JP2583719B2 - Gas controlled output stabilized gas laser system - Google Patents

Gas controlled output stabilized gas laser system

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JP2583719B2 JP4212840A JP21284092A JP2583719B2 JP 2583719 B2 JP2583719 B2 JP 2583719B2 JP 4212840 A JP4212840 A JP 4212840A JP 21284092 A JP21284092 A JP 21284092A JP 2583719 B2 JP2583719 B2 JP 2583719B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザ全般にわた
りレーザ出力調整法として、電源系制御を用いないでガ
スレーザ出力を安定化することのできるガスレーザ装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas laser apparatus capable of stabilizing a gas laser output without using a power supply system control as a laser output adjustment method for a whole gas laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスレーザには、長時間にわたるレーザ
出力低下と短時間におけるレーザ出力揺らぎが発生す
る。長時間にわたるレーザ出力低下の原因は、レーザガ
スの特定成分の減少等によるガス劣化が原因であるの
で、ガス制御でレーザ出力の安定化を図ろうとする方法
として、例えば、エキシマレーザでは、特願平2ー24
1642号公報に記載されるハロゲンガス注入型出力安
定エキシマレーザ装置のように、ハロゲンガスを注入し
て安定化を図ろうとするものがある。
2. Description of the Related Art In a gas laser, a decrease in laser output for a long time and a fluctuation in the laser output in a short time occur. The cause of the laser output decrease over a long period of time is caused by gas deterioration due to a decrease in a specific component of the laser gas. Therefore, as a method of stabilizing the laser output by gas control, for example, in the case of an excimer laser, a method disclosed in Japanese Patent Application No. 2-24
As in a halogen gas injection type output stable excimer laser apparatus described in Japanese Patent No. 1642, there is an apparatus which attempts to stabilize by injecting a halogen gas.

【0003】図16に従来のハロゲンガス注入型出力安
定エキシマレーザ装置の例を示す。図16において、レ
ーザ管101は、ガス配管102によって、レーザガス
排気系103、希ガス・バッファガス充填系104およ
びハロゲンガス注入系105に接続されている。ガス注
入系105は、ガス流量調節器118、電磁弁119お
よびハロゲンガスボンベ120からなる。レーザ管10
1内には、レーザガス106が充填され、レーザ管両端
部には出力窓108が設けられ、この一対の出力窓を挾
んで全反射ミラー109と出力ミラー110が配置さ
れ、レーザビーム107の増幅と取り出しを行う。レー
ザビーム107は、ビームスプリッタ111により二つ
に分割され、一方はレーザ加工用に使用され、他方はレ
ーザパワーメータ112に入射し、レーザ出力信号ライ
ン114を介してエキシマレーザ出力制御装置113に
送信される。このレーザ出力制御装置113より、レー
ザ電源制御用ライン116を介してレーザ電源115に
信号が送られ、レーザ出力制御用ライン117によりレ
ーザ出力が制御される。一方、ガス流量調節器118へ
はガス流量調節制御信号ライン121により、また電磁
弁119へは電磁弁制御信号ライン122により、それ
ぞれレーザ出力制御装置113から制御信号が送信さ
れ、レーザガスの出力低下に応じて、ハロゲンガスがレ
ーザ管101に注入される。
FIG. 16 shows an example of a conventional halogen gas injection type output stable excimer laser device. In FIG. 16, a laser tube 101 is connected to a laser gas exhaust system 103, a rare gas / buffer gas filling system 104, and a halogen gas injection system 105 by a gas pipe. The gas injection system 105 includes a gas flow controller 118, an electromagnetic valve 119, and a halogen gas cylinder 120. Laser tube 10
1 is filled with a laser gas 106, output windows 108 are provided at both ends of the laser tube, and a total reflection mirror 109 and an output mirror 110 are disposed with the pair of output windows interposed therebetween. Take out. The laser beam 107 is split into two by a beam splitter 111, one is used for laser processing, and the other is incident on a laser power meter 112 and transmitted to an excimer laser output controller 113 via a laser output signal line 114. Is done. A signal is sent from the laser output control device 113 to the laser power supply 115 via the laser power control line 116, and the laser output is controlled by the laser output control line 117. On the other hand, a control signal is transmitted from the laser output control device 113 to the gas flow controller 118 by a gas flow control signal line 121 and a control signal to the solenoid valve 119 by a solenoid valve control signal line 122, respectively. Accordingly, a halogen gas is injected into laser tube 101.

【0004】しかし、このガス制御でできるのは、レー
ザガスの劣化の改善(レーザ出力は向上)のみで、レー
ザ出力を下げることはできない上、レーザ出力にガス制
御の影響が出るまでに時間がかかることが分かってい
る。従って、ガスレーザにおけるレーザ出力の短時間の
揺らぎを抑えるのは、高速制御が可能な電源系制御に頼
らざるを得ないのが現状である。ところが、特にパルス
発振レーザでの電源系制御では、電源系の制御パラメー
タがあるステップ毎にしか変更できないため、レーザ出
力PL もある値ΔPL ステップ毎にしか制御できない。
従って、レーザ出力の安定性は、電源系の制御パラメー
タのステップで決まってしまう問題がある。もちろん、
電源系の制御ステップは小さくできるが、電源系の構成
が複雑化し、電源系自体がレーザ管本体よりも大きくか
つ高価となり実用性がなくなってしまう。そのため、電
源系制御によるレーザ出力の高精度安定化は、実現が困
難であると推定できる。
However, this gas control can only improve the deterioration of the laser gas (improve the laser output), and cannot reduce the laser output, and it takes a long time before the laser control is affected by the gas control. I know that. Therefore, in order to suppress the fluctuation of the laser output in the gas laser for a short time, at present, it is necessary to rely on a power supply system control capable of high-speed control. However, especially in the power system control in the pulse oscillation laser, it can not be changed only every step there is the control parameter of the power supply system, can only be controlled for each value [Delta] P L step, which is also the laser output P L.
Therefore, there is a problem that the stability of the laser output is determined by the steps of the control parameters of the power supply system. of course,
Although the control steps of the power supply system can be reduced, the configuration of the power supply system becomes complicated, and the power supply system itself becomes larger and more expensive than the laser tube main body, and the practicality is lost. Therefore, it can be estimated that it is difficult to stabilize the laser output with high accuracy by controlling the power supply system.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の電源系制御は、
高電圧または大電流における制御であり、特にエキシマ
レーザのようなパルス発振の高気圧ガスレーザでは、レ
ーザ出力の安定性を±1%以内とする高精度安定化を図
ろうとすると、例えば、充電電圧の変更幅を小さくしな
ければならず、制御用電源系の構成が複雑となり、電源
系が高価になるという問題ばかりでなく、保守点検も容
易でなくなる問題が生じてくる。
The conventional power supply system control is as follows.
This is control at high voltage or large current. Particularly, in the case of a pulsed high pressure gas laser such as an excimer laser, in order to stabilize the laser output with high accuracy within ± 1%, for example, a change in charging voltage is required. The width must be reduced, which complicates the configuration of the control power supply system, which causes not only a problem that the power supply system becomes expensive but also a problem that maintenance and inspection become difficult.

【0006】本発明は、上記の問題点を解決することを
目的として、レーザ出力安定化用のための専用の電源制
御系を用いないでガスレーザ出力の安定化を達成しよう
とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems by stabilizing the gas laser output without using a dedicated power supply control system for stabilizing the laser output.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明では、レーザ発振
を行うガスレーザ装置においてレーザ媒質であるレーザ
ガスの利得がレーザ発振の動作点の近傍でレーザガスの
圧力(密度)に依存することに着目し、レーザガス圧力
を調整してレーザガスの密度を変化させて利得の増減調
整を行い、所定の出力にレーザ出力を安定化させる方法
を採用したものである。
The present invention focuses on the fact that the gain of a laser gas as a laser medium in a gas laser device that performs laser oscillation depends on the pressure (density) of the laser gas near an operating point of laser oscillation. The method adopts a method of adjusting the laser gas pressure to change the density of the laser gas to increase or decrease the gain, thereby stabilizing the laser output to a predetermined output.

【0008】従って、同じような密度・利得特性を持つ
固体、液体、気体レーザのいずれにも採用できるが、密
度変化が容易でかつ密度変化の幅が広いガスレーザに最
適なレーザ出力安定化方法であるといえる。
Accordingly, the laser output stabilization method can be applied to any of solid, liquid, and gas lasers having similar density / gain characteristics, but is most suitable for a gas laser whose density change is easy and whose density change is wide. It can be said that there is.

【0009】次に、レーザ媒質であるレーザガスの圧力
調整法であるが、レーザ管内のレーザガスに通じる部分
に、体積変化が可能なガス室(例えば、シリンダー型、
蛇腹型、風船型、袋型等)を設け、例えば、体積可変ガ
ス室に導入するガスの量を調整して体積可変ガス室の体
積変化を実施する。体積可変ガス室の設置場所は、レー
ザガスの圧力(密度)を変更できる場所ならレーザ管の
内外どちらでも良い。体積可変ガス室の数は、レーザガ
スの圧力(密度)制御や特定のガス成分の注入等の目的
に合わせ、単数または複数とする。体積可変ガス室内に
導入するガスは空気でも良いが、万一レーザ管内に漏れ
た場合にはレーザ装置そのものにダメージを与える場合
もあるので、希ガスやレーザガスを構成しているガスの
一成分または複数の成分であることが望ましく、レーザ
ガスそのものであることが理想的である。
Next, a method of adjusting the pressure of a laser gas as a laser medium is described. A gas chamber (for example, cylinder type,
A bellows type, balloon type, bag type, etc.) are provided, and the volume of the variable volume gas chamber is changed, for example, by adjusting the amount of gas introduced into the variable volume gas chamber. The location of the variable volume gas chamber may be either inside or outside the laser tube as long as the pressure (density) of the laser gas can be changed. The number of variable volume gas chambers may be one or more in accordance with the purpose of controlling the pressure (density) of the laser gas or injecting a specific gas component. The gas introduced into the variable volume gas chamber may be air, but if it leaks into the laser tube, it may damage the laser device itself, so one component of the rare gas or the gas constituting the laser gas or A plurality of components are desirable, and ideally the laser gas itself.

【0010】レーザガスあるいはレーザガスを構成する
一ガス成分または複数のガス成分のガスを体積可変ガス
室への導入ガスとした場合には、これらの導入ガスをレ
ーザ管内へ放出できる機構を体積可変ガス室に設け、レ
ーザ出力安定化の他に積極的に体積可変ガス室内のガス
をレーザ管内に放出し、レーザ発振で消費したレーザガ
スを補充することにより容易に長時間のレーザ出力安定
化を達成できる。
When the laser gas or a gas of one gas component or a plurality of gas components constituting the laser gas is introduced into the variable volume gas chamber, a mechanism capable of discharging the introduced gas into the laser tube is provided by a variable volume gas chamber. In addition to stabilizing the laser output, the gas in the volume-variable gas chamber is positively discharged into the laser tube, and the laser output stabilized for a long time can be easily achieved by supplementing the laser gas consumed by the laser oscillation.

【0011】また、複数の体積可変ガス室の場合には、
一方をレーザガスの圧力(密度)調整用として用い、他
方をレーザ管内へのガス補充用として用いれば、レーザ
出力の安定化を中断させる心配も無い。これらの体積可
変ガス室に種々のガスを供給する手段としては、ガスボ
ンベの高圧ガスを利用する方法、ガスポンプを利用する
方法、ガスボンベにガスポンプでガスを補充してその後
にガスボンベから体積可変ガス室に供給する方法が考え
られる。
In the case of a plurality of variable volume gas chambers,
If one is used for adjusting the pressure (density) of the laser gas and the other is used for replenishing the gas in the laser tube, there is no need to interrupt stabilization of the laser output. As means for supplying various gases to these variable volume gas chambers, a method using a high pressure gas of a gas cylinder, a method using a gas pump, replenishing a gas cylinder with a gas pump, and then from the gas cylinder to the variable volume gas chamber. A supply method is conceivable.

【0012】他に、体積可変ガス室の体積を変える手段
として、体積可変ガス室内にガスを封入しておき、外部
と熱の出入りを行わせ、熱エネルギーにより体積可変ガ
ス室を膨張・収縮させる方法が考えられる。この場合に
は、レーザ管内のレーザガスに熱的影響を与えないよう
に、体積可変ガス室は断熱構造とし、レーザ室内に発熱
部・冷却部、あるいは熱交換部を設け、レーザ管外部と
熱の給排ができる構造とすれば良い。また、体積可変ガ
ス室の外殻を形状記憶合金で構成すれば、上記と同じ方
法で、体積可変ガス室とレーザ管外部と熱の給排がで
き、体積可変ガス室の体積を変更できる。さらに、熱伝
導度の高いガスをこれらの体積可変ガス室内で使用すれ
ば、体積可変ガス室の膨張・収縮の体積変化速度を上げ
られる利点がある。
In addition, as means for changing the volume of the variable volume gas chamber, a gas is sealed in the variable volume gas chamber, heat is allowed to enter and exit from the outside, and the variable volume gas chamber is expanded and contracted by thermal energy. A method is conceivable. In this case, the variable volume gas chamber has a heat insulating structure, and a heat generating / cooling unit or a heat exchanging unit is provided in the laser chamber so that the laser gas in the laser tube is not thermally affected. What is necessary is just to make the structure which can supply and discharge. Further, if the outer shell of the variable volume gas chamber is made of a shape memory alloy, heat can be supplied and discharged between the variable volume gas chamber and the outside of the laser tube by the same method as described above, and the volume of the variable volume gas chamber can be changed. Further, when a gas having high thermal conductivity is used in these variable volume gas chambers, there is an advantage that the volume change rate of expansion and contraction of the variable volume gas chambers can be increased.

【0013】また、体積可変ガス室の材料等の機械的特
性により温度の制御範囲があらかじめ限られる場合に
は、密封型の体積可変ガス室ではなく、外部とガスの出
入ができる構造とすれば、体積可変ガス室へのガスの出
入を頻繁に行わなくとも、出力安定化ができる。
When the temperature control range is previously limited due to the mechanical characteristics of the material of the variable volume gas chamber and the like, a structure that allows gas to enter and exit from the outside instead of a sealed variable volume gas chamber is adopted. In addition, the output can be stabilized even if gas does not frequently enter and exit the variable volume gas chamber.

【0014】さらに、体積可変ガス室内に導入するガス
は、一回のみの使用で排気するか、ガスポンプとガスボ
ンベとを組合せて何度も使用するかの、二つの方法が考
えられる。導入ガスとして高価なガスを使用する場合に
は、後者の方が運転コスト的に有利であろう。さらに、
腐食性のレーザガス等のガスを扱う場合を考慮すると、
体積可変ガス室の材料としては、耐腐食ガス性の材料で
構成する必要がある。
Further, there are two methods of exhausting the gas introduced into the variable volume gas chamber, such as exhausting the gas only once, or using the gas pump and the gas cylinder in combination. When expensive gas is used as the introduced gas, the latter will be more advantageous in terms of operating cost. further,
Considering the case of handling gas such as corrosive laser gas,
The material of the variable volume gas chamber must be made of a corrosion-resistant gas-resistant material.

【0015】体積可変ガス室の体積を変えるもう一つの
手段としては、モータと送り機構とを組合せた構造にし
て、伸長・収縮可能な方向の体積可変ガス室の部分に送
り機構の端部を接続すれば、モータの回転運動で体積可
変ガス室の一部を動かすことにより、体積可変ガス室の
体積を変えられる。さらに、レーザ管内の該ガス室はガ
ス循環の風にさらされるので、保護用の隔壁を付ける必
要がある。
As another means for changing the volume of the variable volume gas chamber, a structure in which a motor and a feed mechanism are combined is used. If connected, the volume of the variable volume gas chamber can be changed by moving a part of the variable volume gas chamber by the rotational motion of the motor. Further, since the gas chamber in the laser tube is exposed to the gas circulating wind, it is necessary to provide a protective partition.

【0016】[0016]

【作用】レーザ媒質であるレーザガスの利得は、レーザ
ガス密度に依存し、レーザガス密度は、レーザガスが密
封されていれば、レーザガス圧力に比例する。従って、
レーザガス圧力の調整でレーザ出力を制御できる。本発
明では、その手段としては、レーザ管内のレーザガスに
通じる場所に体積可変のガス室を設け、この体積可変ガ
ス室の体積を変えれば、レーザ管内のレーザガスの圧力
(密度)を調整することにより、電源系制御を用いなく
ても、レーザ出力の高精度安定化が図れる。体積可変ガ
ス室としては、各種の形態を用いることができ、また、
体積変化によるレーザガスの密度の調整に加えて、体積
可変ガス室からレーザガス成分をレーザ管へ放出する構
成も可能であるため、レーザガス成分の補充を同時に行
うこともできる。
The gain of the laser gas as a laser medium depends on the laser gas density, and the laser gas density is proportional to the laser gas pressure if the laser gas is sealed. Therefore,
The laser output can be controlled by adjusting the laser gas pressure. In the present invention, as a means, a variable volume gas chamber is provided at a place communicating with the laser gas in the laser tube, and by changing the volume of the variable volume gas chamber, the pressure (density) of the laser gas in the laser tube is adjusted. Also, the laser output can be stabilized with high accuracy without using the power supply system control. Various forms can be used as the variable volume gas chamber,
In addition to adjusting the density of the laser gas by changing the volume, a configuration in which the laser gas component is emitted from the variable volume gas chamber to the laser tube is also possible, so that the laser gas component can be replenished at the same time.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例を説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1に、本発明の第一の実施例のガス制御
式出力安定化ガスレーザ装置の全体構成を示す。
FIG. 1 shows an overall configuration of a gas controlled output stabilized gas laser device according to a first embodiment of the present invention.

【0019】レーザ管1の内部には、二つの主電極2、
循環ファン3および体積可変ガス室4が、外部にはレー
ザガス5の供給排気を行うレーザガス給排装置6とレー
ザガス5の圧力を測定するガス圧力計7とが設置されて
いる。また、レーザ管1には、一対の透過窓8が二つの
主電極2の間を通る線上に設けられている。主電極2に
は、レーザ発振のための電力を注入するレーザ電源9が
高圧電線10により接続されている。循環ファン3は、
レーザ管1の内部の軸受支持部11により支持され、レ
ーザ管1の外部に設置された循環ファン用モータ12の
回転運動が磁気カップリング13を介して、動力軸14
により回転運動が伝達され、二つの主電極2の間の放電
部15にレーザガス5を強制循環させる。
Inside the laser tube 1, two main electrodes 2,
A circulating fan 3 and a variable volume gas chamber 4 are provided outside with a laser gas supply / discharge device 6 for supplying / exhausting a laser gas 5 and a gas pressure gauge 7 for measuring the pressure of the laser gas 5. In the laser tube 1, a pair of transmission windows 8 are provided on a line passing between the two main electrodes 2. A laser power supply 9 for injecting power for laser oscillation is connected to the main electrode 2 by a high-voltage wire 10. The circulation fan 3
The rotational motion of a circulating fan motor 12 supported by a bearing support 11 inside the laser tube 1 and installed outside the laser tube 1 is transmitted via a magnetic coupling 13 to a power shaft 14.
As a result, the rotational motion is transmitted, and the laser gas 5 is forcibly circulated to the discharge portion 15 between the two main electrodes 2.

【0020】体積可変ガス室4には、過負荷(内部応力
超過)を避ける目的で体積可変ガス室4の内部のガス圧
力を監視するためのガス圧力計7が設置されている。体
積可変の方法は後記する。また、体積可変ガス室4に
は、ガス室体積制御装置16、例えばガス送排気制御装
置がガス室体積制御伝達系17、例えばガス送排気用配
管で接続されており、ガス室体積制御装置16の命令信
号により体積可変ガス室4の体積を変更し、その結果レ
ーザガスの体積を変更してレーザ管1内のレーザガス5
の圧力(密度)を変えて、レーザ出力を制御できるよう
になっている。
A gas pressure gauge 7 for monitoring the gas pressure inside the variable volume gas chamber 4 is installed in the variable volume gas chamber 4 in order to avoid overload (excess of internal stress). The method of changing the volume will be described later. Further, a gas chamber volume control device 16, for example, a gas supply / exhaust control device, is connected to the variable volume gas chamber 4 by a gas chamber volume control transmission system 17, for example, a gas supply / exhaust pipe. Changes the volume of the variable volume gas chamber 4 in response to the command signal, and consequently changes the volume of the laser gas.
The laser output can be controlled by changing the pressure (density) of the laser.

【0021】また、レーザ管1の外部には、二つの主電
極2の間の放電部15の光軸18上の一対の透過窓8を
挾んで全反射鏡19と出力鏡20が設置されていて、放
電部15で発生したレーザビーム21の増幅と取り出し
を行う。レーザビーム21は、ビームスプリッタ22に
よりレーザビーム21’とレーザビーム21''の二つに
分割され、レーザビーム21’はレーザ出力測定用のレ
ーザパワーメータ23に入射し、他方のレーザビーム2
1''はレーザ加工等に使用される。レーザガス給排装置
6とレーザ管1は、これらの間でレーザガスを給排でき
るようにレーザガス給排用ガス管24で接続されてい
る。
A total reflection mirror 19 and an output mirror 20 are provided outside the laser tube 1 with a pair of transmission windows 8 on the optical axis 18 of the discharge portion 15 between the two main electrodes 2 interposed therebetween. Then, the laser beam 21 generated in the discharge unit 15 is amplified and extracted. The laser beam 21 is split into a laser beam 21 ′ and a laser beam 21 ″ by a beam splitter 22, and the laser beam 21 ′ is incident on a laser power meter 23 for measuring laser output, and the other laser beam 2
1 ″ is used for laser processing or the like. The laser gas supply / discharge device 6 and the laser tube 1 are connected by a laser gas supply / discharge gas tube 24 so that the laser gas can be supplied / discharged therebetween.

【0022】さらに、上記のレーザガス給排装置6、ガ
ス圧力計7、レーザ電源9、循環ファン用モータ12、
ガス室体積制御装置16とレーザパワーメータ23は、
それぞれレーザガス制御信号線25、ガス圧力信号線2
6、電源制御信号線27、循環ファン用モータ回転制御
信号線28、ガス室体積制御信号線29およびレーザ出
力信号線30によりレーザ装置全体を統括するレーザ出
力制御装置31に接続されている。
Further, the laser gas supply / discharge device 6, gas pressure gauge 7, laser power supply 9, circulating fan motor 12,
The gas chamber volume control device 16 and the laser power meter 23
Laser gas control signal line 25, gas pressure signal line 2 respectively
6. The power supply control signal line 27, the circulation fan motor rotation control signal line 28, the gas chamber volume control signal line 29 and the laser output signal line 30 are connected to a laser output control device 31 which controls the entire laser device.

【0023】次に、レーザ出力安定化制御の方法につい
て述べる。レーザ出力の検出は、レーザパワーメータ2
3でレーザビーム21’を検出することから始まる。検
出された出力は、信号の流れを示す矢印32に従い、レ
ーザ出力信号線30を介してレーザ出力制御装置31に
送信される。レーザ出力制御装置31では、受信したレ
ーザビーム21’のレーザ出力信号、レーザパワーメー
タ23の感度およびビームスプリッタ22のレーザビー
ム分配率を用いてレーザビーム21の出力を算出し、目
標とする安定化出力の値との偏差を求め、両者の間に所
定の値以上の偏差が検出されたならば、ガス室体積制御
信号線29を介してガス室体積制御装置16に体積可変
ガス室4の体積を変える命令を送信する。
Next, a method of stabilizing the laser output will be described. Laser output is detected by laser power meter 2
It starts by detecting the laser beam 21 'at 3. The detected output is transmitted to the laser output control device 31 via the laser output signal line 30 according to the arrow 32 indicating the signal flow. The laser output control device 31 calculates the output of the laser beam 21 using the received laser output signal of the laser beam 21 ′, the sensitivity of the laser power meter 23, and the laser beam distribution ratio of the beam splitter 22, and achieves the target stabilization. A deviation from the output value is determined, and if a deviation equal to or more than a predetermined value is detected between the two, the volume of the variable volume gas chamber 4 is sent to the gas chamber volume control device 16 via the gas chamber volume control signal line 29. Send a command to change.

【0024】ガス室体積制御装置16は、受信したレー
ザ出力制御装置31の命令に従い、上記のレーザ出力と
目標とする安定化出力との偏差が所定の値以下となるよ
う矢印33のように体積可変ガス室4に物理的作用を与
え、体積可変ガス室4の体積を変えて、レーザ管1の内
部のレーザガス5の圧力を変える密度調整により、レー
ザ媒質であるレーザガス5の利得制御を行って、レーザ
ビーム21の出力の安定化を図る。
In accordance with the command from the laser output control device 31 received, the gas chamber volume control device 16 controls the volume as indicated by an arrow 33 so that the deviation between the laser output and the target stabilization output is equal to or less than a predetermined value. By giving a physical action to the variable gas chamber 4 and changing the volume of the variable volume gas chamber 4 to change the pressure of the laser gas 5 inside the laser tube 1, gain control of the laser gas 5 as a laser medium is performed. Thus, the output of the laser beam 21 is stabilized.

【0025】体積可変ガス室4によるレーザ出力安定化
制御を長時間継続すると、最終的には、レーザガス5の
劣化が原因で体積可変ガス室4のみによるレーザ出力の
安定化制御が困難になる。その時には、レーザ出力制御
装置31は、レーザガス制御信号線25を介してレーザ
ガス給排装置6を作動させ、レーザ管1内のレーザガス
5の交換をレーザガス5の流れを示す矢印34に従って
行うことにより、さらに、長時間のレーザ出力安定化制
御が実現できる。
When the laser output stabilization control by the variable volume gas chamber 4 is continued for a long time, it becomes difficult to stabilize the laser output only by the variable volume gas chamber 4 due to the deterioration of the laser gas 5 finally. At that time, the laser output control device 31 operates the laser gas supply / discharge device 6 via the laser gas control signal line 25, and exchanges the laser gas 5 in the laser tube 1 according to the arrow 34 indicating the flow of the laser gas 5. Furthermore, long-term laser output stabilization control can be realized.

【0026】従って、本実施例によれば、レーザガス5
の圧力(密度)を連続的に変更できるので、従来の充電
電圧を制御するような電源系制御では非常に困難であっ
た高電圧パルスガスレーザ装置のレーザ出力の無段階制
御が、電源系制御を使うことなく簡単に実現できる利点
がある。
Therefore, according to this embodiment, the laser gas 5
Pressure (density) can be continuously changed, so the stepless control of the laser output of the high-voltage pulse gas laser device, which was very difficult with the power supply system control that controls the charging voltage in the past, It has the advantage that it can be easily realized without using it.

【0027】図2は、本発明で応用したレーザ出力制御
法の基本原理を表わすガスレーザ装置の充電電圧Vsと
レーザ出力PL との関係を示す特性曲線である。図2
は、高気圧パルスガスレーザであるXeClエキシマレ
ーザの例で、レーザガス5の圧力pをパラメータとして
充電電圧Vsとレーザ出力PL の関係を示している。例
えば、充電電圧Vs= 25 kVの縦の破線で示したよう
に、同じ充電電圧Vsに対して、レーザガスの圧力pを
上げると( p1<p2<p3)、規格化したレーザ出力P
L は増加(PL1<PL2<PL3)することが分かる。もち
ろん、一般にガスレーザ装置では、放電等によるレーザ
ガス5へのエネルギー注入に異常を起こさない適正なレ
ーザガス5の圧力(密度)範囲がある。従って、このレ
ーザガス5の圧力(密度)の範囲内で、レーザガス5の
圧力(密度)の変化による利得制御が可能なガスレーザ
装置なら、全て本発明が適用できる。
[0027] FIG. 2 is a characteristic curve showing the relationship between the charging voltage Vs and the laser output P L of the gas laser device representing the basic principle of the laser output control method applied in the present invention. FIG.
Is an example of a XeCl excimer laser with high pressure pulsed gas lasers, which shows the relationship between the charging voltage Vs and the laser output P L pressure p of the laser gas 5 as a parameter. For example, as shown by the vertical dashed line at the charging voltage Vs = 25 kV, when the laser gas pressure p is increased (p 1 <p 2 <p 3 ) for the same charging voltage Vs, the normalized laser output P
It can be seen that L increases (P L1 <P L2 <P L3 ). Of course, in general, in a gas laser device, there is an appropriate pressure (density) range of the laser gas 5 which does not cause abnormality in the energy injection into the laser gas 5 due to electric discharge or the like. Therefore, the present invention can be applied to any gas laser device capable of controlling the gain by changing the pressure (density) of the laser gas 5 within the range of the pressure (density) of the laser gas 5.

【0028】以上のように、本発明のレーザ出力安定化
制御の基本原理は、レーザ媒質であるレーザガス5の圧
力を操作してその密度を変え、レーザガス5のレーザ発
振のための利得を制御することにある。従って、レーザ
ガス5の圧力制御法として、レーザガス5へ直接熱を作
用させて膨張・収縮させる温度制御のような方法も考え
られるが、この方法ではレーザガス5の圧力は変えられ
てもレーザ管1が密封されている限りレーザガス5の密
度は変えられないため、本発明のレーザ出力制御方法と
しては不適である。なお、図2では、充電電圧Vsは連
続可変として表わしているが、実際は飛び飛びの不連続
であり不連続の量ΔVsはレーザ装置の電源に依存す
る。
As described above, the basic principle of the laser output stabilization control of the present invention is to control the pressure of the laser gas 5 as a laser medium to change its density and control the gain for laser oscillation of the laser gas 5. It is in. Therefore, as a method of controlling the pressure of the laser gas 5, a method such as temperature control of expanding and contracting by directly applying heat to the laser gas 5 can be considered. In this method, even if the pressure of the laser gas 5 is changed, the laser tube 1 can be used. Since the density of the laser gas 5 cannot be changed as long as it is sealed, it is not suitable as the laser output control method of the present invention. In FIG. 2, the charging voltage Vs is shown as being continuously variable. However, the charging voltage Vs is actually discontinuous and the amount of discontinuity ΔVs depends on the power supply of the laser device.

【0029】図3に、本発明のガス制御式出力安定化ガ
スレーザ装置におけるレーザガス5の圧力(密度)制御
用である体積可変ガス室4の断面を示す。ガス室の形状
毎にそれぞれ、(a)ピストン型、(b)ベローズ型、
(c)風船型、(d)袋型と呼ぶことにする。体積可変
ガス室4の体積変化の動力源は、いろいろ考えられる。
ガスの送排気とした場合、ピストン型では、シリンダ3
5とピストン36の接触面の摩擦力が無視できる程小さ
いとすると、ガス送排気制御装置16’がガス送排気用
配管17’を通して送排気するガスの圧力は、レーザ管
1内のレーザガス5の圧力と同じだけあれば良い。一
方、ベローズ型と風船型は、ベローズ37と風船38の
外殻の構成材料にもよるが、もとの安定な形から変形を
受けた分だけ復元力が働く場合もあるため、ピストン型
に比べて送排気するガスの圧力条件は、レーザガスの圧
力と異なる場合があることを考慮しなければならない。
また、袋型については、袋39の最大体積までは、レー
ザガスの圧力と送排気するガスの圧力とが完全に釣合い
ながら送排気できる。従って、送排気するガスの圧力を
モニターすることで、レーザガス5の圧力を同時にモニ
ターできることになる。図3中の矢印40は、体積可変
ガス室4の体積変化形の方向を示すものである。
FIG. 3 shows a section of the variable volume gas chamber 4 for controlling the pressure (density) of the laser gas 5 in the gas controlled output stabilized gas laser device of the present invention. (A) piston type, (b) bellows type,
(C) Balloon type and (d) Bag type. Various power sources for changing the volume of the variable volume gas chamber 4 are conceivable.
When gas is sent and exhausted, cylinder 3
Assuming that the frictional force at the contact surface between the piston 5 and the piston 36 is negligibly small, the pressure of the gas sent and exhausted by the gas delivery / exhaust control device 16 ′ through the gas delivery / exhaust pipe 17 ′ becomes the pressure of the laser gas 5 in the laser tube 1. It only needs to be the same as the pressure. On the other hand, the bellows type and the balloon type depend on the constituent materials of the outer shell of the bellows 37 and the balloon 38, but the restoring force may be applied by the amount of deformation from the original stable shape. In comparison, it must be taken into account that the pressure condition of the gas to be sent and exhausted may be different from the pressure of the laser gas.
Further, in the case of the bag type, up to the maximum volume of the bag 39, the gas can be sent and exhausted while the pressure of the laser gas and the pressure of the gas to be sent and exhausted are perfectly balanced. Therefore, by monitoring the pressure of the gas to be sent and exhausted, the pressure of the laser gas 5 can be simultaneously monitored. The arrow 40 in FIG. 3 indicates the direction of the volume change type of the variable volume gas chamber 4.

【0030】図4に、体積可変ガス室4の体積制御方法
の例を示す。制御対象である体積可変ガス室4の形状
は、説明の簡単化のためピストン型とし、ガス送排気制
御装置16’による体積可変ガス室4へのガスの送排気
によりシリンダ35内のピストン36を動かし、体積可
変ガス室4の体積を増減させてレーザ管1内のレーザガ
ス5の圧力(密度)を制御する方法である。
FIG. 4 shows an example of a method for controlling the volume of the variable volume gas chamber 4. The shape of the variable volume gas chamber 4 to be controlled is a piston type for simplicity of description, and the piston 36 in the cylinder 35 is formed by sending and discharging gas to and from the variable volume gas chamber 4 by the gas sending and exhausting control device 16 ′. It is a method of controlling the pressure (density) of the laser gas 5 in the laser tube 1 by moving and increasing or decreasing the volume of the variable volume gas chamber 4.

【0031】レーザ電源9による所定のエネルギー注入
で発振したレーザビーム21は、レーザ管1から射出後
に、光軸18上のビームスプリッタ22で分割され、や
はり、光軸18上に設置されたレーザパワーメータ23
でレーザ出力信号に変換されレーザ出力信号線30を介
してレーザ出力制御装置31に送られる。レーザ出力制
御装置31では、受信したレーザ出力信号からレーザ出
力 PLを算出して、レーザ出力の目標値PLOとの偏差
ΔPLを、例えば、数1により求め、ガス送排気制御装
置16’(図1のガス室体積制御装置16に対応)を用
いて、この偏差ΔPL を打ち消すように、体積可変ガス
室4に対してガス送排気用配管17’(図1のガス室体
積制御伝達系17に対応)を通してガスの送排気を行わ
せる。
The laser beam 21 oscillated by the predetermined energy injection by the laser power supply 9 is split by the beam splitter 22 on the optical axis 18 after being emitted from the laser tube 1, and the laser power is also set on the optical axis 18. Meter 23
The laser output signal is converted to a laser output signal and sent to a laser output control device 31 via a laser output signal line 30. In the laser output control apparatus 31 calculates a laser output P L from the laser output signal received, the deviation between the target value P LO laser output
ΔP L is determined by, for example, Equation 1, and the variable volume gas chamber 4 is set to a gas transmission / exhaust control device 16 ′ (corresponding to the gas chamber volume control device 16 in FIG. 1) so as to cancel the deviation ΔP L. On the other hand, the gas is sent and exhausted through a gas sending and discharging pipe 17 '(corresponding to the gas chamber volume control transmission system 17 in FIG. 1).

【0032】 ΔPL =PL ーPLO ………… (数1) 図2で既に示したようなレーザガス圧力p(密度)とレ
ーザ出力PL の関係がある場合には、レーザ出力PL
目標出力に比べて低ければ(ΔPL <0)、体積可変ガ
ス室4にガスの送排気の方向を示す矢印33’のように
ガスを送気し、体積可変ガス室4の体積を増してレーザ
ガス5の圧力(密度)を上げ、レーザ出力PL を上昇さ
せる。反対に、レーザ出力PL が目標出力に比べて高け
れば(0<ΔPL)、ガスの送排気の方向を示す矢印3
3’のように体積可変ガス室4のガスを排気し、体積可
変ガス室4の体積を減らしてレーザガス5の圧力(密
度)を下げ、レーザ出力PL を下降させる。
ΔP L = P L −P LO (Equation 1) When there is a relationship between the laser gas pressure p (density) and the laser output P L as already shown in FIG. 2, the laser output P L Is lower than the target output (ΔP L <0), the gas is supplied to the variable volume gas chamber 4 as indicated by an arrow 33 ′ indicating the direction of gas supply and exhaust, and the volume of the variable volume gas chamber 4 is increased. raising the pressure of the laser gas 5 (density) Te increases the laser output P L. Conversely, if the laser output P L is higher than the target output (0 <ΔP L ), the arrow 3 indicating the direction of gas supply and exhaust is used.
3 was evacuated variable volume gas chamber 4 of the gas as' reducing the pressure of the laser gas 5 (density) by reducing the volume of the variable volume gas chamber 4, it lowers the laser output P L.

【0033】図5に、体積可変ガス室4を用いて、レー
ザガス5の圧力(密度)を制御するガス送排気制御装置
16’(図1のガス室体積制御装置16に対応)の構成
を示す。ガス送排気制御装置16’は、体積可変ガス室
4の体積変更の駆動力となるガスの供給源41、ガスポ
ンプ42、電磁弁43、マスフローコントローラ44お
よび必要に応じてガス処理装置45からなり、ここでは
図示していないレーザ出力制御装置31の命令に従い、
体積可変ガス室4へのガスの供給をガス供給源41とガ
スポンプ42の組合せ動作あるいはガス供給源41のみ
の動作で行う。ガスの供給源41のガスは、本発明の第
一の実施例のガス制御式出力安定化ガスレーザ装置で使
用するガス成分を考慮して、レーザガス、レーザガスの
単一あるいは複数の成分からなるガスばかりでなく、希
ガス、あるいは空気でも良い。空気の場合には、ガスの
供給源41は大気となりガスポンプ42のみでも良い。
また、排気については、ガス処理装置45を通して排気
管46により大気に放出する。ガス処理装置45は、使
用ガスが希ガス、空気等有害でないものについては必要
ない。
FIG. 5 shows the configuration of a gas supply / exhaust control device 16 ′ (corresponding to the gas chamber volume control device 16 in FIG. 1) for controlling the pressure (density) of the laser gas 5 using the variable volume gas chamber 4. . The gas supply / exhaust control device 16 ′ includes a gas supply source 41 serving as a driving force for changing the volume of the variable volume gas chamber 4, a gas pump 42, an electromagnetic valve 43, a mass flow controller 44, and a gas processing device 45 as necessary. Here, according to the command of the laser output control device 31 not shown,
The gas is supplied to the variable volume gas chamber 4 by a combination operation of the gas supply source 41 and the gas pump 42 or an operation of only the gas supply source 41. In consideration of the gas components used in the gas control type output stabilized gas laser apparatus of the first embodiment of the present invention, the gas of the gas supply source 41 is a laser gas, a gas composed of one or a plurality of laser gas components. Instead, it may be a rare gas or air. In the case of air, the gas supply source 41 becomes the atmosphere and only the gas pump 42 may be used.
Further, the exhaust gas is discharged to the atmosphere through an exhaust pipe 46 through a gas processing device 45. The gas processing device 45 is not required for non-hazardous gases such as rare gas and air.

【0034】体積可変ガス室4へのガスの送排気では、
電磁バルブ等の開閉操作のみの機器を用いると、ガス圧
力によってはレーザガス5の圧力(密度)に急激な変動
を与えて、結果的に、レーザ出力PL に悪影響(出力の
変動)を及ぼす可能性があるため、マスフローコントロ
ーラ44等の流量調整機能のある機器を用いる方が、本
発明の第一の実施例のガス制御式出力安定化ガスレーザ
装置には適している。
In sending and discharging gas to and from the variable volume gas chamber 4,
With devices of the opening and closing operations only such as an electromagnetic valve, giving an abrupt change in the pressure of the laser gas 5 (density) by the gas pressure, resulting in, can on the laser output P L adverse effects (fluctuation of the output) Therefore, using a device having a flow rate adjusting function such as the mass flow controller 44 is more suitable for the gas controlled output stabilized gas laser device of the first embodiment of the present invention.

【0035】また、図5には描いてないが、体積可変ガ
ス室4に導入するガスは、例えば、ガス供給源のボンベ
の他にバッファ用のボンベを持ち、ガス室からの排気の
時には、ガスポンプを使ってガスをバッファ用ボンベ内
に加圧して回収し、何度も使用することもできる。さら
に、空気や窒素等の安価なガスをガス送排気制御装置1
6’で使用した時には、体積可変ガス室4に安価なガス
を供給した後、このガスを直接大気中に排気して、レー
ザガス5の圧力(密度)を下げることもできる。
Although not shown in FIG. 5, the gas introduced into the variable volume gas chamber 4 has, for example, a buffer cylinder in addition to a gas supply source cylinder. The gas can be pressurized and collected in a buffer cylinder using a gas pump, and can be used many times. Further, a gas sending / exhausting control device 1 is provided for supplying an inexpensive gas such as air or nitrogen.
When used at 6 ', after supplying an inexpensive gas to the variable volume gas chamber 4, this gas can be exhausted directly into the atmosphere to lower the pressure (density) of the laser gas 5.

【0036】図6に、本発明の第一の実施例における、
体積可変ガス室4の他の体積制御方法を示す。これは、
体積可変ガス室4の内部ガスの熱による膨張、収縮を利
用する方法である。この場合、体積可変ガス室4は、レ
ーザガスに熱的影響を与えないように、断熱材47で覆
われるか、断熱材47そのもので構成され、ガス送排気
用配管17’を電磁弁43等で密封される機構とし、図
6の(a)では体積可変ガス室4の内部に加熱部48と
冷却部49、または(b)では熱交換部50を有する構
造となっている。レーザ出力の変化を検出したレーザ出
力制御装置31からの命令により、体積可変ガス室4と
レーザ管1の外部との熱の出入で、体積可変ガス室4の
内部ガスを加熱または冷却して、内部ガスを膨張または
収縮させる。ガスの膨張、収縮に従い、体積可変ガス室
4の体積は変化して、レーザ管1内のレーザガス5の圧
力(密度)を制御でき、その結果レーザ出力のを安定化
制御ができる。加熱部48としてはヒータ、冷却部49
としては水等の冷媒を流す冷却管51を、体積可変ガス
室4の中に設けるだけで良い。あるいは、体積可変ガス
室4の外部に、加熱部48および冷却部49を備えた熱
制御装置52を設置し、熱交換部50を体積可変ガス室
4の内部に設けて、熱媒体用配管53を通して熱の媒体
で熱の出入りを行わせても、同様の効果が得られる。
FIG. 6 shows a first embodiment of the present invention.
Another volume control method of the variable volume gas chamber 4 will be described. this is,
This is a method utilizing expansion and contraction of the gas inside the variable volume gas chamber 4 due to heat. In this case, the variable volume gas chamber 4 is covered with a heat insulating material 47 or is constituted by the heat insulating material 47 itself so as not to thermally affect the laser gas. In FIG. 6, (a) has a structure having a heating unit 48 and a cooling unit 49 inside the variable volume gas chamber 4, or (b) has a heat exchange unit 50. In response to a command from the laser output control device 31 that has detected a change in the laser output, the internal gas of the variable volume gas chamber 4 is heated or cooled by the heat flowing in and out of the variable volume gas chamber 4 and the outside of the laser tube 1. Inflate or deflate the internal gas. The volume of the variable volume gas chamber 4 changes in accordance with the expansion and contraction of the gas, and the pressure (density) of the laser gas 5 in the laser tube 1 can be controlled. As a result, the laser output can be stabilized. A heater and a cooling unit 49 are used as the heating unit 48.
It is only necessary to provide a cooling pipe 51 for flowing a coolant such as water in the variable volume gas chamber 4. Alternatively, a heat control device 52 having a heating unit 48 and a cooling unit 49 is installed outside the variable volume gas chamber 4, and a heat exchange unit 50 is provided inside the variable volume gas chamber 4, and a heat medium pipe 53 is provided. The same effect can be obtained even if the heat is transmitted and received by the heat medium through the heat source.

【0037】図7に、本発明の第一の実施例における、
熱を利用したもう一つの体積可変ガス室4の体積制御方
法を示す。体積変化のエネルギー源を熱とするため、体
積可変ガス室4の外側は、図6の場合と同様に、レーザ
ガス5に熱的悪影響を及ぼさない密封型の断熱構造でな
ければならない。図7の例は、ピストン型の体積可変ガ
ス室4の内側のピストン内面54とシリンダの端面55
とに、材質が形状記憶合金56であるバネ57を取付
け、温度制御によりこの形状記憶合金56でできたバネ
57の伸縮でピストン36を移動させて、体積可変ガス
室4の体積を変化させる方法である。図7の(a)は体
積可変ガス室4内に加熱部48と冷却部49を、(b)
では交換部50を有する構造である。この他にも、ここ
では図に示さないが、断熱構造を持つ密封型の体積可変
ガス室4そのものを所定の形状を持つ形状記憶合金56
で構成し、温度を制御して、形状記憶合金56の温度に
依存する復元力とレーザガス5の圧力のバランスを利用
して、体積可変ガス室4の体積を変える方法がある。従
って、図6の実施例で示したのと同様に体積可変ガス室
4の内部に加熱部48と冷却部49、または熱交換部5
0を有し、レーザ出力の変化を検出したレーザ出力制御
装置31からの命令によりレーザ管1と外部との熱の出
入によって、体積可変ガス室4のガスをあるいは体積可
変ガス室4を加熱または冷却して、体積可変ガス室4の
中の形状記憶合金56でできたバネ57あるいは体積可
変ガス室4そのものの形状を変化させる。但し、この方
法の場合には、例えば、加熱した時にはレーザガス5の
圧力に打ち勝って体積を増し、冷却した時にはレーザガ
ス5の圧力に負けて体積が小さくなるように、レーザガ
ス5の圧力に合わせた復元力を持つ形状記憶合金56を
選ぶ必要がある。
FIG. 7 shows a first embodiment of the present invention.
Another method of controlling the volume of the variable volume gas chamber 4 using heat will be described. Since the energy source of the volume change is heat, the outside of the variable volume gas chamber 4 must have a hermetically sealed heat-insulating structure that does not adversely affect the laser gas 5, as in the case of FIG. In the example of FIG. 7, the piston inner surface 54 inside the piston type variable volume gas chamber 4 and the cylinder end surface 55 are shown.
Then, a spring 57 made of a shape memory alloy 56 is attached, and the piston 36 is moved by expansion and contraction of the spring 57 made of the shape memory alloy 56 by temperature control to change the volume of the variable volume gas chamber 4. It is. 7A shows a heating unit 48 and a cooling unit 49 in the variable volume gas chamber 4, and FIG.
Is a structure having an exchange unit 50. In addition, although not shown here, the sealed variable volume gas chamber 4 itself having a heat insulating structure is formed of a shape memory alloy 56 having a predetermined shape.
There is a method of controlling the temperature and changing the volume of the variable volume gas chamber 4 by utilizing the balance between the restoring force depending on the temperature of the shape memory alloy 56 and the pressure of the laser gas 5. Therefore, similarly to the embodiment shown in FIG. 6, the heating section 48 and the cooling section 49 or the heat exchange section 5 are provided inside the variable volume gas chamber 4.
0, heats the gas in the variable volume gas chamber 4 or heats or changes the volume of the variable volume gas chamber 4 by the flow of heat between the laser tube 1 and the outside according to a command from the laser output control device 31 which has detected a change in the laser output. After cooling, the shape of the spring 57 made of the shape memory alloy 56 in the variable volume gas chamber 4 or the shape of the variable volume gas chamber 4 itself is changed. However, in the case of this method, for example, when the heating is performed, the volume is increased by overcoming the pressure of the laser gas 5, and when cooled, the volume is reduced by losing the pressure of the laser gas 5 so that the volume is reduced. It is necessary to select a shape memory alloy 56 having power.

【0038】また、図6および図7で示した本発明の第
一の実施例における、熱を利用した体積可変ガス室4の
体積制御方法で体積可変ガス室4の中で用いるガスとし
ては、熱伝達率の大きなヘリウムであれば、熱の移動が
早く行われるので、レーザガス5の圧力(密度)制御速
度を上げられる利点がある。
In the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 6 and 7, the gas used in the variable volume gas chamber 4 in the volume control method of the variable volume gas chamber 4 using heat includes: Helium, which has a large heat transfer coefficient, has an advantage that the pressure (density) control speed of the laser gas 5 can be increased because heat is transferred quickly.

【0039】さらに、図6および図7において、体積可
変ガス室4を密封型とせず、ガス室体積制御装置16に
より体積可変ガス室4の中のガスの圧力調整もできる構
造とし、熱制御装置52によるガスの温度制御とガス送
排気制御装置16’によるガスの送排気とを組合せてで
きるようにすれば、レーザガス5の圧力(密度)制御範
囲を広くとれるという利点がある。
Further, in FIGS. 6 and 7, the variable volume gas chamber 4 is not made to be of a sealed type, and the pressure of the gas in the variable volume gas chamber 4 can be adjusted by the gas chamber volume control device 16. If the gas temperature control by 52 and the gas sending and exhausting by the gas sending and exhausting control device 16 'can be combined, there is an advantage that the pressure (density) control range of the laser gas 5 can be widened.

【0040】図8に、本発明の第一の実施例における、
体積可変ガス室4の他の体積制御方法を示す。本体積制
御方法では、体積可変ガス室4の体積変化の動力源とし
てガス室体積制御用モータ58を使っている。ガス室体
積制御用モータ58の回転出力軸59には、歯車60が
取付けられており、減速歯車61を介して、ガス室体積
制御用モータ58の回転力を、外周部にねじ62が刻ま
れたガス室体積制御用回転軸63に伝達する。また、減
速歯車61は、回転軸の軸方向にスライド可能な構造6
4とし、ガス室体積制御用回転軸63が体積可変ガス室
4の体積制御のための軸方向の移動を行っても、確実に
ガス室体積制御用モータ58の回転力をガス室体積制御
用回転軸63に伝達できる構造とする。レーザ管1の外
壁65には、ガス室体積制御用回転軸63に合わせた止
めねじ66が固着されている。ガス室体積制御用回転軸
63は、止めねじ66、レーザ管1の内壁67およびレ
ーザ管1に接するベローズ37の端面68を止めねじ6
6を通して、レーザガス側のベローズ37の端面69の
内側に回転可能な構造70にて機械的に結合されてい
る。止めねじ66には、ナットのように内周にねじが刻
まれており、ガス室体積制御用回転軸63の外周部のね
じ62と対になって、ガス室体積制御用回転軸63の回
転71による送り機構72を構成する。
FIG. 8 shows a first embodiment of the present invention.
Another volume control method of the variable volume gas chamber 4 will be described. In the present volume control method, a gas chamber volume control motor 58 is used as a power source for changing the volume of the variable volume gas chamber 4. A gear 60 is attached to a rotation output shaft 59 of the gas chamber volume control motor 58, and a screw 62 is engraved on the outer peripheral portion of the rotation force of the gas chamber volume control motor 58 via a reduction gear 61. Is transmitted to the rotating shaft 63 for controlling the volume of the gas chamber. The reduction gear 61 has a structure 6 that can slide in the axial direction of the rotation shaft.
4, even if the gas chamber volume control rotary shaft 63 moves in the axial direction for volume control of the variable volume gas chamber 4, the rotational force of the gas chamber volume control motor 58 is reliably used for the gas chamber volume control. The structure can be transmitted to the rotating shaft 63. On the outer wall 65 of the laser tube 1, a set screw 66 fixed to the rotating shaft 63 for controlling the volume of the gas chamber is fixed. The rotary shaft 63 for controlling the volume of the gas chamber is provided with a set screw 66, an inner wall 67 of the laser tube 1, and an end face 68 of the bellows 37 in contact with the laser tube 1.
6, through a rotatable structure 70 inside the end face 69 of the bellows 37 on the laser gas side. The set screw 66 has a screw formed on the inner periphery like a nut, and is paired with the screw 62 on the outer periphery of the gas chamber volume control rotary shaft 63 to rotate the gas chamber volume control rotary shaft 63. The feed mechanism 71 is constituted by the feed mechanism 71.

【0041】ベローズ37は、レーザガス5に対して気
密性を持ち、送り機構69による体積制御用回転軸63
のベローズ37内の送り機構による運動を、回転可能な
構造にて結合されたベローズの端面68に伝えて、ベロ
ーズ37の軸方向の長さを変える。従って、レーザ管1
の内部でベローズ37の端面69は矢印73のように移
動し、ベローズ37は体積が変わり、レーザガス5の圧
力(密度)を制御する。また、本実施例のように、ガス
室体積制御用モータ58の回転量を制御量とする場合に
は、ステップモータ等の、停止時に保持力のあるモータ
が、ガス室体積制御用モータ58としては適している。
The bellows 37 is airtight with respect to the laser gas 5, and has a volume control rotating shaft 63 by a feed mechanism 69.
The movement by the feed mechanism in the bellows 37 is transmitted to the end face 68 of the bellows connected by a rotatable structure to change the axial length of the bellows 37. Therefore, the laser tube 1
, The end face 69 of the bellows 37 moves as indicated by an arrow 73, the volume of the bellows 37 changes, and the pressure (density) of the laser gas 5 is controlled. When the rotation amount of the gas chamber volume control motor 58 is used as the control amount as in the present embodiment, a motor having a holding force at the time of stoppage, such as a stepping motor, is used as the gas chamber volume control motor 58. Is suitable.

【0042】本発明の第二の実施例として、レーザ管1
の外に体積可変ガス室4を設置したガス制御式出力安定
化ガスレーザ装置を図9に示す。本実施例では、体積可
変ガス室4を、レーザ管1に通じるレーザガス導通管7
3を介し、別のガス容器83の中に設けたものである。
ガス容器83の中の体積可変ガス室4の体積を変えるこ
とにより、レーザガス導通管73を通じて、レーザガス
5の圧力(密度)を制御する方式である。本第二の実施
例は、基本的に、図1で示した第一の実施例と同じ装置
構成であり、レーザ出力制御の方法も全く同じであるの
で、ここでは割愛する。
As a second embodiment of the present invention, a laser tube 1
FIG. 9 shows a gas control type output stabilizing gas laser device in which a variable volume gas chamber 4 is installed outside of FIG. In this embodiment, the variable volume gas chamber 4 is connected to the laser gas conduit 7 communicating with the laser tube 1.
3, and is provided in another gas container 83.
The pressure (density) of the laser gas 5 is controlled through the laser gas conduit 73 by changing the volume of the variable volume gas chamber 4 in the gas container 83. The second embodiment has basically the same device configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and the laser output control method is completely the same.

【0043】図10に、本発明のガス制御式出力安定化
ガスレーザ装置の第一の実施例または第二の実施例にお
ける体積可変ガス室4の使用の応用例として、レーザガ
ス部分交換法を示す。体積可変ガス室4をレーザ管1の
中に内蔵した第一の実施例を説明に使うが、第二の実施
例でも、レーザガス部分交換法の原理は同じである。説
明の簡単化のため、レーザ管1、体積可変ガス室4(ピ
ストン36とシリンダ35によるピストン型)、レーザ
ガス5、レーザガス給排装置6、ガス管24、ガス送排
気制御装置16’とガス送排気用配管17’のみを図1
0に示している。
FIG. 10 shows a laser gas partial exchange method as an application example of the use of the variable volume gas chamber 4 in the first embodiment or the second embodiment of the gas controlled output stabilized gas laser device of the present invention. Although the first embodiment in which the variable volume gas chamber 4 is incorporated in the laser tube 1 is used for explanation, the principle of the laser gas partial exchange method is the same in the second embodiment. For simplicity of explanation, the laser tube 1, the variable volume gas chamber 4 (piston type with the piston 36 and the cylinder 35), the laser gas 5, the laser gas supply / discharge device 6, the gas tube 24, the gas supply / exhaust control device 16 'and the gas supply Only the exhaust pipe 17 'is shown in FIG.
0 is shown.

【0044】まず、初めの交換前における体積可変ガス
室4の中のピストン36は、(a)で示す位置にあると
する。次に、ここには描かれていないレーザ出力制御装
置31は、レーザ出力、レーザ管1の中のレーザガス圧
力と体積可変ガス室4の中の圧力データをもとに、ガス
送排気制御装置16’に送気の命令、レーザガス給排装
置6にレーザガス排気の命令を出す。
First, it is assumed that the piston 36 in the variable volume gas chamber 4 before the first replacement is at the position shown in FIG. Next, the laser output control device 31 not shown here, based on the laser output, the laser gas pressure in the laser tube 1 and the pressure data in the variable volume gas chamber 4, ′, And a command to the laser gas supply / discharge device 6 to discharge the laser gas.

【0045】ガス送排気制御装置16’は、(b)で示
すように、レーザ出力制御装置31からの命令により、
ガス送排気用配管17’を通して矢印33’の方向に体
積可変ガス室4にガスを送り、シリンダ35内のピスト
ン36をレーザガス5側へ押し出す。同時に、レーザガ
ス給排装置6も、レーザ出力制御装置31からの排気命
令により、ガス管24を通して矢印34のようにレーザ
ガス5の一部をレーザ管1から排気する。このガスの送
排気は、レーザ出力を一定に保つように、送気と排気の
バランスをとりながら行う。
The gas supply / exhaust control device 16 ′ receives a command from the laser output control device 31 as shown in FIG.
The gas is sent to the variable volume gas chamber 4 in the direction of the arrow 33 ′ through the gas supply / discharge pipe 17 ′, and the piston 36 in the cylinder 35 is pushed toward the laser gas 5. At the same time, the laser gas supply / discharge device 6 also evacuates a part of the laser gas 5 from the laser tube 1 through the gas tube 24 as indicated by an arrow 34 in response to an exhaust command from the laser output control device 31. The gas supply and exhaust are performed while maintaining the balance between the gas supply and the exhaust so as to keep the laser output constant.

【0046】次に、(c)の如く体積可変ガス室4の体
積が最大になったなら、レーザ出力制御装置31は、ガ
ス送排気制御装置16’とレーザガス給排装置6に送排
気停止の命令を出す。続いて、レーザガス給排装置6
に、レーザガス5の給気命令を、ガス送排気制御装置1
6’に排気命令を出し、(d)に示すように、レーザ管
1にレーザガスを供給するとともに、体積可変ガス室4
内のガスを排気する。この時も、(b)と同様に、レー
ザ出力を一定に保つように、給気と排気のバランスをと
りながら行う。
Next, when the volume of the variable volume gas chamber 4 reaches the maximum as shown in FIG. 4C, the laser output control device 31 sends the gas supply / discharge control device 16 'and the laser gas supply / discharge device 6 to stop the supply and discharge. Issue a command. Subsequently, the laser gas supply / discharge device 6
First, a gas supply instruction of the laser gas 5 is transmitted to the gas supply / exhaust control device 1.
6 ', a laser gas is supplied to the laser tube 1 as shown in FIG.
Exhaust gas inside. At this time, similarly to (b), the air supply and the exhaust are balanced so as to keep the laser output constant.

【0047】体積可変ガス室4をレーザガス5の部分交
換に利用すると、体積可変ガス室4が無い従来法では、
レーザ出力を一定に保つために、レーザ管1の中におけ
るレーザガス5の圧力(密度)を変化させないように、
レーザガス5の供給と排気を同時に行わねばならない。
従って、供給したばかりの新しいレーザガス5の一部の
排気が避けられず、レーザガス5の利用効率が悪いとい
う問題があった。しかし、本実施例の如く、体積可変ガ
ス室4をレーザガス5の部分交換に用いると、部分交換
したレーザガス5の利用効率が 100%となり、ガスレー
ザの運転コストの低減につながる利点も出てくる。
When the variable volume gas chamber 4 is used for partial replacement of the laser gas 5, the conventional method without the variable volume gas chamber 4
In order to keep the laser output constant, the pressure (density) of the laser gas 5 in the laser tube 1 should not be changed.
The supply and exhaust of the laser gas 5 must be performed simultaneously.
Therefore, there is a problem that the exhaustion of a part of the newly supplied laser gas 5 is unavoidable and the utilization efficiency of the laser gas 5 is poor. However, when the variable volume gas chamber 4 is used for the partial replacement of the laser gas 5 as in this embodiment, the utilization efficiency of the partially replaced laser gas 5 becomes 100%, and there is an advantage that the operating cost of the gas laser is reduced.

【0048】図11に、もう一つの体積可変ガス室4の
応用例として、ピストン型のガス室を用いてガス成分の
補充を行う方法について示す。本応用例では、これまで
のガスの送排気のみの単機能の体積可変ガス室4と区別
して、体積可変ガス室4’と表わし、レーザガス5その
ものあるいはレーザガスの成分ガスを体積可変ガス室4
の体積変化に使い、ガス放出用電磁弁74あるいはマス
フローコントローラ44等による遠隔操作可能なガス放
出口75を、ピストン36あるいは体積可変ガス室4の
シリンダ35の外側に備えて、体積可変ガス室4内部に
充填されたガスをレーザ管1内に放出できるようにした
ものである。
FIG. 11 shows a method of replenishing gas components using a piston type gas chamber as another application example of the variable volume gas chamber 4. In this application example, the laser gas 5 itself or a component gas of the laser gas is referred to as a variable volume gas chamber 4 ′, which is distinguished from the single function variable volume gas chamber 4 that only sends and exhausts the gas so far.
An electromagnetic valve 74 for gas release or a gas discharge port 75 that can be remotely controlled by the mass flow controller 44 or the like is provided outside the piston 36 or the cylinder 35 of the variable volume gas chamber 4 to change the volume of the variable volume gas chamber 4. The gas filled therein can be emitted into the laser tube 1.

【0049】このガス放出口75を備えた体積可変ガス
室4’を用いれば、体積可変ガス室4’へのレーザガス
5あるいはレーザガス5を構成するガスの供給と、体積
可変ガス室4’の中からレーザ管1の中へのレーザガス
5あるいはレーザガス5を構成するガスの放出を行うこ
とが同時にできる。従って、レーザ出力を調整しなが
ら、レーザ発振時にレーザ管内で化合物等を作って消費
されるレーザガス5の成分をレーザ管1の中に補充でき
るので、ガス送排気制御装置16’単独でレーザ出力制
御を行うよりも、長時間にわたり、レーザ出力の安定化
を維持できるという利点がある。ただし、ピストン型の
体積可変ガス室4では、ガス放出口75を開いただけで
は、体積可変ガス室4’の中のレーザガス5あるいはレ
ーザガス5の成分ガスは拡散でレーザ管1の中に出て行
くにのみであるから、レーザガス5あるいはレーザガス
5の成分ガスのレーザ管1内への補充には時間がかかる
ことが予想される。
When the variable volume gas chamber 4 'having the gas discharge port 75 is used, the supply of the laser gas 5 or the gas constituting the laser gas 5 to the variable volume gas chamber 4' and the inside of the variable volume gas chamber 4 ' Of the laser gas 5 or the gas constituting the laser gas 5 into the laser tube 1 at the same time. Therefore, while adjusting the laser output, the components of the laser gas 5 consumed by producing a compound or the like in the laser tube at the time of laser oscillation can be replenished in the laser tube 1, so that the laser output control device 16 'alone controls the laser output. There is an advantage that laser output stabilization can be maintained for a longer time than performing. However, in the piston type variable volume gas chamber 4, the laser gas 5 or the component gas of the laser gas 5 in the variable volume gas chamber 4 ′ flows out into the laser tube 1 by diffusion only by opening the gas discharge port 75. Therefore, it is expected that it will take some time to replenish the laser tube 1 with the laser gas 5 or the component gas of the laser gas 5.

【0050】そこで、本応用における対策例としては、
図12に示すように、体積可変ガス室4’は、外力が無
くなればその体積が小さくなる性質をもった(a)の風
船型のようなものであることが望ましい。ここでは、風
船38の先端にガス放出用電磁弁74を付けて示した
が、ガス送排気用配管17’のレーザ管1の内部に分岐
を付けて、ガス放出用電磁弁74を取り付ける構造でも
良い。なお、一般に、体積可変ガス室4として風船型あ
るいは袋型を採用した時には、レーザ管1の中で循環す
るレーザガス5の影響を受けないように、風船38ある
いは袋39を固定するための隔壁76を設ける必要があ
る。また、ピストン型の場合は、(b)のように、シリ
ンダ35の内部のピストン36と体積可変ガス室4’の
内壁との間に、ピストン36を引き付けるバネ77を設
ければ良い。
Therefore, as a countermeasure example in this application,
As shown in FIG. 12, the variable volume gas chamber 4 'is desirably a balloon-shaped device having the property that its volume is reduced when there is no external force. Although the gas discharge solenoid valve 74 is attached to the tip of the balloon 38 here, a structure in which a branch is provided inside the laser tube 1 of the gas supply / discharge pipe 17 ′ and the gas discharge solenoid valve 74 is attached is also used. good. In general, when a balloon type or a bag type is adopted as the variable volume gas chamber 4, a partition wall 76 for fixing the balloon 38 or the bag 39 so as not to be affected by the laser gas 5 circulating in the laser tube 1. It is necessary to provide. In the case of the piston type, a spring 77 for attracting the piston 36 may be provided between the piston 36 inside the cylinder 35 and the inner wall of the variable volume gas chamber 4 'as shown in FIG.

【0051】本発明の第三の実施例を図13に示す。本
実施例は、複数の体積可変ガス室を備えた例として、二
個の体積可変ガス室4'a、4'bをレーザ管1に内蔵した
ガス制御式出力安定化ガスレーザ装置である。装置構成
は、体積可変ガス室4の数と、これに付随してガス送排
気制御装置16’で使用するガスが二種類になる点等を
除き、第一の実施例と同じである。複数の体積可変ガス
室4'a、4'bを備えた場合には、レーザガス5の圧力
(密度)の制御とレーザ発振で消費したレーザガス5の
特定の成分補充を分離してできる利点がある。
FIG. 13 shows a third embodiment of the present invention. The present embodiment is a gas controlled type output stabilized gas laser device in which two variable volume gas chambers 4′a and 4′b are incorporated in a laser tube 1 as an example having a plurality of variable volume gas chambers. The configuration of the apparatus is the same as that of the first embodiment except that the number of variable volume gas chambers 4 and the type of gas used in the gas supply / exhaust control device 16 ′ are two types. When a plurality of variable volume gas chambers 4'a and 4'b are provided, there is an advantage that control of the pressure (density) of the laser gas 5 and replenishment of a specific component of the laser gas 5 consumed by laser oscillation can be separately performed. .

【0052】図14を用いて、体積可変ガス室4'a、
4'bにおけるレーザガス5の圧力(密度)制御方法およ
びレーザガス5の成分補充方法を示す。以下簡単のた
め、二個の体積可変ガス室4をガス室4'a、ガス室4'b
で示し、ガス室4'aはレーザガス5の圧力(密度)制御
用、ガス室4'bはレーザガス5の特定成分補充用とす
る。
Referring to FIG. 14, the variable volume gas chamber 4'a,
The method of controlling the pressure (density) of the laser gas 5 and the method of replenishing the components of the laser gas 5 at 4′b are shown. Hereinafter, for the sake of simplicity, two variable volume gas chambers 4 are defined as a gas chamber 4'a and a
The gas chamber 4'a is used for controlling the pressure (density) of the laser gas 5, and the gas chamber 4'b is used for replenishing a specific component of the laser gas 5.

【0053】まず、ガス室4'bにはガスが充填されてい
ない(a)の状態から始める。ガス室4'bにレーザガス
5の補充成分を供給するには、レーザ出力が変化しない
ように、レーザ出力をモニターしながら、(b)のよう
に、ガス室4'a内のガス圧力の調整(矢印33)および
排気(矢印78)と同時に、ガス室4'bにレーザガスの
補充成分であるガスを送気(矢印79)する。そして、
(c)のように、所定量の補充成分ガスがガス室4'bに
充填されたなら、ガス室4'bとガス送排気制御装置1
6’の中の補充ガス成分供給源とを遮断し、レーザ出力
をモニターしながら(d)、(e)のように、ガス室
4'bのガス放出用電磁弁74を開くことにより、ガス放
出口75からガス室4'bに充填した補充成分ガスをレー
ザ管1内へ随時放出する。場合によっては、レーザ出力
揺らぎを抑えるためにガス室4'aへの送気(矢印80)
を組合せれば良い。
First, the process is started from the state (a) in which the gas is not filled in the gas chamber 4'b. In order to supply the replenishment component of the laser gas 5 to the gas chamber 4'b, while monitoring the laser output so that the laser output does not change, the gas pressure in the gas chamber 4'a is adjusted as shown in FIG. At the same time as (arrow 33) and evacuation (arrow 78), a gas that is a supplementary component of the laser gas is supplied to the gas chamber 4'b (arrow 79). And
As shown in (c), when a predetermined amount of the replenishment component gas is filled in the gas chamber 4′b, the gas chamber 4′b
By shutting off the supply source of the replenishing gas component in 6 ′ and monitoring the laser output, the gas discharge solenoid valve 74 of the gas chamber 4′b is opened as shown in FIGS. The replenishment component gas filled in the gas chamber 4 ′ b is discharged from the discharge port 75 into the laser tube 1 as needed. In some cases, air is supplied to gas chamber 4'a to suppress laser output fluctuation (arrow 80).
Should be combined.

【0054】以上の方法により、レーザ出力を低下させ
ることなく、不足ガス成分の補充を速やかに実施でき、
レーザガスの特定のガス成分の不足を回復できる。ま
た、レーザガス5の部分交換に、ガス給排装置6を組合
せて動作させれば、さらに、長時間のレーザ出力安定化
制御も可能となる。
According to the above method, the shortage gas component can be quickly replenished without lowering the laser output.
The deficiency of a specific gas component of the laser gas can be recovered. Further, by operating the gas supply / discharge device 6 in combination with the partial replacement of the laser gas 5, it is possible to further stabilize the laser output for a longer time.

【0055】図15に、二重構造の体積可変ガス室4''
を示す。これは、体積可変ガス室4の体積変化用のガス
を、本発明の第三の実施例で示したように、レーザガス
の補充ガスとして使用する場合、袋型あるいはピストン
型の方式では、ガス室自体に元の形に戻ろうとする復元
力がないため、ガス放出用電磁弁74を開いても、体積
可変ガス室4の内部ガスがレーザガス5の中に速やかに
放出されないことに対処するためのものである。(a)
は袋を二重構造とした体積可変ガス室4''である。一方
の袋39aをレーザガス5の圧力(密度)制御用とガス
室からのレーザガス成分の追出し用、他方の袋39bを
レーザガス成分の補充用として使用すれば、この問題が
解決できる。すなわち、袋39bに所定のレーザガス成
分81を充填したなら、次に、袋39aへガス送排気用
配管17’によりガス室体積変化用のガス82を送れ
ば、袋39b内の補充ガス成分81は押し出されること
になる。また、ピストン型では、(b)のように、図1
4までに示したように、レーザガス5に接するピストン
の側に、ガス室内の補充ガス成分81を押し出すように
動作させるためのもう一つシリンダ35aを設けてやれ
ば良い。従って、(b)の場合には、レーザガス5の圧
力(密度)制御用として、もう一つの体積可変ガス室
4''aが必要である。但し、(a)(b)ともに、補充
ガス成分81の追出し時には、レーザガス5の圧力(密
度)が変動して、レーザ出力が不安定とならないように
注意しなければならない。また、ベローズ型、風船型の
ように、体積可変ガス室自体に復元力がある場合には、
ガス室を二重にする必要はなく、その復元力を利用して
ガス室内部のガスをレーザ管内に放出できる。この時
も、やはりレーザガス5の圧力(密度)が変動しないよ
うに配慮しなければならない。
FIG. 15 shows a variable volume gas chamber 4 ″ having a double structure.
Is shown. This is because when the gas for changing the volume of the variable volume gas chamber 4 is used as a replenishing gas for the laser gas as shown in the third embodiment of the present invention, the gas chamber in the bag type or piston type is used. In order to cope with the fact that the gas inside the variable volume gas chamber 4 is not quickly discharged into the laser gas 5 even when the gas discharge solenoid valve 74 is opened, there is no restoring force to return to the original shape. Things. (A)
Is a variable volume gas chamber 4 ″ having a double bag structure. This problem can be solved by using one bag 39a for controlling the pressure (density) of the laser gas 5 and for purging out the laser gas component from the gas chamber, and using the other bag 39b for replenishing the laser gas component. That is, if the bag 39b is filled with the predetermined laser gas component 81, and then the gas 82 for changing the volume of the gas chamber is sent to the bag 39a by the gas supply / exhaust pipe 17 ', the replenishment gas component 81 in the bag 39b is It will be pushed out. In the case of the piston type, as shown in FIG.
As shown in FIGS. 4A and 4B, another cylinder 35a for operating to push out the replenishment gas component 81 in the gas chamber may be provided on the side of the piston in contact with the laser gas 5. Therefore, in the case of (b), another variable volume gas chamber 4 ″ a is required for controlling the pressure (density) of the laser gas 5. However, in both (a) and (b), when the replenishment gas component 81 is expelled, care must be taken so that the pressure (density) of the laser gas 5 fluctuates and the laser output does not become unstable. In addition, when the variable volume gas chamber itself has a restoring force, such as a bellows type or balloon type,
The gas chamber does not need to be doubled, and the gas in the gas chamber can be discharged into the laser tube using the restoring force. At this time as well, care must be taken so that the pressure (density) of the laser gas 5 does not fluctuate.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明によれば、特に、パルス発振レー
ザにおける従来の電源系制御ではレーザ出力PLがある
値ΔPLステップ毎にしか制御できない欠点を、レーザ
ガスの圧力を調整することにより、レーザ出力量の連続
高速制御が可能なので、ガスレーザの高精度出力安定化
が比較的安価に実現できる。
According to the present invention, in particular, the deficiencies of the prior art which can only be controlled for each value [Delta] P L steps that the laser output P L denotes a power system control in a pulsed laser, by adjusting the pressure of the laser gas, Since continuous high-speed control of the laser output is possible, high-precision output stabilization of the gas laser can be realized at relatively low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明であるガス制御式出力安定化ガスレーザ
装置の全体構成(第一の実施例)を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration (first embodiment) of a gas controlled output stabilized gas laser device according to the present invention.

【図2】本発明で応用したレーザガス圧力(密度)とレ
ーザ出力の関係を示す特性曲線図。
FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing a relationship between laser gas pressure (density) and laser output applied in the present invention.

【図3】本発明に用いる体積可変ガス室の形状を示す断
面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a shape of a variable volume gas chamber used in the present invention.

【図4】ガスの送排気による体積可変ガス室の体積制御
方法を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a method of controlling the volume of a variable volume gas chamber by sending and discharging gas.

【図5】ガス送排気制御装置を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a gas supply / exhaust control device.

【図6】熱によるガスの膨張収縮による体積可変ガス室
の体積制御方法を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a method of controlling the volume of a variable volume gas chamber by expansion and contraction of gas by heat.

【図7】熱による形状記憶合金の変形による体積可変ガ
ス室の体積制御方法を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a method of controlling the volume of the variable volume gas chamber by deforming the shape memory alloy by heat.

【図8】モータの機械的運動による体積可変ガス室の体
積制御方法を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a method of controlling the volume of a variable volume gas chamber by mechanical movement of a motor.

【図9】ガス制御式出力安定化ガスレーザ装置の全体構
成(第二の実施例)を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration (second embodiment) of a gas controlled output stabilized gas laser device.

【図10】体積可変ガス室を用いたレーザガスの部分交
換方法を示す断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for partially exchanging a laser gas using a variable volume gas chamber.

【図11】ガス放出口を備えた体積可変ガス室を示す断
面図。
FIG. 11 is a sectional view showing a variable volume gas chamber provided with a gas discharge port.

【図12】体積可変ガス室の高速ガス放出高速化対策を
示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a measure for increasing the speed of high-speed gas release from the variable volume gas chamber.

【図13】体積可変ガス室を二個備えたガス制御式出力
安定化ガスレーザ装置の全体構成(第三の実施例)を示
す図。
FIG. 13 is a diagram showing an overall configuration (third embodiment) of a gas controlled output stabilized gas laser device including two variable volume gas chambers.

【図14】二個の体積可変ガス室を利用したレーザガス
成分補充法を示す断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing a laser gas component replenishment method using two variable volume gas chambers.

【図15】内部ガス追出し機構を有する体積可変ガス室
を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing a variable volume gas chamber having an internal gas purging mechanism.

【図16】ハロゲンガス注入型出力安定エキシマレーザ
装置の従来例を示す全体構成図。
FIG. 16 is an overall configuration diagram showing a conventional example of a halogen gas injection type output stable excimer laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ管、2…主電極、3…循環ファン、4…体積
可変ガス室、5…レーザガス、6…レーザガス給排装
置、7…ガス圧力計、8…透過窓、9…レーザ電源、1
0…高圧電線、11…軸受支持部、12…循環ファン用
モータ、13…磁気カップリング、14…動力軸、15
…放電部、16…ガス室体積制御装置、16’…ガス送
排気制御装置、17…ガス室体積制御伝達系、17’…
ガス送排気用配管、18…光軸、19…全反射鏡、20
…出力鏡、21、21’、21''…レーザビーム、22
…ビームスプリッタ、23…レーザパワーメータ、24
…レーザガス給排用ガス管、25…レーザガス制御信号
線、26…ガス圧力信号線、27…電源制御信号線、2
8…循環ファン用モータ回転制御信号線、29…ガス室
体積制御信号線、30…レーザ出力信号線、31…レー
ザ出力制御装置、32…信号の流れを示す矢印、33…
ガス室体積制御装置の作用を示す矢印、33’…ガスの
送排気の方向を示す矢印、34…レーザガスの流れを示
す矢印、35…シリンダ、36…ピストン、37…ベロ
ーズ、38…風船、39…袋、40…体積可変ガス室の
変形の方向を示す矢印、41…ガス供給源、42…ガス
ポンプ、43…電磁弁、44…マスフローコントロー
ラ、45…ガス処理装置、46…排気管、47…断熱
材、48…加熱部、49…冷却部、50…熱交換部、5
1…冷却管、52…熱制御装置、53…熱媒体用配管、
54…ピストン内面、55…シリンダ端面、56…形状
記憶合金、57…形状記憶合金でできたバネ、58…体
積制御用モータ、59…体積制御用モータの回転出力
軸、60…歯車、61…減速歯車、62…ねじ、63…
ガス室体積制御用回転軸、64…スライド可能な構造、
65…レーザ管の外壁、66…止めねじ、67…レーザ
管の内壁、68…レーザ管に接するベローズの端面、6
9…レーザガス側のベローズの端面、70回転可能な構
造、71…ガス室体積制御用回転軸の回転、72…送り
機構、73…レーザガス導通管、74…ガス放出用電磁
弁、75…ガス放出口、76…隔壁、77…バネ、78
…ガス室からの排気を示す矢印、79…レーザ管へのガ
ス供給を示す矢印、80…ガス室への送気を示す矢印、
81…補充ガス成分、82…ガス室体積変化用のガス、
83…ガス容器、101…レーザ管、102…ガス配
管、103…レーザガス排気系、104…希ガス・バッ
ファガス充填系、105…ハロゲンガス注入系、106
…レーザガス、107…レーザビーム、108…出力
窓、109…全反射ミラー、110…出力ミラー、11
1…ビームスプリッタ、112…パワーメータ、113
…エキシマレーザ出力制御装置、114…レーザ出力信
号ライン、115…レーザ電源、116…レーザ電源制
御用ライン、117…レーザ出力制御用ライン、118
…ガス流量調節器、119…電磁弁、120…ハロゲン
ガスボンベ、121…ガス流量調節器制御信号ライン、
122…電磁弁制御信号ライン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser tube, 2 ... Main electrode, 3 ... Circulation fan, 4 ... Variable volume gas chamber, 5 ... Laser gas, 6 ... Laser gas supply / discharge device, 7 ... Gas pressure gauge, 8 ... Transmission window, 9 ... Laser power supply, 1
0: High-voltage electric wire, 11: Bearing support, 12: Motor for circulation fan, 13: Magnetic coupling, 14: Power shaft, 15
... discharge unit, 16 ... gas chamber volume control device, 16 '... gas sending and discharging control device, 17 ... gas chamber volume control transmission system, 17' ...
Gas supply / exhaust piping, 18: optical axis, 19: total reflection mirror, 20
... Output mirror, 21, 21 ', 21''... Laser beam, 22
… Beam splitter, 23… Laser power meter, 24
… Laser gas supply / discharge gas pipe, 25… Laser gas control signal line, 26… Gas pressure signal line, 27… Power control signal line, 2
8 ... circulation fan motor rotation control signal line, 29 ... gas chamber volume control signal line, 30 ... laser output signal line, 31 ... laser output control device, 32 ... arrow showing signal flow, 33 ...
Arrows indicating the operation of the gas chamber volume control device, 33 '... Arrows indicating the direction of gas sending and discharging, 34 ... Arrows indicating the flow of laser gas, 35 ... Cylinders, 36 ... Pistons, 37 ... Bellows, 38 ... Balloons, 39 ... bag, 40 ... arrow indicating the direction of deformation of the variable volume gas chamber, 41 ... gas supply source, 42 ... gas pump, 43 ... solenoid valve, 44 ... mass flow controller, 45 ... gas processing device, 46 ... exhaust pipe, 47 ... Insulation material, 48 heating unit, 49 cooling unit, 50 heat exchange unit, 5
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cooling pipe, 52 ... Heat control device, 53 ... Heat medium piping,
54: piston inner surface, 55: cylinder end surface, 56: shape memory alloy, 57: spring made of shape memory alloy, 58: volume control motor, 59: rotary output shaft of volume control motor, 60: gear, 61 ... Reduction gear, 62 ... screw, 63 ...
Rotating shaft for gas chamber volume control, 64 ... Slidable structure,
65: outer wall of laser tube, 66: set screw, 67: inner wall of laser tube, 68: end face of bellows in contact with laser tube, 6
9: End face of bellows on the laser gas side, 70 rotatable structure, 71: Rotation of rotating shaft for gas chamber volume control, 72: Feeding mechanism, 73: Laser gas conducting tube, 74: Solenoid valve for gas release, 75: Gas release Outlet, 76 ... partition wall, 77 ... spring, 78
... arrows indicating exhaust from the gas chamber, 79 ... arrows indicating gas supply to the laser tube, 80 ... arrows indicating air supply to the gas chamber,
81: replenishing gas component, 82: gas for changing the volume of the gas chamber,
83: gas container, 101: laser tube, 102: gas pipe, 103: laser gas exhaust system, 104: rare gas / buffer gas filling system, 105: halogen gas injection system, 106
... Laser gas, 107 ... Laser beam, 108 ... Output window, 109 ... Total reflection mirror, 110 ... Output mirror, 11
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Beam splitter, 112 ... Power meter, 113
... excimer laser output control device, 114 ... laser output signal line, 115 ... laser power supply, 116 ... laser power control line, 117 ... laser output control line, 118
... gas flow controller, 119 ... solenoid valve, 120 ... halogen gas cylinder, 121 ... gas flow controller control signal line,
122: solenoid valve control signal line.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川久保 幸雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−47786(JP,A) 実開 昭62−201960(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Yukio Kawakubo 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-59-47786 (JP, A) 201960 (JP, U)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ管と、 レーザ管内にレーザガスを供給し、および、レーザ管内
からレーザガスを排気するレーザガス給排気装置と、 レーザ出力をモニターするレーザパワーメータと、 レーザ管内のレーザガスに接する部分に設けられ、その
少なくとも一部の隔壁を変位することにより体積を変更
する体積可変ガス室と、 上記レーザパワーメータからの入力に基づきレーザ出力
を算出し、上記算出されたレーザ出力と、予め定められ
る目標出力との間の偏差が、予め設定される設定値以下
に収まるように、上記体積可変ガス室を操作してレーザ
出力を制御するレーザ出力制御装置とを備えるガスレー
ザ装置におけるレーザガスの交換方法において、 先ず、レーザ管内からレーザガスを排気すると共に、上
記体積可変ガス室の体積を縮小する第一手順を行い、次
に、レーザ管内へレーザガスを供給すると共に、上記体
積可変ガス室の体積を拡大する第二手順を行い、上記第
一手順および第二手順における、レーザガスの排気と体
積可変ガス室の体積縮小、および、レーザガスの供給と
体積可変ガス室の体積拡大を、それぞれ上記算出される
レーザ出力と上記目標出力との偏差が、上記設定値を越
えないように制御して進行し、ガスレーザ装置の動作中
に、レーザ出力を一定に保った状態で、レーザ管内のレ
ーザガスを部分的に交換することを特徴とするレーザガ
ス交換方法。
1. A laser tube, a laser gas supply / exhaust device for supplying a laser gas into the laser tube and exhausting the laser gas from the laser tube, a laser power meter for monitoring a laser output, and a portion in contact with the laser gas in the laser tube. A variable volume gas chamber provided to change the volume by displacing at least a part of the partition wall; calculating a laser output based on an input from the laser power meter; and calculating the calculated laser output. In a method of exchanging a laser gas in a gas laser device comprising: a laser output control device that controls the laser output by operating the variable volume gas chamber so that the deviation from the target output falls within a preset value or less. First, the laser gas is evacuated from the laser tube, and the volume of the variable volume gas chamber is reduced. Performing a first procedure, and then supplying a laser gas into the laser tube, and performing a second procedure for expanding the volume of the variable volume gas chamber. Exhausting and reducing the volume of the laser gas in the first procedure and the second procedure. The volume reduction of the variable gas chamber, and the supply of the laser gas and the volume expansion of the volume variable gas chamber are controlled and controlled so that the deviation between the calculated laser output and the target output does not exceed the set value. And a method of exchanging the laser gas in the laser tube partially while maintaining a constant laser output during operation of the gas laser device.
【請求項2】レーザ管と、 レーザガス給排気装置と、 レーザ出力をモニターするためのレーザパワーメータ
と、 レーザ管内のレーザガスに通じる部分に設けられる体積
可変ガス室と、 体積可変ガス室の体積を変える手段と、 体積可変ガス室の体積を操作してレーザ出力を制御する
レーザ出力制御装置とを備え、 体積可変ガス室の体積を変える手段は、上記可変体積ガ
ス室の少なくとも一部に物理作用を与えて、上記可変体
積ガス室の体積を変え、 上記レーザ出力制御装置は、上記レーザパワーメータの
出力に基づきレーザ出力を算出し、上記算出されたレー
ザ出力と、予め定められる目標出力との間に、予め設定
される値を越える偏差が生じると、上記体積可変ガス室
の体積を変える手段を介し、上記体積可変ガス室の体積
を操作して、レーザ出力を制御するレーザ装置におい
て、 上記レーザ出力制御装置は、レーザガス交換に際して、 上記レーザガス給排気装置にレーザ管内からレーザガス
の排気を命令すると共に、上記体積可変ガス室の体積
を、上記偏差が設定値以下に収まるように、上記体積可
変ガス室の体積を変える手段によって縮小させること、
および、 上記レーザガス給排気装置にレーザ管内にレーザガスの
供給を命令すると共に、上記体積可変ガス室の体積を、
上記偏差が設定値以下に収まるように、上記体積可変ガ
ス室の体積を変える手段によって拡大させることを行っ
て、レーザガスの部分交換の制御を行うことを特徴とす
るガスレーザ装置。
2. A laser tube, a laser gas supply / exhaust device, a laser power meter for monitoring a laser output, a variable volume gas chamber provided in a portion of the laser tube communicating with the laser gas, and a variable volume gas chamber. Means for changing the volume of the variable volume gas chamber, and a laser output control device for controlling the laser output by controlling the volume of the variable volume gas chamber. And changing the volume of the variable volume gas chamber, the laser output control device calculates a laser output based on the output of the laser power meter, and the calculated laser output and the predetermined target output In the meantime, if a deviation exceeding a preset value occurs, via the means for changing the volume of the variable volume gas chamber, operate the volume of the variable volume gas chamber, In the laser device for controlling a laser output, the laser output control device instructs the laser gas supply / exhaust device to exhaust the laser gas from inside the laser tube at the time of laser gas exchange, and sets the volume of the volume variable gas chamber to the deviation. Reducing the volume of the variable volume gas chamber by means of changing the volume of the variable volume gas chamber so as to be less than the value,
And, while instructing the laser gas supply and exhaust device to supply the laser gas into the laser tube, the volume of the variable volume gas chamber,
A gas laser apparatus characterized in that a part of the variable volume gas chamber is enlarged by means for changing the volume of the variable volume gas chamber so as to control the partial replacement of the laser gas so that the deviation falls within a set value or less.
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