JP2712774B2 - レーザ発振装置 - Google Patents
レーザ発振装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレーザ発振装置、とくにその放電励起回路
の改善に関するものである。
の改善に関するものである。
第７図は例えば雑誌（Applied Physics Letter 第43
巻第８号（1983年10月15日）、第735〜737頁）に示され
た従来のレーザ発振装置における放電励起回路を示す回
路構成図である。
巻第８号（1983年10月15日）、第735〜737頁）に示され
た従来のレーザ発振装置における放電励起回路を示す回
路構成図である。
図において、（１）はレーザ筐体、（２）はこのレー
ザ筐体（１）内に所定のガス圧力で封入、もしくは流さ
れているレーザガスである。（３）および（４）はこの
レーザガス（２）の雰囲気中に相対向して配置された第
１、および第２の主電極であり、（５）はこの主電極
（３），（４）の相互間に生起されるレーザ励起放電で
ある。（６）はこの主電極（３），（４）間に並列に接
続されて、それら相互間に急峻なパルス電圧を印加し、
第１、及び第２の主電極（３），（４）間に均一なレー
ザ励起放電（５）を開始させるためのエネルギを供給す
るスパイカコンデンサであり、（７）はこのスパイカコ
ンデンサ（６）をパルス充電するためのスパイカ充電用
電源である。（８）はスパイカ充電用電源（７）を構成
する直流高圧電源、（９）はパルス充電用コンデンサ、
（10）はパルス充電用コンデンサ（９）とスパイカコン
デンサ（６）の間に挿入されるスイッチSW1である。（1
1）は前記第１、及び第２の主電極（３），（４）間に
生起されたレーザ励起放電（５）を維持するための主た
るエネルギを供給するサステイナコンデンサであり、
（12）はサステイナコンデンサ（11）を充電するための
サステイナ充電用電源、（13）はサステイナコンデンサ
（11）に蓄えられたエネルギを第１、及び第２の主電極
（３），（４）間に供給する際のスイッチングを行なう
スイッチング素子である。
ザ筐体（１）内に所定のガス圧力で封入、もしくは流さ
れているレーザガスである。（３）および（４）はこの
レーザガス（２）の雰囲気中に相対向して配置された第
１、および第２の主電極であり、（５）はこの主電極
（３），（４）の相互間に生起されるレーザ励起放電で
ある。（６）はこの主電極（３），（４）間に並列に接
続されて、それら相互間に急峻なパルス電圧を印加し、
第１、及び第２の主電極（３），（４）間に均一なレー
ザ励起放電（５）を開始させるためのエネルギを供給す
るスパイカコンデンサであり、（７）はこのスパイカコ
ンデンサ（６）をパルス充電するためのスパイカ充電用
電源である。（８）はスパイカ充電用電源（７）を構成
する直流高圧電源、（９）はパルス充電用コンデンサ、
（10）はパルス充電用コンデンサ（９）とスパイカコン
デンサ（６）の間に挿入されるスイッチSW1である。（1
1）は前記第１、及び第２の主電極（３），（４）間に
生起されたレーザ励起放電（５）を維持するための主た
るエネルギを供給するサステイナコンデンサであり、
（12）はサステイナコンデンサ（11）を充電するための
サステイナ充電用電源、（13）はサステイナコンデンサ
（11）に蓄えられたエネルギを第１、及び第２の主電極
（３），（４）間に供給する際のスイッチングを行なう
スイッチング素子である。
次に動作について説明する。まず、サステイナ充電用
電源（12）によりサステイナコンデンサ（11）を所定の
充電電圧VPFNに充電する。次にスパイカ充電用電源
（７）によりスパイカコンデンサ（６）を充電する。ス
パイカ充電用電源（７）は直流高圧電源（８）、パルス
充電用コンデンサ（９）、スイッチSW1（10）より構成
される。まず直流高圧電源（８）によりパルス充電用コ
ンデンサ（９）を直流充電しておく。次にスイッチSW1
（10）をON状態にすると、パルス充電用コンデンサ
（９）に蓄えられた電荷は急激にスパイカコンデンサ
（６）に移行され、これに並列に接続された第１、及び
第２の主電極（３），（４）間に急峻なパルス電圧が印
加される。第１、及び第２の主電極（３），（４）間の
電圧がその放電開始電圧Vbに達すると、スパイカコンデ
ンサ（６）に蓄わえられた電荷が一気に第１、及び第２
の主電極（３），（４）間に流れ込み、レーザ励起放電
（５）が開始される。ここで、第１、及び第２の主電極
（３），（４）間に電圧が印加されるのに先立ち、もし
くは電圧が印加されるのと同時に、Ｘ線，紫外線、また
は紫外レーザ光等により、レーザ励起放電（５）の領域
が均一に予備電離されている場合は、レーザ励起に必要
な均一な放電となる。
電源（12）によりサステイナコンデンサ（11）を所定の
充電電圧VPFNに充電する。次にスパイカ充電用電源
（７）によりスパイカコンデンサ（６）を充電する。ス
パイカ充電用電源（７）は直流高圧電源（８）、パルス
充電用コンデンサ（９）、スイッチSW1（10）より構成
される。まず直流高圧電源（８）によりパルス充電用コ
ンデンサ（９）を直流充電しておく。次にスイッチSW1
（10）をON状態にすると、パルス充電用コンデンサ
（９）に蓄えられた電荷は急激にスパイカコンデンサ
（６）に移行され、これに並列に接続された第１、及び
第２の主電極（３），（４）間に急峻なパルス電圧が印
加される。第１、及び第２の主電極（３），（４）間の
電圧がその放電開始電圧Vbに達すると、スパイカコンデ
ンサ（６）に蓄わえられた電荷が一気に第１、及び第２
の主電極（３），（４）間に流れ込み、レーザ励起放電
（５）が開始される。ここで、第１、及び第２の主電極
（３），（４）間に電圧が印加されるのに先立ち、もし
くは電圧が印加されるのと同時に、Ｘ線，紫外線、また
は紫外レーザ光等により、レーザ励起放電（５）の領域
が均一に予備電離されている場合は、レーザ励起に必要
な均一な放電となる。
スパイカコンデンサ（６）に蓄えられたエネルギによ
り、主電極（３），（４）間に均一な放電が開始した時
点で、スイッチング素子（13）をONの状態にする。この
時、サステイナコンデンサ（11）に蓄えられたエネルギ
が主電極（３），（４）間に流れ込み、レーザ発振が開
始する。
り、主電極（３），（４）間に均一な放電が開始した時
点で、スイッチング素子（13）をONの状態にする。この
時、サステイナコンデンサ（11）に蓄えられたエネルギ
が主電極（３），（４）間に流れ込み、レーザ発振が開
始する。
主電極（３），（４）間の電圧をVg,スイッチング素
子（13）を通してサスティナコンデンサ（11）から主電
極（３），（４）間に流れ込む電流をin,レーザ発振パ
ワーをＰとした時の、Vg,in,Pと時間ｔの関係を第８図
に示す。
子（13）を通してサスティナコンデンサ（11）から主電
極（３），（４）間に流れ込む電流をin,レーザ発振パ
ワーをＰとした時の、Vg,in,Pと時間ｔの関係を第８図
に示す。
上記に説明したように、最初にスパイカコンデンサ
（６）により急峻なパルス高電圧を主電極（３），
（４）間に印加し、均一なレーザ励起放電（５）を形成
するとともに、主電極（３），（４）間の放電抵抗を準
定状放電の値まで下げる。次にその抵抗値と同一の特性
インピーダンスを有するサステイナコンデンサ（11）か
らレーザ励起に必要な主たるエネルギを注入する放電回
路方式は、エキシマレーザのような、その放電抵抗が低
いレーザガスに対して効率よくエネルギを注入するのに
有効である。この放電回路方式は一般にスパイカ／サス
テイナ回路方式と呼ばれている。
（６）により急峻なパルス高電圧を主電極（３），
（４）間に印加し、均一なレーザ励起放電（５）を形成
するとともに、主電極（３），（４）間の放電抵抗を準
定状放電の値まで下げる。次にその抵抗値と同一の特性
インピーダンスを有するサステイナコンデンサ（11）か
らレーザ励起に必要な主たるエネルギを注入する放電回
路方式は、エキシマレーザのような、その放電抵抗が低
いレーザガスに対して効率よくエネルギを注入するのに
有効である。この放電回路方式は一般にスパイカ／サス
テイナ回路方式と呼ばれている。
さて、同回路方式において効率的にレーザ励起を行な
うためには、スパイカコンデンサ（６）からのエネルギ
注入により均一な励起放電を開始することが重要とな
る。そのための一つの解決策は、主電極（３），（４）
間に立ち上がりが非常に速い電圧を印加して、直流的な
電圧を印加した際の放電開始電圧に対して十分高い電圧
で放電を開始させることである。
うためには、スパイカコンデンサ（６）からのエネルギ
注入により均一な励起放電を開始することが重要とな
る。そのための一つの解決策は、主電極（３），（４）
間に立ち上がりが非常に速い電圧を印加して、直流的な
電圧を印加した際の放電開始電圧に対して十分高い電圧
で放電を開始させることである。
現状の放電回路における主電極（３），（４）間の電
圧の立ち上がりはパルス充電用コンデンサ（９）からス
パイカコンデンサ（６）における電荷の移行の速度で定
まっている。この内容を定量的に説明するために、放電
回路の等価回路を第９図に示す。同図において、（14）
はスイッチSW1（10）を通してパルス充電用コンデンサ
（９）からスパイカコンデンサ（６）に対して流れる容
量移行電流itのループにおける浮遊のインダクタンス
L1、（15）は電流itのループにおける浮遊の抵抗R1、
（16）はレーザ励起放電（５）に対する等価的なスイッ
チSWd、（17）はレーザ励起放電（５）部周辺に対する
浮遊のインダクタンスLd、（18）はレーザ励起放電
（５）部周辺に対する浮遊の抵抗Rdである。また、（1
9）はサステイナコンデンサ（11）からレーザ励起放電
（５）部に流れる放電電流inのループにおける浮遊のイ
ンダクタンスLS、（20）は電流inのループにおける浮遊
の抵抗RSである。
圧の立ち上がりはパルス充電用コンデンサ（９）からス
パイカコンデンサ（６）における電荷の移行の速度で定
まっている。この内容を定量的に説明するために、放電
回路の等価回路を第９図に示す。同図において、（14）
はスイッチSW1（10）を通してパルス充電用コンデンサ
（９）からスパイカコンデンサ（６）に対して流れる容
量移行電流itのループにおける浮遊のインダクタンス
L1、（15）は電流itのループにおける浮遊の抵抗R1、
（16）はレーザ励起放電（５）に対する等価的なスイッ
チSWd、（17）はレーザ励起放電（５）部周辺に対する
浮遊のインダクタンスLd、（18）はレーザ励起放電
（５）部周辺に対する浮遊の抵抗Rdである。また、（1
9）はサステイナコンデンサ（11）からレーザ励起放電
（５）部に流れる放電電流inのループにおける浮遊のイ
ンダクタンスLS、（20）は電流inのループにおける浮遊
の抵抗RSである。
さて、パルス充電用コンデンサ（９）の最初の充電電
圧をV30とすれば、スパイカコンデンサ（６）の充電電
圧V2がそのピーク電圧に達するまでの平均的な電圧の立
ち上がり、（dV2/dt）aveは で表わされる。ただし、c1,c2,c3は各々コンデンサ（1
1）（６）（９）の容量であり、 とする。
圧をV30とすれば、スパイカコンデンサ（６）の充電電
圧V2がそのピーク電圧に達するまでの平均的な電圧の立
ち上がり、（dV2/dt）aveは で表わされる。ただし、c1,c2,c3は各々コンデンサ（1
1）（６）（９）の容量であり、 とする。
また、R1は十分小さいとして無視した。今、典型的な
値としてL1＝800nH,c2＝c3＝6nF,V30＝50kVを仮定する
と、（dV2/dt）ave＝325kV/μｓとなり、十分速い立ち
上がりとは言えない。立上がりを改善するには、（２）
式から、電流itループの浮遊のインダクタンスL1を小さ
くすることが有効であるが、１秒間に何百回もの高繰り
返し発振を行なう装置では、高速でレーザ励起放電
（５）部にガスを流す必要性から、構造的に困難であっ
た。
値としてL1＝800nH,c2＝c3＝6nF,V30＝50kVを仮定する
と、（dV2/dt）ave＝325kV/μｓとなり、十分速い立ち
上がりとは言えない。立上がりを改善するには、（２）
式から、電流itループの浮遊のインダクタンスL1を小さ
くすることが有効であるが、１秒間に何百回もの高繰り
返し発振を行なう装置では、高速でレーザ励起放電
（５）部にガスを流す必要性から、構造的に困難であっ
た。
従来のレーザ発振装置は以上のように構成されていた
ので、主電極間に印加される電圧の立ち上がりが遅く、
直流的な放電開始電圧に対して十分な過電圧を印加でき
ず、安定した均一なレーザ励起放電を開始できないとい
う問題点があった。
ので、主電極間に印加される電圧の立ち上がりが遅く、
直流的な放電開始電圧に対して十分な過電圧を印加でき
ず、安定した均一なレーザ励起放電を開始できないとい
う問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、安定した均一なレーザ励起放電を実現する
ことにより、高出力、高効率で高信頼なレーザ発振装置
を得ることを目的としている。
れたもので、安定した均一なレーザ励起放電を実現する
ことにより、高出力、高効率で高信頼なレーザ発振装置
を得ることを目的としている。
この発明に係るレーザ発振装置は、スパイカ充電用電
源とサステイナ充電用電源がスパイカコンデンサとサス
テイナコンデンサを互いに逆極性に充電する特性を有す
ると共に、上記サステイナコンデンサが充電状態であ
り、かつ上記スパイカコンデンサが充電される過程で、
上記スパイカコンデンサの充電電圧が第１、及び第２の
主電極間の放電開始電圧に達する以前に、サステイナコ
ンデンサと主電極を接続する回路中に挿入されたスイッ
チング素子がOFF状態からON状態になるようにしたもの
である。また、このような発振装置においては、予備電
離放電部をスパイカコンデンサと並列に接続するとよ
い。
源とサステイナ充電用電源がスパイカコンデンサとサス
テイナコンデンサを互いに逆極性に充電する特性を有す
ると共に、上記サステイナコンデンサが充電状態であ
り、かつ上記スパイカコンデンサが充電される過程で、
上記スパイカコンデンサの充電電圧が第１、及び第２の
主電極間の放電開始電圧に達する以前に、サステイナコ
ンデンサと主電極を接続する回路中に挿入されたスイッ
チング素子がOFF状態からON状態になるようにしたもの
である。また、このような発振装置においては、予備電
離放電部をスパイカコンデンサと並列に接続するとよ
い。
この発明におけるレーザ発振装置では、サステイナコ
ンデンサと主電極を接続する回路中に挿入されたスイッ
チング素子のスイッチングにより、スパイカコンデンサ
が急峻に逆極性に充電され、主電極間に非常に立ち上が
りの速い電圧が印加される。また、予備電離放電部をス
パイカコンデンサと並列に接続することにより、予備電
離量が容易に、かつ簡単な構成により大きくできる。
ンデンサと主電極を接続する回路中に挿入されたスイッ
チング素子のスイッチングにより、スパイカコンデンサ
が急峻に逆極性に充電され、主電極間に非常に立ち上が
りの速い電圧が印加される。また、予備電離放電部をス
パイカコンデンサと並列に接続することにより、予備電
離量が容易に、かつ簡単な構成により大きくできる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、（21）はサステイナ充電用電源（12）に
対して逆極性の充電特性を有するスパイカ逆極性充電用
電源、（22）は逆極性スパイカ充電用電源（21）を実現
する逆極性直流高圧電源である。
１図において、（21）はサステイナ充電用電源（12）に
対して逆極性の充電特性を有するスパイカ逆極性充電用
電源、（22）は逆極性スパイカ充電用電源（21）を実現
する逆極性直流高圧電源である。
第１図の構成は第７図に示した従来例の構成例とほぼ
同一であるが、少なくともスパイカ逆極性充電用電源
（21）の充電極性がサステイナ充電用電源（12）と互い
に逆極性になっている点、およびスイッチング素子（1
3）の動作点において異なる。ここではスパイカ逆極性
充電用電源（21）の極性を従来例に対して反転させた場
合、すなわち、逆極性直流高圧電源（22）の極性を反転
させた場合を仮定して話を進める。その場合の主電極
（３）（４）間電圧Vg、スイッチング素子（13）を通り
サステイナコンデンサ（11）から主電極（３），（４）
間に流れ込む電流in、およびレーザ発振パワーＰを第２
図に示す。
同一であるが、少なくともスパイカ逆極性充電用電源
（21）の充電極性がサステイナ充電用電源（12）と互い
に逆極性になっている点、およびスイッチング素子（1
3）の動作点において異なる。ここではスパイカ逆極性
充電用電源（21）の極性を従来例に対して反転させた場
合、すなわち、逆極性直流高圧電源（22）の極性を反転
させた場合を仮定して話を進める。その場合の主電極
（３）（４）間電圧Vg、スイッチング素子（13）を通り
サステイナコンデンサ（11）から主電極（３），（４）
間に流れ込む電流in、およびレーザ発振パワーＰを第２
図に示す。
以下、この発明の動作について説明する。まず、サス
テイナ充電用電源（12）によりサステイナコンデンサ
（11）を所定の充電電圧VPFNに充電する。次にスパイカ
逆充電用電源（21）の動作によりスパイカコンデンサ
（６）をパルス充電する。その際、主電極（３），
（４）間に印加される電圧Vgの向きは第２図に示すよう
に負の向きとなる。この充電状態を維持する時は、同図
中に示した破線Ａのように電圧Vgが負の向きに増加し、
放電開始電圧Vbに達した時点でレーザ励起放電（５）が
開始されるが、この発明では少なくともVbに達する以前
のVsに達した点で、スイッチング素子（13）をON状態と
する。この時、サステイナコンデンサ（11）に蓄えられ
た電荷が一気にスパイカコンデンサ（６）に流れ込み、
スパイカコンデンサ（６）はサステイナコンデンサと同
一極性で急峻に充電される。そして負の向きにおける放
電開始電圧Vbより絶対値が大きいVb1に達した時点で均
一なレーザ励起放電（５）が開始される。この時、サス
テイナコンデンサ（11）に蓄えられた電荷が主放電部に
流れ込み、レーザ発振が行なわれる。
テイナ充電用電源（12）によりサステイナコンデンサ
（11）を所定の充電電圧VPFNに充電する。次にスパイカ
逆充電用電源（21）の動作によりスパイカコンデンサ
（６）をパルス充電する。その際、主電極（３），
（４）間に印加される電圧Vgの向きは第２図に示すよう
に負の向きとなる。この充電状態を維持する時は、同図
中に示した破線Ａのように電圧Vgが負の向きに増加し、
放電開始電圧Vbに達した時点でレーザ励起放電（５）が
開始されるが、この発明では少なくともVbに達する以前
のVsに達した点で、スイッチング素子（13）をON状態と
する。この時、サステイナコンデンサ（11）に蓄えられ
た電荷が一気にスパイカコンデンサ（６）に流れ込み、
スパイカコンデンサ（６）はサステイナコンデンサと同
一極性で急峻に充電される。そして負の向きにおける放
電開始電圧Vbより絶対値が大きいVb1に達した時点で均
一なレーザ励起放電（５）が開始される。この時、サス
テイナコンデンサ（11）に蓄えられた電荷が主放電部に
流れ込み、レーザ発振が行なわれる。
さて、スイッチング素子（13）がONした状態となり、
スパイカコンデンサ（６）を充電する過程における電圧
の立ち上がりを第９図で示した等価回路で考える。ここ
では、電流inのループの浮遊の抵抗Rsを十分に小さいも
のとして無視する。また、スパイカ逆充電用電源（21）
の影響を無視する。さらにスパイカ／サステイナ回路に
おいて一般に成り立つ仮定であるc1≫c2を想定する。こ
の時、スパイカコンデンサ（６）が回路的にそのピーク
電圧に達するまでの平均的な電圧の立ち上がり（dV2/d
t）aveは で表わされる。ここで典型的な値として、VPFN＝20kV,V
s＝−20kV,Ls＝50nH,c2＝6nFを（３）式に挿入すると （dV2/dt）ave〜1400kV/μｓ が得られることになり、先に（２）式で得た従来方式に
比べ４倍以上速い（dV2/dt）aveが得られることがわか
る。立ち上がりが速くなる主因は、（２）式と（３）式
を比較すると明らかなように、L1に比べLsが構造的に小
さく押さえられることに起因している。この結果、主電
極（３），（４）間に立ち上がりの速い電圧が印加さ
れ、より安定で均一な励起放電が得られるようになる。
そして同一の充電エネルギに対しても高出力、高効率で
かつ再現性の良いレーザ発振出力が得られるようにな
る。
スパイカコンデンサ（６）を充電する過程における電圧
の立ち上がりを第９図で示した等価回路で考える。ここ
では、電流inのループの浮遊の抵抗Rsを十分に小さいも
のとして無視する。また、スパイカ逆充電用電源（21）
の影響を無視する。さらにスパイカ／サステイナ回路に
おいて一般に成り立つ仮定であるc1≫c2を想定する。こ
の時、スパイカコンデンサ（６）が回路的にそのピーク
電圧に達するまでの平均的な電圧の立ち上がり（dV2/d
t）aveは で表わされる。ここで典型的な値として、VPFN＝20kV,V
s＝−20kV,Ls＝50nH,c2＝6nFを（３）式に挿入すると （dV2/dt）ave〜1400kV/μｓ が得られることになり、先に（２）式で得た従来方式に
比べ４倍以上速い（dV2/dt）aveが得られることがわか
る。立ち上がりが速くなる主因は、（２）式と（３）式
を比較すると明らかなように、L1に比べLsが構造的に小
さく押さえられることに起因している。この結果、主電
極（３），（４）間に立ち上がりの速い電圧が印加さ
れ、より安定で均一な励起放電が得られるようになる。
そして同一の充電エネルギに対しても高出力、高効率で
かつ再現性の良いレーザ発振出力が得られるようにな
る。
なお、（３）式から明らかなように、スイッチング素
子（13）をスイッチングする直前のスパイカコンデンサ
（６）の充電電圧Vsは、絶対値として大きい方が主電極
間の電圧の立ち上がりを改善するという意味で良く、少
なくとも本来の放電開始電圧Vbに対して |Vs|0.6×|Vb| の点で動作させることが安定動作を行なう上で、望まし
い。
子（13）をスイッチングする直前のスパイカコンデンサ
（６）の充電電圧Vsは、絶対値として大きい方が主電極
間の電圧の立ち上がりを改善するという意味で良く、少
なくとも本来の放電開始電圧Vbに対して |Vs|0.6×|Vb| の点で動作させることが安定動作を行なう上で、望まし
い。
なお、第１図に示したサステイナ充電用電源（12）、
およびスパイカ逆極性充電用電源（12）の極性は一例で
あり、互いに逆の極性であってもよい。
およびスパイカ逆極性充電用電源（12）の極性は一例で
あり、互いに逆の極性であってもよい。
第３図はこの発明の他の実施例を示すものであり、ス
イッチング素子を、磁気飽和スイッチ（23）により構成
した場合について示し、第４図はこの場合の主電極
（３），（４）間の電圧Vgの時間変化を示している。磁
気飽和スイッチ（23）を用いた場合はサステイナ充電用
電源（12）の動作により、スパイカコンデンサ（６）も
初期状態においてVPFNで充電されている。この状態でも
スパイカ逆充電用電源（21）の動作により、スパイカコ
ンデンサ（６）を負方向に充電することは可能であり、
負方向の放電開始電圧Vbに対し、電圧Vsが主電極
（３），（４）間に印加された時点で、磁気飽和スイッ
チ（23）が飽和するように設計する。すなわち、磁性体
内の磁束が第４図で示した斜線Ｂの積分値に達した時点
で飽和するように、磁性材料の飽和磁束密度Bs,飽和断
面積Ｓを選定すればよい。これによりこの発明の回路動
作における高繰返し動作が実現する。
イッチング素子を、磁気飽和スイッチ（23）により構成
した場合について示し、第４図はこの場合の主電極
（３），（４）間の電圧Vgの時間変化を示している。磁
気飽和スイッチ（23）を用いた場合はサステイナ充電用
電源（12）の動作により、スパイカコンデンサ（６）も
初期状態においてVPFNで充電されている。この状態でも
スパイカ逆充電用電源（21）の動作により、スパイカコ
ンデンサ（６）を負方向に充電することは可能であり、
負方向の放電開始電圧Vbに対し、電圧Vsが主電極
（３），（４）間に印加された時点で、磁気飽和スイッ
チ（23）が飽和するように設計する。すなわち、磁性体
内の磁束が第４図で示した斜線Ｂの積分値に達した時点
で飽和するように、磁性材料の飽和磁束密度Bs,飽和断
面積Ｓを選定すればよい。これによりこの発明の回路動
作における高繰返し動作が実現する。
また、スイッチング素子（13）として高速トランジス
タ、SIT等の半導体素子を用いても無論よい。
タ、SIT等の半導体素子を用いても無論よい。
第５図はこの発明の一実施例による回路動作方式と紫
外線予備電離方式を組合わせた例で、（24a），（24b）
は予備電離用電極対、（25）は予備電離用電極対（24
a），（24b）間で発生するアーク放電、（26）はアーク
放電（25）から発生する紫外光である。このような回路
構成では、最初にスパイカ充電用電源（21）によりスパ
イカコンデンサ（６）を充電する過程において、予備電
離用電極対（24a），（24b）間でアーク放電（25）が起
こり、そこから発生する紫外光（26）によりレーザ励起
放電（５）の全領域が予備電離される。次にスイッチン
グ素子（13）が閉じ、サステイナコンデンサ（11）がス
パイカコンデンサ（６）を導電位に急峻に充電する過程
においては、よりピーク値の高い移行電流が流れるた
め、より強度の強い紫外光（26）が発生し、より均一で
大きな予備電離が行なわれ、急峻な主電極（３），
（４）間の印加とともにレーザ励起に適した均一なレー
ザ励起放電（５）を開始するのに極めて有効に作用す
る。
外線予備電離方式を組合わせた例で、（24a），（24b）
は予備電離用電極対、（25）は予備電離用電極対（24
a），（24b）間で発生するアーク放電、（26）はアーク
放電（25）から発生する紫外光である。このような回路
構成では、最初にスパイカ充電用電源（21）によりスパ
イカコンデンサ（６）を充電する過程において、予備電
離用電極対（24a），（24b）間でアーク放電（25）が起
こり、そこから発生する紫外光（26）によりレーザ励起
放電（５）の全領域が予備電離される。次にスイッチン
グ素子（13）が閉じ、サステイナコンデンサ（11）がス
パイカコンデンサ（６）を導電位に急峻に充電する過程
においては、よりピーク値の高い移行電流が流れるた
め、より強度の強い紫外光（26）が発生し、より均一で
大きな予備電離が行なわれ、急峻な主電極（３），
（４）間の印加とともにレーザ励起に適した均一なレー
ザ励起放電（５）を開始するのに極めて有効に作用す
る。
第６図はこの発明による回路動作方式と、沿面コロナ
予備電離方式を組合わせた例で、（27）は第２の主電極
を構成する開孔電極、（28）は誘電体、（29）は補助電
極である。沿面コロナ予備電離方式では誘電体（28）を
介して開孔電極（27）と補助電極（29）間にパルス高電
圧を印加することにより、開孔電極（27）の開孔端部に
おいて均一なコロナ放電を発生し、レーザ励起放電
（５）の部分を予備電離するもので、構造が比較的簡単
なことから予備電離源としての信頼性が高く、また、コ
ロナ放電による予備電離のため、レーザガスの解離等に
よる劣化が少ないという特長を有する。さて、開孔電極
（27）と補助電極（29）を第６図に示すようにスパイカ
コンデンサ（６）に並列に接続すれば、開孔電極（27）
と補助電極（29）間に主電極（３），（４）間同様に立
上がりの速い、急峻なパルス電圧が印加され、電流値が
高いコロナ放電が形成され、予備電離量が大きくなる。
これにより、より均一な予備電離が行なわれ、大出力、
高効率なレーザ発振に不可欠な均一励起放電が容易に実
現する。
予備電離方式を組合わせた例で、（27）は第２の主電極
を構成する開孔電極、（28）は誘電体、（29）は補助電
極である。沿面コロナ予備電離方式では誘電体（28）を
介して開孔電極（27）と補助電極（29）間にパルス高電
圧を印加することにより、開孔電極（27）の開孔端部に
おいて均一なコロナ放電を発生し、レーザ励起放電
（５）の部分を予備電離するもので、構造が比較的簡単
なことから予備電離源としての信頼性が高く、また、コ
ロナ放電による予備電離のため、レーザガスの解離等に
よる劣化が少ないという特長を有する。さて、開孔電極
（27）と補助電極（29）を第６図に示すようにスパイカ
コンデンサ（６）に並列に接続すれば、開孔電極（27）
と補助電極（29）間に主電極（３），（４）間同様に立
上がりの速い、急峻なパルス電圧が印加され、電流値が
高いコロナ放電が形成され、予備電離量が大きくなる。
これにより、より均一な予備電離が行なわれ、大出力、
高効率なレーザ発振に不可欠な均一励起放電が容易に実
現する。
〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、サステイナコンデ
ンサとスパイカコンデンサを互いに逆極性の電圧で充電
すると共に、スパイカコンデンサの充電過程において、
スパイカコンデンサの充電電圧が主電極間の放電開始電
圧に達する以前に、サステイナコンデンサと主電極間に
挿入されたスイッチング素子をOFF状態からON状態に
し、放電を開始するようにしたので、高出力、高効率
で、かつ高信頼のレーザ発振装置が得られる効果があ
る。
ンサとスパイカコンデンサを互いに逆極性の電圧で充電
すると共に、スパイカコンデンサの充電過程において、
スパイカコンデンサの充電電圧が主電極間の放電開始電
圧に達する以前に、サステイナコンデンサと主電極間に
挿入されたスイッチング素子をOFF状態からON状態に
し、放電を開始するようにしたので、高出力、高効率
で、かつ高信頼のレーザ発振装置が得られる効果があ
る。
さらに、このようなレーザ発振装置において、予備電
離放電部をスパイカコンデンサと並列に接続することに
より、予備電離量が容易に、かつ簡単な構成により大き
くでき、レーザ励起に適した均一なレーザ励起放電が実
現できる。
離放電部をスパイカコンデンサと並列に接続することに
より、予備電離量が容易に、かつ簡単な構成により大き
くでき、レーザ励起に適した均一なレーザ励起放電が実
現できる。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザ発振装置を示
す回路構成図、第２図はこの発明の一実施例に係る主電
極間電圧Vg、サステイナコンデンサからの放電電流in、
及びレーザ発振パワーＰの波形を示す波形図、第３図は
この発明の他の実施例によるレーザ発振装置を示す回路
構成図、第４図はこの発明の他の実施例に係る主電極間
電圧Vgの波形を示す波形図、第５図及び第６図は各々紫
外線予備電離方式及び沿面予備電離方式を組み合わせ
た、この発明の一実施例によるレーザ発振装置を示す回
路構成図、第７図は従来のレーザ発振装置を示す回路構
成図、第８図は従来のレーザ発振装置における主電極間
電圧Vg、サステイナコンデンサからの放電電流in、及び
レーザ発振パワーＰの波形を示す波形図、並びに第９図
は従来及びこの発明の一実施例によるレーザ発振装置に
おける放電回路の等価回路を示す回路図である。 図において、（２）はレーザガス、（３）は第１の主電
極、（４）は第２の主電極、（５）はレーザ励起放電、
（６）はスパイカコンデンサ、（11）はサステイナコン
デンサ、（12）はサステイナ充電用電源、（13）はスイ
ッチング素子、（21）はスパイカ充電用電源、（23）は
磁気飽和スイッチ、（24a）（24b）は予備電離用電極
対、（25）はアーク放電、（26）は紫外光、（27）は開
孔電極、（28）は誘電体、（29）は補助電極である。 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
す回路構成図、第２図はこの発明の一実施例に係る主電
極間電圧Vg、サステイナコンデンサからの放電電流in、
及びレーザ発振パワーＰの波形を示す波形図、第３図は
この発明の他の実施例によるレーザ発振装置を示す回路
構成図、第４図はこの発明の他の実施例に係る主電極間
電圧Vgの波形を示す波形図、第５図及び第６図は各々紫
外線予備電離方式及び沿面予備電離方式を組み合わせ
た、この発明の一実施例によるレーザ発振装置を示す回
路構成図、第７図は従来のレーザ発振装置を示す回路構
成図、第８図は従来のレーザ発振装置における主電極間
電圧Vg、サステイナコンデンサからの放電電流in、及び
レーザ発振パワーＰの波形を示す波形図、並びに第９図
は従来及びこの発明の一実施例によるレーザ発振装置に
おける放電回路の等価回路を示す回路図である。 図において、（２）はレーザガス、（３）は第１の主電
極、（４）は第２の主電極、（５）はレーザ励起放電、
（６）はスパイカコンデンサ、（11）はサステイナコン
デンサ、（12）はサステイナ充電用電源、（13）はスイ
ッチング素子、（21）はスパイカ充電用電源、（23）は
磁気飽和スイッチ、（24a）（24b）は予備電離用電極
対、（25）はアーク放電、（26）は紫外光、（27）は開
孔電極、（28）は誘電体、（29）は補助電極である。 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 春田 健雄 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平２−7483（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−28981（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−304683（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】レーザガス中において相対向する第１、及
び第２の主電極、第１、及び第２の主電極に並列に接続
されたスパイカコンデンサ、第１、及び第２の主電極に
スイッチング素子を介して並列に接続されたサステイナ
コンデンサ、上記スパイカコンデンサを充電するスパイ
カ充電用電源、並びに上記サステイナコンデンサを充電
するサステイナ充電用電源を備えたレーザ発振装置にお
いて、上記スパイカ充電用電源と上記サステイナ充電用
電源が上記スパイカコンデンサと上記サステイナコンデ
ンサを互いに逆極性に充電する特性を有すると共に、上
記サステイナコンデンサが充電状態であり、かつ上記ス
パイカコンデンサが充電される過程で、上記スパイカコ
ンデンサの充電電圧が第１、及び第２の主電極間の放電
開始電圧に達する以前に、上記スイッチング素子がOFF
状態からON状態になり、上記スパイカ充電用電源と逆方
向の極性において、第1.及び第２の主電極間の放電が開
始されることを特徴とするレーザ発振装置。 - 【請求項２】第１、及び第２の主電極間において放電を
開始する以前に上記主電極間を予備電離する予備電離放
電部を、スパイカコンデンサと並列に接続したことを特
徴とする請求項１記載のレーザ発振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2183756A JP2712774B2 (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | レーザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2183756A JP2712774B2 (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | レーザ発振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0468584A JPH0468584A (ja) | 1992-03-04 |
| JP2712774B2 true JP2712774B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=16141429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2183756A Expired - Fee Related JP2712774B2 (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | レーザ発振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2712774B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63304683A (ja) * | 1987-06-03 | 1988-12-12 | Nikon Corp | エキシマレ−ザ−装置 |
| JPS6428981A (en) * | 1987-07-24 | 1989-01-31 | Nikon Corp | Discharge type excimer laser device |
| JPH027483A (ja) * | 1988-06-27 | 1990-01-11 | Nikon Corp | 放電型エキシマレーザ装置 |
-
1990
- 1990-07-09 JP JP2183756A patent/JP2712774B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0468584A (ja) | 1992-03-04 |
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