)に並列に接続される一対の主放電電極(E,E)と、
を備えた放電励起ガスレーザの放電回路において、
磁気圧縮用の可飽和リアクトル(21-1,…,21-n)と回路切替用の可飽和リアクトル(22-1,…,22-n)との直列回路を複数有し、当該複数の直列回路が互いに並列に接続された並列回路を前記k段目の磁気スイッチ部(k)に備え、
パルス発振毎に前記回路切替用の可飽和リアクトル(22-1,…,22-n)の磁気リセット量を変化させて、当該回路切替用の可飽和リアクトル(22-1,…,22-n)のうち一以上の可飽和リアクトルの磁気リセット量をゼロにしてオンにすると共に残りの回路切替用の可飽和リアクトルの磁気リセット量を最大にしてオフにすること
を特徴とする放電励起ガスレーザの放電回路。
High voltage power supply (HV)
A main capacitor (C0) charged by the high voltage power supply (HV);
Magnetic assist (SR1) to which the voltage of the main capacitor (C0) is applied as the solid switch (SW) is turned on,
Each of the transfer capacitors (C1,..., Cn) and the magnetic switch portions (1,..., N) has k (k is an integer of 2 or more), and the transfer capacitors (Cn) in the n (n = 1 to k) stage. ) Is connected in parallel to the n-1 stage transfer capacitor (Cn-1) via the n-1 stage magnetic switch unit (n-1), and the magnetic saturation of the magnetic assist (SR1) is reduced. In response, the charge is transferred from the main capacitor (C0) to the first-stage transfer capacitor (C1), and the n-1st stage according to the magnetic saturation of the n-1st stage magnetic switch unit (n-1). A magnetic pulse compression circuit (10) in which charges are sequentially transferred from the transfer capacitor (Cn-1) to the n-th transfer capacitor (Cn);
A peaking capacitor (Cp) connected in parallel to the k-th transfer capacitor (Ck) via the k-th magnetic switch unit (k) of the magnetic pulse compression circuit (10);
A pair of main discharge electrodes (E, E) connected in parallel to the peaking capacitor (Cp);
In a discharge circuit of a discharge excitation gas laser comprising:
There are a plurality of series circuits of saturable reactors (21-1,..., 21-n) for magnetic compression and saturable reactors (22-1,..., 22-n) for circuit switching. The k-th magnetic switch unit (k) includes a parallel circuit in which circuits are connected in parallel to each other,
The magnetic reset amount of the saturable reactor (22-1,..., 22-n) for switching the circuit is changed for each pulse oscillation, and the saturable reactor (22-1, ..., 22-n) for switching the circuit is changed. ), The magnetic reset amount of one or more saturable reactors is set to zero and turned on, and the magnetic reset amount of the remaining saturable reactor for circuit switching is maximized and turned off. Discharge circuit.
磁気圧縮用の可飽和リアクトル(11-1,…,11-n)と回路切替用の可飽和リアクトル(12-1,…,12-n)との直列回路を複数有し、当該複数の直列回路が互いに並列に接続された並列回路を前記k段目より前段の磁気スイッチ部(1)に備え、
パルス発振毎に前記回路切替用の可飽和リアクトル(12-1,…,12-n)の磁気リセット量を変化させて、当該回路切替用の可飽和リアクトル(12-1,…,12-n)のうち一以上の可飽和リアクトルの磁気リセット量をゼロにしてオンにすると共に残りの回路切替用の可飽和リアクトルの磁気リセット量を最大にしてオフにすること
を特徴とする請求項1記載の放電励起ガスレーザの放電回路。
A plurality of series circuits of saturable reactors for magnetic compression (11-1,..., 11-n) and saturable reactors for circuit switching (12-1,..., 12-n) are provided. A parallel circuit in which circuits are connected in parallel to each other is provided in the magnetic switch unit (1) before the k-th stage,
The magnetic reset amount of the saturable reactor for switching the circuit (12-1,..., 12-n) is changed for each pulse oscillation, so that the saturable reactor for switching the circuit (12-1,..., 12-n) is changed. The magnetic reset amount of one or more saturable reactors is set to zero and turned on, and the magnetic reset amount of the remaining saturable reactor for circuit switching is maximized and turned off. Discharge excitation gas laser discharge circuit.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102780151A (en) * 2012-07-25 2012-11-14 西安电子科技大学 Optical-fiber coupled output end surface pumped solid-state laser and manufacture technology
CN102801093A (en) * 2012-07-04 2012-11-28 中国科学院安徽光学精密机械研究所 All-solid-state pulse excitation source for compact structure type excimer laser
CN103036146A (en) * 2012-11-28 2013-04-10 华中科技大学 Excimer laser pulsed power source
CN110224579A (en) * 2019-05-16 2019-09-10 南京航空航天大学 A kind of eGaN HEMT hybrid solenoid valve circuit and control method
CN117792142A (en) * 2024-02-28 2024-03-29 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 High-power high-frequency pulse plasma power supply and charging and discharging method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03142980A (en) * 1989-10-30 1991-06-18 Mitsubishi Electric Corp Discharge type pulse laser equipment
JP2000152668A (en) * 1998-11-11 2000-05-30 Komatsu Ltd Power supply for pulse laser
JP2003283017A (en) * 2002-03-26 2003-10-03 Gigaphoton Inc Magnetic compression circuit and discharge excitation gas laser device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03142980A (en) * 1989-10-30 1991-06-18 Mitsubishi Electric Corp Discharge type pulse laser equipment
JP2000152668A (en) * 1998-11-11 2000-05-30 Komatsu Ltd Power supply for pulse laser
JP2003283017A (en) * 2002-03-26 2003-10-03 Gigaphoton Inc Magnetic compression circuit and discharge excitation gas laser device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102801093A (en) * 2012-07-04 2012-11-28 中国科学院安徽光学精密机械研究所 All-solid-state pulse excitation source for compact structure type excimer laser
CN102780151A (en) * 2012-07-25 2012-11-14 西安电子科技大学 Optical-fiber coupled output end surface pumped solid-state laser and manufacture technology
CN103036146A (en) * 2012-11-28 2013-04-10 华中科技大学 Excimer laser pulsed power source
CN110224579A (en) * 2019-05-16 2019-09-10 南京航空航天大学 A kind of eGaN HEMT hybrid solenoid valve circuit and control method
CN117792142A (en) * 2024-02-28 2024-03-29 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 High-power high-frequency pulse plasma power supply and charging and discharging method thereof
CN117792142B (en) * 2024-02-28 2024-05-14 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 High-power high-frequency pulse plasma power supply and charging and discharging method thereof

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