JP2611518B2 - パルスガスレーザ装置 - Google Patents

パルスガスレーザ装置

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JP2611518B2 JP23208490A JP23208490A JP2611518B2 JP 2611518 B2 JP2611518 B2 JP 2611518B2 JP 23208490 A JP23208490 A JP 23208490A JP 23208490 A JP23208490 A JP 23208490A JP 2611518 B2 JP2611518 B2 JP 2611518B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルスガスレーザ装置に関する。
〔従来の技術〕
従来のパルスガスレーザ装置については、1989年、1
月発行の「ジャーナル・オブ・アプライド・フィジック
ス(JOUNAL OF APPLIED PHYSICS)」第65巻、第1号、2
2ページから26ページに掲載されている文献に詳細に記
述されている。この文献に記載されている従来のパルス
ガスレーザ装置を第3図に示す。
このパルスガスレーザ装置は、第3図に示すように、
レーザガスを満し、レーザ光の発振を得るための一対の
レーザ電極11を内包したレーザ管10と、スイッチング素
子15、主コンデンサ16、ピーキングコンデンサ14、充電
抵抗35からなるレーザガスをグロー放電させるためのレ
ーザガス放電回路36と、レーザガス放電回路36を充電す
るための高電圧電源18と、グロー放電が形成された後に
パルス充電回路19によりパルス充電されたエネルギーを
一対のレーザ電極間の放電空間24に供給するためのPFN
回路20と、放電が開始するまで高インダクタンスに維持
されている磁気スイッチ40とを有している。
このような従来のパルスガスレーザ装置では、前記文
献に記載されているように、スイッチング素子15により
高電圧電源18から主コンデンサ16に充電された電荷を放
電させ、レーザ電極11にPFN電圧と逆の極性を持つPFN充
電電圧の3倍以上の高電圧を印加し、レーザ管内のレー
ザガスをグロー放電させ、予めパルス充電回路19により
充電されたPFN回路20によりレーザ光発振させるための
エネルギーを供給している。このときPFN回路20とレー
ザ電極11の間には、レーザガスが放電するまでの間高イ
ンダクタンスに維持された磁気スイッチ40が挿入されて
いるので、主コンデンサ16から放電したエネルギーはPF
N回路20へは流れ込まず、ピーキングコンデンサ14に移
行するため、効率よくレーザガスをグロー放電させるこ
とができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、磁気スイッチを用いた従来のパルスガスレ
ーザ装置では、レーザガス放電回路により、配電開始電
圧以上の電圧を印加するために、高電圧を充電しなけれ
ばならず、スイッチング素子の負担が大きくなるので、
スイッチング素子としてサイラトロンの使用が難しく高
繰り返し動作が困難である欠点があった。
本発明の目的は、レーザガス放電回路によるレーザガ
スを放電させるという役割を損なうことなく、レーザガ
ス放電回路の充電電圧を低減でき、スイッチング素子と
してサイラトロンの使用が容易で、高繰り返し動作が可
能なパルスガスレーザ装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によるパルスガスレーザ装置は、レーザ光の発
振を得るためのレーザ電極対、レーザガスをグロー放電
させるためのレーザガス放電回路、前記レーザガス放電
回路を充電するための高電圧電源を有し、グロー放電が
形成された後にパルス充電により充電されたエネルギー
を前記レーザ電極対間の放電空間に供給するためのPFN
回路と、前記PFN回路を充電するためのパルス充電回
路、及び前記レーザ電極対とPFN回路間に挿入された磁
気スイッチを備えたパルスガスレーザ装置であって、前
記レーザ電極対に並列に接続したピーキングコンデンサ
と、前記ピーキングコンデンサに並列に接続した、スイ
ッチング素子と主コンデンサ、インダクタの直列回路か
らなるレーザガス放電回路を有し、 前記、磁気スイッチに次式で表す断面積Aを持つ磁性
体を使用したことを特徴としている。
但し、A:断面積、VB:放電開始電圧、VP:PFN充電電
圧、 N:巻線の巻数、ΔB:磁性体の磁束密度変化 Δt1=π(LCa1/2、Ca=C0CP/(C0+CP) L:インダクタのインダクタンス、C0:主コンデンサの容
量 CP=ピーキングコンデンサの容量 第2の発明のパルスガスレーザ装置は、前述のパルス
ガスレーザにおいて、前記レーザ電極に並列に接続し
た、第1のコンデンサと第2のコンデンサを直列に接続
したピーキングコンデンサ部と、前記第1のコンデンサ
に並列に接続した、スイッチング素子とインダクタの直
列回路からなるレーザガス放電回路を有し、前記、磁気
スイッチに次式を満す断面積Aを持つ磁性体を使用した
ことを特徴としている。
但し、A:断面積、VB:放電開始電圧、VP:PFN充電電
圧、 N:巻線の巻数、ΔB:磁性体の磁束密度変化 Δt2=π(LC11/2、 L:インダクタのインダクタンス、 C1:第1のコンデンサの容量 〔作用〕 本発明によるパルスガスレーザ装置においては、レー
ザガス放電回路におけるスイッチング素子が導通を開始
すると、レーザ電極に次式で表される電圧VD1が印加さ
れる。
但し、C0:主コンデンサの容量、CP:ピーキングコンデ
ンサの容量 ω=C0CP/(CO+CP)、V0:C0の充電電圧 VP:PFNの充電電圧 通常は、VD1が放電開始電圧以上になるように、充電
電圧V0以上にする必要があるが、磁気スイッチの磁性体の断面
積Aが次式を満すように、設計されているので、 但し、A:断面積、VB:放電開始電圧、VP:PFN充電電
圧、 N:巻線の巻数、ΔB:磁性体の磁束密度変化 Δt1=π(LCa1/2、Ca=C0CP/(C0+CP) L:インダクタのインダクタンス、C0:主コンデンサの容
量 CP:ピーキングコンデンサの容量 主コンデンサの充電電圧VOが、 であっても、磁気スイッチは、放電開始電圧以前に飽和
し、ピーキングコンデンサの電圧が反転し始め、次式を
満す電圧VD2を得ることができる。
(1/3)VB+2VP<VD2<VB+2VP 通常、放電開始電圧は、PFNの充電電圧の3倍程度で
あるので、主コンデンサの充電電圧V0以下でも、放電開始電圧以上の電圧が得られる。
これにより、スイッチング素子の負担を低減できる。
また、レーザ電極に並列に接続した、第1のコンデン
サと第2のコンデンサの直列回路と、第1のコンデンサ
に並列に接続した、スイッチング素子とインダクタを直
列回路を有した本発明のパルスガスレーザにおいては、
レーザガス放電回路が放電を開始すると、レーザ電極に
次式で表されるPFN充電電圧と逆の極性の電圧が印加さ
れる。
但し、C1:第1のコンデンサの容量、C2:第2のコンデ
ンサの容量 ω=C1C2/(C1+C2)、V0:C1,C2の充電電圧 VP:PFNの充電電圧 これも、VDが放電開始電圧以上になるように、充電電
圧V0を(1/2)VB以上にする必要があるが、磁気スイッ
チの磁性体の断面積Aが次式を満すように、設計されて
いるので、 但し、A:断面積、VB:放電開始電圧、VP:PFN充電電
圧、 N:巻線の巻数、ΔB:磁性体の磁束密度変化 Δt2=π(LC11/2、 L:インダクタのインダクタンス、 C1:第1のコンデンサの容量 第1のコンデンサと第2のコンデンサの充電電圧が (1/6)VB<V0<(1/2)VB であっても、磁気スイッチは、放電開始電圧以前に飽和
し、ピーキングコンデンサ部の電圧が反転し始め、次式
を満す電圧VD2を得ることができる。
(1/3)VB+2VP<VD2<VB+2VP 従って、第1のコンデンサと第2のコンデンサの充電
電圧が(1/2)VB以下でも、放電開始電圧以上の電圧が
得られる。これにより、スイッチング素子としてサイラ
トロンの使用が容易で、高繰り返し動作が可能なパルス
ガスレーザを提供できる。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第1図,第2図は、本発明を用いたパルスガスレーザ
装置の一実施例である。
第1図に示した第一の発明を用いたパルスガスレーザ
装置は、図示の如く、レーザガスを満し、レーザ光の発
振を得るためのレーザ電極11を内包したレーザ管10と、
スイッチング素子15、主コンデンサ16、インダクタ13、
ピーキングコンデンサ14を直列に接続した閉回路で、か
つ、ピーキングコンデンサがレーザ電極に並列に接続し
た回路で構成されたレーザガス放電回路17と、レーザガ
ス放電回路17を充電するための高電圧電源18と、グロー
放電が形成された後にパルス充電回路19により充電され
たエネルギーを一対のレーザ電極間の放電空間24に供給
するためのPFN回路20と、レーザ電極11とPFN回路20の間
に挿入された、次式を満す断面積Aの磁性体を持つ磁気
スイッチ21とにより構成される。
但し、A:断面積、VB:放電開始電圧、VP:PFN充電電
圧、 N:巻線の巻数、ΔB:磁性体の磁束密度変化 Δt1=π(LCa1/2、Ca=C0CP/(C0+CP) L:インダクタのインダクタンス、CO:主コンデンサの容
量 CP:ピーキングコンデンサの容量 この第1の発明によるパルスガスレーザ装置において
は、主コンデンサ16の充電電圧V0が、 であっても、磁気スイッチ21は、放電開始電圧以前に飽
和し、ピーキングコンデンサ14の電圧が反転し始め、次
式で表される電圧VD2を得ることができる。
(1/3)VB+2VP<VD2<VB+2VP 従って、主コンデンサ16の充電電圧が 以下でも、放電開始電圧以上の電圧が得られるので、レ
ーザガスを放電させるという役割を損なうことなく、主
コンデンサ16の充電電圧を低減でき、スイッチング素子
としてサテラトロンの使用が容易で、高繰り返しが可能
なパルスガスレーザ装置を提供できる。
第2図に示した第2の発明を用いたパルスガスレーザ
装置では、図示の如く、レーザ光の発振を得るためのレ
ーザ電極11、第1のコンデンサ22と第2のコンデンサ23
を直列に接続したピーキングコンデンサ部14aと、第1
のコンデンサ22に並列に接続した、スイッチング素子15
とインダクタ13の直列回路から構成された、レーザガス
をグロー放電させるためのレーザガス放電回路17、及び
レーザガス放電回路17を充電するための高電圧電源18、
グロー放電が形成された後にパルス充電回路19により充
電されたエネルギーをレーザ電極11に供給するためのPF
N回路20、レーザ電極11とPFN回路20間に挿入された、次
式を満す断面積Aの磁性体を持つ磁気スイッチ21により
構成される。
但し、A:断面積、VB:放電開始電圧、VP:PFN充電電
圧、 N:巻線の巻数、ΔB:磁性体の磁束密度変化 Δt2=π(LC11/2、 L:インダクタのインダクタンス、 C1:第1のコンデンサの容量 この第2の発明によるパルスガスレーザにおいては、
第1のコンデンサ22と第2のコンデンサ23の充電電圧VO
が、 (1/6)VB+V0<(1/2)VB であっても、磁気スイッチは、放電開始電圧以前に飽和
し、ピーキングコンデンサ部14aの電圧が反転し始め、
次式を満す電圧VD2を得ることができる。
(1/3)VB+2VP<VD2<VB+2VP 従って、第1のコンデンサ22の第2のコンデンサ23の
充電電圧が(1/2)VB以下でも、放電開始電圧以上の電
圧が得られ、かつ、第1の発明にたいし、充電電圧を1/
2程度にすることができる。これにより、レーザガスを
放電させるという役割を損なうことなく、主コンデンサ
16の充電電圧を低減でき、スイッチング素子としてサイ
ラトロンの使用が容易で、高繰り返しが可能なパルスガ
スレーザ装置を提供できる。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、レーザガス放電
回路の印加電圧を犠牲にすることなく、スイッチング素
子に印加される電圧を低減できるので、スイッチング素
子としてサイラトロンの使用が容易で、高繰り返し動作
が可能なパルスガスレーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明のパルスガスレーザ装置の一実施例
を示す図、第2図は第2の発明のパルスガスレーザ装置
の一実施例を示す図、第3図は従来のパルスガスレーザ
装置を示す図である。 11……レーザ電極、13……インダクタ、14……ピーキン
グコンデンサ、15……スイッチング素子、16……主コン
デンサ、17……レーザガス放電回路、18……高電圧電
源、19……パルス充電回路、20……PFN回路、21……磁
気スイッチ、22……第1のコンデンサ、23……第2のコ
ンデンサ、24……放電空間。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザガスを満し、レーザ光の発振を得る
    ための一対のレーザ電極を内包したレーザ管、レーザガ
    スをグロー放電させるためのレーザガス放電回路、前記
    レーザガス放電回路を充電するための高電圧電源を有
    し、グロー放電が形成された後にパルス充電により充電
    されたエネルギーを前記レーザ電極間の放電空間に供給
    するためのPFN回路、PFN回路を充電するためのパルス充
    電回路、及び前記レーザ電極とPFN回路とを間に挿入さ
    れた磁気スイッチを備えたパルスガスレーザ装置であっ
    て、前記レーザガス放電回路は、レーザ電極に並列に接
    続したピーキングコンデンサと、前記ピーキングコンデ
    ンサに並列に接続した、スイッチング素子と主コンデン
    サ、インダクタの直列回路からなり、前記、磁気スイッ
    チに次式を満す断面積Aを持つ磁性体を使用したことを
    特徴とするパルスガスレーザ装置。 但し、A:断面積、VB:放電開始電圧、VP:PFN充電電圧、 N:巻線の巻数、ΔB:磁性体の磁束密度変化 Δt1=π(LCa1/2、Ca=C0CP/(C0+CP) L:インダクタのインダクタンス、 C0:主コンデンサの容量 CP=ピーキングコンデンサの容量
  2. 【請求項2】レーザガスを満し、レーザ光の発振を得る
    ための一対のレーザ電極を内包したレーザ管、レーザガ
    スをグロー放電させるためのレーザガス放電回路、前記
    レーザガス放電回路を充電するための高電圧電源を有
    し、グロー放電が形成された後にパルス充電により充電
    されたエネルギーを前記レーザ電極間の放電空間に供給
    するためのPFN回路、PFN回路を充電するためのパルス充
    電回路、及び前記レーザ電極とPFN回路との間に挿入さ
    れた磁気スイッチを備えたパルスガスレーザ装置であっ
    て、前記レーザガス放電回路は、前記レーザ電極に並列
    に接続した、第1のコンデンサと第2のコンデンサを直
    列に接続したピーキングコンデンサ部と、前記第1のコ
    ンデンサに並列に接続した、スイッチング素子とインダ
    クタの直列回路からなり、前記、磁気スイッチに次式を
    満す断面積Aを持つ磁性体を使用したことを特徴とする
    パルスガスレーザ装置。 但し、A:断面積、VB:放電開始電圧、VP:PFN充電電圧、 N:巻線の巻数、ΔB:磁性体の磁束密度変化 Δt2=π(LC11/2、 L:インダクタのインダクタンス、 C1:第1のコンデンサの容量
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