JP2744347B2 - Repetitive oscillation excimer laser device - Google Patents

Repetitive oscillation excimer laser device

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JP2744347B2 JP2305207A JP30520790A JP2744347B2 JP 2744347 B2 JP2744347 B2 JP 2744347B2 JP 2305207 A JP2305207 A JP 2305207A JP 30520790 A JP30520790 A JP 30520790A JP 2744347 B2 JP2744347 B2 JP 2744347B2
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昭弘 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この発明は媒質中でレーザ光を高効率で出力する繰返
し発振エキシマレーザ装置に関するものである。
The present invention relates to a repetitive oscillation excimer laser device that outputs laser light in a medium with high efficiency.

【従来の技術】[Prior art]

第3図は例えば、シーエムシー(株),1986年3月25
日発行『エキシマレーザ最先端応用技術』豊田,村原監
修P−53に示されたスパイカ−サスティナ(Spiker−Su
stainer)の概念ブロック図であり、図において、1A,1B
は媒質内で放電7を行う主電極、2は主電極1A,1Bでの
放電を捉す主スイッチ(第5図,第6図)、3は所要電
圧を予め印加することによって放電開始時の抵抗を低減
させる放電を捉すためのプレパルススイッチ、4は放電
抵抗が低くなった時に放電動作に移行する励起回路(以
下、サスティナと呼ぶ)、5は前記プレパルススイッチ
3によって起動されるスパイカ、6はインダクタンスで
ある。 次に動作について説明する。一般にエキシマレーザの
主放電回路の条件としては、高い励起強度が得られるこ
とである。高電圧,高効率化を図るために回路に工夫が
施されているが、回路電流の立上りを抑える要因として
LCの分布定数がある。また、抵抗Rは電流を制限し大出
力化に不適であるためインピーダンスZを低減して高い
励起強度を得るようにしている。第4図は一例として、
主電極1A,1Bが放電を開始した時の放電電流Iと抵抗R
の相関関係について示したもので、放電時の抵抗Rは時
間の経過につれて指数関数的に低減し、ある時間後に
は、0.1〜0.2オーム付近に安定することが知られてい
る。その間に放電電流はパルスとなって流れる。第3図
のスパイカ5は高い平均出力でレーザの最寿命化を図る
ための高効率化の手段である。即ち、定常放電の励起前
に小さな電力で予め放電を行い、放電インピーダンスの
整合をとり、パルス出力の最適状態を事前に整備し、そ
の直後に主スイッチ2を投入してサスティナ4による定
常放電に突入するものである。 しかし、サスティナ4と放電場との間の主スイッチ2
としては、通常、第5図に示す磁気飽和素子8や第6図
に示すレールギャップスイッチ9が用いられている。レ
ールギャップスイッチ9は数100ヘルツ以上の繰返し動
作には不向きであり、磁気飽和素子8はサスティナ4か
らの電流はしゃ断するものの高電圧はカットせず、主電
極1A,1Bに印加される構成であるため自己ブレークダウ
ンの観点からサスティナ4に充分な電圧を印加すること
ができない。
FIG. 3 shows, for example, CMC Corporation, March 25, 1986.
"Spiker-Sustina" (Spiker-Su) shown in P-53, supervised by Toyoda and Murahara, "Excimer Laser Advanced Application Technology"
It is a conceptual block diagram of a stainer).
Is a main electrode for performing a discharge 7 in the medium, 2 is a main switch for catching the discharge at the main electrodes 1A and 1B (FIGS. 5 and 6), and 3 is a voltage at the start of the discharge by applying a required voltage in advance. A pre-pulse switch for catching a discharge for reducing resistance, 4 is an excitation circuit (hereinafter, referred to as a sustainer) which shifts to a discharge operation when the discharge resistance is lowered, 5 is a spiker activated by the pre-pulse switch 3, 6 Is the inductance. Next, the operation will be described. Generally, a condition of a main discharge circuit of an excimer laser is that a high excitation intensity is obtained. Circuits have been devised to achieve high voltage and high efficiency.
There is a distribution constant for LC. Further, since the resistor R limits the current and is not suitable for increasing the output, the impedance Z is reduced to obtain a high excitation intensity. FIG. 4 is an example.
Discharge current I and resistance R when main electrodes 1A and 1B start discharging
It is known that the resistance R at the time of discharge decreases exponentially with the passage of time and stabilizes around 0.1 to 0.2 ohm after a certain time. Meanwhile, the discharge current flows as a pulse. The spiker 5 in FIG. 3 is a means for increasing the efficiency of the laser so as to maximize the life of the laser with a high average output. That is, before the steady discharge is excited, the discharge is performed in advance with a small electric power, the discharge impedance is matched, the optimum state of the pulse output is prepared in advance, and immediately after that, the main switch 2 is turned on to perform the steady discharge by the sustainer 4. It is a rush. However, the main switch 2 between the sustainer 4 and the discharge field
Usually, a magnetic saturation element 8 shown in FIG. 5 and a rail gap switch 9 shown in FIG. 6 are used. The rail gap switch 9 is not suitable for repetitive operation of several hundred hertz or more, and the magnetic saturation element 8 cuts off the current from the sustainer 4 but does not cut off the high voltage, and is applied to the main electrodes 1A and 1B. Therefore, a sufficient voltage cannot be applied to the sustainer 4 from the viewpoint of self-breakdown.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

従来の繰返し発振エキシマレーザ装置は、以上のよう
に構成されているので、主スイッチに磁気飽和素子を使
用した場合には、できるだけ高電圧が必要であるにも拘
らず自己ブレークダウンしない程度の低い電圧しかサス
ティナに充電することができない。また、インダクタン
スは完全に小にはなり切れず高速スイッチングに不適当
である。更に、レールギャップスイッチを用いた場合の
繰返し放電は約1ヘルツ程度でこれ以上速くできない等
の課題があった。 この発明は上記のような課題を解消するためになされ
たもので、サスティナの電圧,電流とも完全に主電極に
対してしゃ断し、かつ主スイッチのON時には極力、低イ
ンダクタンスの放電回路を形成する繰返し発振エキシマ
レーザ装置を得ることを目的とする。
Since the conventional repetitive oscillation excimer laser device is configured as described above, when a magnetic saturation element is used for the main switch, the voltage is as low as not to cause self-breakdown despite the need for a voltage as high as possible. Only voltage can charge the sustainer. Further, the inductance cannot be completely reduced and is not suitable for high-speed switching. Further, there is a problem that the repetitive discharge in the case of using the rail gap switch is about 1 Hz and cannot be further increased. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and completely cuts off both the voltage and current of the sustainer from the main electrode, and forms a discharge circuit with as low a inductance as possible when the main switch is turned on. It is an object to obtain a repetition oscillation excimer laser device.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

この発明に係る繰返し発振エキシマレーザ装置は、主
電極間に高電圧を印加しレーザ媒質を励起して放電を開
始させ、プレパルススイッチをオン・オフして均一に放
電させるスパイカと、前記スパイカによる放電開始後に
定常放電させるためエネルギーを前記主電極間に投入す
るサスティナと、該サスティナと前記主電極との間でか
つ該主電極に直列に接続され、複数個のモジュール化し
た電界効果トランジスタを多段配置して無配線で直並列
接続して成る、前記サスティナから前記主電極へのエネ
ルギーの投入をオン・オフ制御する主スイッチとを備え
るように構成したものである。
A repetitive oscillation excimer laser device according to the present invention includes a spiker that applies a high voltage between main electrodes to excite a laser medium to start discharge, and turns on and off a pre-pulse switch to uniformly discharge, and a discharge by the spiker. A sustainer for supplying energy between the main electrodes to cause a steady discharge after the start, and a plurality of modularized field-effect transistors connected between the sustainer and the main electrode and in series with the main electrode, wherein a plurality of modularized field effect transistors are arranged. And a main switch that is connected in series and parallel with no wiring and controls on / off of input of energy from the sustainer to the main electrode.

【作用】[Action]

この発明における主スイッチは、複数個のモジュール
化した電解効果トランジスタを多段配置して無配線で直
並列接続して構成することにより、主スイッチのインダ
クタンスを十分低くすることができると共に、予めスパ
イカによって放電と回路インピーダンスとの整合をとっ
た後に、電圧,電流を完全にしゃ断した状態でサスティ
ナの高電圧をオン・オフ制御する際に、ピーク電圧/定
常電圧の比が大となりパルス放電の立ち上りが速くなっ
てレーザ出力の高効率化が行えるようになる。
The main switch according to the present invention is configured by arranging a plurality of modularized field effect transistors in multiple stages and connecting them in series and in parallel without wiring, so that the inductance of the main switch can be sufficiently reduced, and the spikes are used in advance. After matching the discharge with the circuit impedance, when the high voltage of the sustainer is turned on and off with the voltage and current completely cut off, the ratio of peak voltage / steady voltage becomes large and the rise of pulse discharge becomes It becomes faster and the laser output can be made more efficient.

【発明の実施例】DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

以下、この発明の一実施例を図について説明する。 図中、第3図と同一の部分は同一の符号をもって図示
した第1図ないし第2図において、10は例えば、FET
(電界効果形トランジスタ)モジュール等の固体素子ス
イッチを1個もしくは複数個用いて直並列に接続してブ
ロック構成にした主スイッチとしての固体素子スイッ
チ、11は高速応答が可能なサイラトロンを1個、もしく
は複数個並列に接続した主スイッチとしてのサイラトロ
ンスイッチである。 次に動作について説明する。回路全体の動作は従来の
例と同一であるので説明は省略する。第1図に示した固
体素子スイッチ10は高電圧スイッチとしてのモジュール
を直並列に接続(例えば、多段積,無配線化)してイン
ピーダンスの整合を図った構成をとっており、更に第4
図に示したスパイカ5のプレパルス効果として放電抵抗
Rは既に最小に達している。この最適の状態で固体素子
スイッチ10をオンするので、ピーク電圧/定常電圧の比
は大となって放電の立上りは速くなる。 また、第2図のサイラトロンスイッチ11を用いた場合
には、単体のサイラトロンは放電時に局部電流が流れる
ために高インダクタンスを有する。そのインダクタンス
をできるだけ小さくするため複数のサイラトロンを並列
に接続してサイラトロンスイッチ11とする。そして前記
同様に放電時における回路インピーダンスの整合により
放電効率の向上を図り高速応答を可能にしている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1 and FIG. 2, the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
(Field effect transistor) A solid state switch as a main switch, which is connected in series and parallel using one or a plurality of solid state switches such as a module, 11 is one thyratron capable of high-speed response, Or, a thyratron switch as a main switch connected in parallel. Next, the operation will be described. The operation of the whole circuit is the same as that of the conventional example, and the description is omitted. The solid-state device switch 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which modules as high-voltage switches are connected in series and parallel (for example, multi-stage products, no wiring) to achieve impedance matching.
As a pre-pulse effect of the spiker 5 shown in the figure, the discharge resistance R has already reached the minimum. Since the solid state switch 10 is turned on in this optimum state, the ratio of peak voltage / steady state voltage becomes large, and the rise of discharge becomes faster. When the thyratron switch 11 shown in FIG. 2 is used, a single thyratron has a high inductance because a local current flows during discharging. In order to reduce the inductance as much as possible, a plurality of thyratrons are connected in parallel to form a thyratron switch 11. As described above, the discharge efficiency is improved by matching the circuit impedance at the time of discharging, and a high-speed response is enabled.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上のようにこの発明によれば、主スイッチを、複数
個のモジュール化した電界効果トランジスタを多段配置
して無配線で直並列接続して構成したので、主スイッチ
のインダクタンスを十分低くすることができると共に、
ピーク電圧/定常電圧の比が大となりパルス放電の立ち
上りが高速化されレーザ出力の高効率化を図ることがで
きる効果がある。
As described above, according to the present invention, since the main switch is configured by arranging a plurality of modularized field-effect transistors in multiple stages and connecting them in series and in parallel without wiring, it is possible to sufficiently reduce the inductance of the main switch. While you can
The ratio of peak voltage / steady-state voltage becomes large, the rise of pulse discharge is accelerated, and the laser output can be made more efficient.

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

第1図及び第2図はこの発明の一実施例によるスパイカ
−サスティナ回路図、第3図,第5図,第6図は従来の
スパイカ−サスティナ回路図、第4図は第3図の主電極
の放電電流と抵抗と相関関係図である。 図において、1A,1Bは主電極、2は主スイッチ、3はプ
レパルススイッチ、4はサスティナ、5はスパイカ、10
は主スイッチとしての1つ若しくは複数個の固体素子ス
イッチ、11は主スイッチとしての1つ若しくは複数個の
サイラトロンスイッチである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
FIGS. 1 and 2 are spider-sustainer circuit diagrams according to one embodiment of the present invention, FIGS. 3, 5, and 6 are conventional spiker-sustainer circuit diagrams, and FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a correlation between discharge current and resistance of an electrode. In the figure, 1A and 1B are main electrodes, 2 is a main switch, 3 is a pre-pulse switch, 4 is a sustainer, 5 is a spiker, 10
Denotes one or more solid state switches as a main switch, and 11 denotes one or more thyratron switches as a main switch. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−304683(JP,A) 特開 昭63−316491(JP,A) 特開 昭63−228783(JP,A) 特開 昭64−28980(JP,A) 特開 平2−7484(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-304683 (JP, A) JP-A-63-316491 (JP, A) JP-A-63-228783 (JP, A) JP-A 64-64 28980 (JP, A) JP-A-2-7484 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】主電極間に高電圧を印加しレーザ媒質を励
起して放電を開始させ、プレパルススイッチをオン・オ
フして均一に放電させるスパイカと、前記スパイカによ
る放電開始後に定常放電させるためエネルギーを前記主
電極間に投入するサスティナと、該サスティナと前記主
電極との間でかつ該主電極に直列に接続され、複数個の
モジュール化した電界効果トランジスタを多段配置して
無配線で直並列接続して成る、前記サスティナから前記
主電極へのエネルギーの投入をオン・オフ制御する主ス
イッチとを備えた繰返し発振エキシマレーザ装置。
1. A spiker for applying a high voltage between main electrodes to excite a laser medium to start a discharge, turning on / off a pre-pulse switch to uniformly discharge, and a steady discharge after the spiker starts discharging. A sustainer for applying energy between the main electrodes, and a plurality of modularized field-effect transistors connected between the sustainer and the main electrode and in series with the main electrode, arranged in multiple stages, and directly connected without wiring. A repetitive oscillation excimer laser device comprising: a main switch connected in parallel to control on / off of input of energy from the sustainer to the main electrode.
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