JP2875082B2

JP2875082B2 - パルスレーザ用パルス発生装置用冷却装置

Info

Publication number: JP2875082B2
Application number: JP34413891A
Authority: JP
Inventors: 明彦岩田; 寛伊藤; 弘一鈴木; 茂明藤田; 勤井上; 勇棚倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-12-03
Filing date: 1991-12-03
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH05160472A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、銅蒸気レーザやエキ
シマレーザ等の繰り返しパルス放電により、短波長パル
スレーザを発生させるためのパルスレーザ用パルス発生
装置における冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の銅蒸気レーザを用いたパル
スレーザ用パルス発生装置を示す構成図であり、図にお
いて、１は高圧電源、２は高圧電源１に接続された充電
用リアクトル、３は充電用リアクトル２に直列接続され
た充電用ダイオード、４は充電用ダイオード３に直列接
続された充放電用のコンデンサ、８は多数のＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）等から成る高速スイッチ素子９の
直並列回路で構成されるスイッチ回路で、充電用ダイオ
ード３と高圧電源１との間に接続されている。

【０００３】１０はコンデンサ４に直列接続された逆電
流抑制素子であり、複数個のダイオードで構成されてい
る。１１は逆電流抑制素子１０に並列接続されたバイパ
ス抵抗、７は逆電流抑制素子１０とコンデンサ４を介し
てスイッチ回路８と並列に接続されたレーザ放電管、５
はレーザ放電管７に並列接続された充電用抵抗である。

【０００４】１２はスイッチ回路８を駆動するゲート回
路であり、このスイッチ回路８を構成するＦＥＴ等の高
速スイッチ素子９の各並列回路段の共通のゲート端子Ｇ
と共通のソース端子Ｓとの間に接続され、ゲート端子Ｇ
に導通信号を加えるように成されている。

【０００５】１３は光パルスを発生する光発振器、１４
は光発振器１３で発生した光パルスを各ゲート回路１２
内の光電変換素子に与えるための光ファイバである。

【０００６】１５はゲート回路１２の電源電圧を得るゲ
ート電源回路、１６は上記電源電圧を伝送する電源線で
ある。１７は並列接続された各高速スイッチ素子９の両
端の過電圧を吸収するスナバ回路である。

【０００７】図５はゲート回路１２の構成を示すもの
で、１８は上記光ファイバ１４で伝送された上記光パル
スを電気的なパルス信号に変換する光電変換素子、１９
は光電変換素子１８の出力側に接続されたバイアス抵
抗、２０は光電変換素子１８から出されるパルス信号を
波形整形して導通信号と成し、上記ゲート端子Ｇに加え
る波形整形回路である。

【０００８】図６はスナバ回路１７の構成を示すもの
で、２１は過電圧を検出するダイオード、２２は過電圧
を吸収させるコンデンサ、２３はコンデンサ２２を放電
させる抵抗である。

【０００９】図７は一般的な銅蒸気レーザ装置に用いら
れるレーザ放電管７を示す側面断面図であり、図におい
て、２４は外筒、２５は外筒２４の内側に配された放電
内管、２６は外筒２４と放電内管２５との間に設けられ
た断熱材、２７は放電内管２５内に配された電極、２８
は放電内管２５で発生したレーザ光を取り出す窓、２９
は放電内管２５内部に設けられた銅、３０は外筒２４と
電極２７とを絶縁する絶縁材である。

【００１０】図８は図６の装置の構造を示す側面断面
図、図９は図８のＡ−Ａ線断面図である。図８，９にお
いて、３１は電流帰還用導体として用いられる筒体、３
２は筒体３１の内側に同軸的に配された導電体から成る
取付筒体にして、その内部にはリング状の取付部３２ａ
が一体に設けられている。３３は取付筒体３２の相互間
に介在された絶縁体である。

【００１１】上記各取付筒体３２の取付部３２ａには、
ＦＥＴの高速スイッチ素子９が４個づつ取付けられて、
そのドレイン端子Ｄが接続されている。各高速スイッチ
素子９のソース端子Ｓは隣りの取付筒体３２の取付部３
２ａにリード線３４を介して接続され、図８の左端の高
速スイッチ素子９のソース端子Ｓは筒体３１の端面と接
続点３５で接続されている。

【００１２】次に動作について説明する。図４におい
て、高圧電源１から充電リアクトル２、充電用ダイオー
ド３、バイパス抵抗１１及び充電用抵抗５を通じて、ゆ
っくりとコンデンサ４に高電圧が充電される。次にスイ
ッチ回路８がゲート回路１２からの導通信号により導通
すると、コンデンサ４の高電圧が逆電流抑制素子１０を
介してレーザ放電管７に数百ｎｓｅｃ（ナノ秒）のパル
ス電圧を印加する。これによって、レーザ放電管７が放
電し、その放電電流ｉx が、コンデンサ４、スイッチ回
路８、レーザ放電管７、逆電流抑制素子１０及びコンデ
ンサ４の経路を流れる。このとき逆電流抑制素子１０は
回路のインダクタンスによる振動電流の逆方向電流を抑
制する。また、上記導通信号は所定の繰り返し周期で加
えられる。

【００１３】図５のゲート回路１２において、光発振器
１３から光ファイバ１４を通じて送られて来たパルス幅
の狭い光パルスは光電変換素子１８で電気的なパルス信
号に変換される。このパルス信号は波形整形回路２０で
波形整形されることにより、導通信号として各ＦＥＴ並
列回路段の共通ゲート端子Ｇに加えられ各ＦＥＴを導通
させることにより、スイッチ回路８全体を導通させる。

【００１４】図６のスナバ回路１７においては、高速ス
イッチ素子９の動作タイミングのずれ等によって高速ス
イッチ素子９の各並列回路の両端に過電圧が加えられる
と、この過電圧はダイオード２１を介してコンデンサ２
２に吸収され、このコンデンサ２２は抵抗２３を通じて
放電される。なお、コンデンサ２２及び抵抗２３による
時定数は、上記導通信号の繰り返し周期より長く選ばれ
ている。

【００１５】図７のレーザ放電管７において、外筒２４
を通して左右の電極にパルス電圧が印加されると、放電
内管２５内にパルス放電が生じる。パルス放電を繰り返
し実施すると断熱材２６の働きで放電内管２５の内部が
１５００度程度の温度となる。その時、銅２９が蒸発
し、放電内管２５内部に銅蒸気を充満させる。さらにパ
ルス電圧を印加すると、放電のエネルギーで銅蒸気が励
起され、窓２８を通してレーザ光が出力される。

【００１６】図８，図９のスイッチ回路８において、取
付部３２ａに取付けられた４個の高速スイッチ素子９は
並列に接続され、各々の取付部３２ａの並列回路がリー
ド線３４を介して直列に接続されることにより、多数の
高速スイッチ素子９によるスイッチ回路８が構成され
る。このスイッチ回路８の一端は接続点３５を介して筒
体３１に接続されている。従って、多数の高速スイッチ
素子９の配列構造と筒体３１とは同軸構造を形成する。

【００１７】この結果、各高速スイッチ素子９から見た
インダクタンスは均等となり、電流の分流が均一とな
る。また、同軸構造のため磁束発生面積が小さく、結果
的にインダクタンスが小さくなる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来のパルスレーザ用
パルス発生装置は以上のように構成されているので、図
８，図９において、高速スイッチ素子９を取付部３２ａ
に取付けた取付筒体３２は、その外側の筒体３１により
外部と遮蔽されているため、高速スイッチ素子９の動作
により発生した熱が取付筒体３２内にこもり、高速スイ
ッチ素子９の温度を上昇させて破壊させることがあると
いう問題点があった。

【００１９】また、実際には上記取付部３２ａにはゲー
ト回路１２等が設けられ、このゲート回路１２等には光
発振器１３からの光パルスやゲート電源回路１５からの
電源電圧が光ファイバ１４や電源線１６を通じて送られ
るが、上記熱によってゲート回路１２等や光ファイバ１
４のコネクタ等の温度が上昇し、このため、高速スイッ
チ素子９のスイッチングのタイミングがずれて、特定の
高速スイッチ素子９に過電圧が加えられ破壊を生じるお
それがある等の問題点があった。

【００２０】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、高速スイッチ素子、ゲート回路
等を冷却することのできるパルスレーザ用パルス発生装
置用冷却装置を得ることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るパ
ルスレーザ用パルス発生装置用冷却装置は、内部に複数
の高速素子の直並列回路が設けられたゲート基板に設け
られた取付筒体に冷却媒体の通路を設けたものである。

【００２２】請求項２の発明に係るパルスレーザ用パル
ス発生装置用冷却装置は、上記取付筒体の一端の開口部
に絶縁体から成るキャップを設け、このキャップに上記
冷却媒体を外部から供給するための絶縁体から成る継手
を取付け、この継手をキャップを介して上記冷却媒体の
通路と接続したものである。

【００２３】請求項３の発明に係るパルスレーザ用パル
ス発生装置用冷却装置は、上記取付筒体の内部に送風す
るファンを設けたものである。

【００２４】

【作用】請求項１の発明におけるパルスレーザ用パルス
発生装置用冷却装置は、冷却媒体の通路に冷却油等の冷
却媒体を通じることにより、取付筒体に取付けられた高
速スイッチの温度上昇を防ぐことができる。

【００２５】請求項２の発明におけるパルスレーザ用パ
ルス発生装置用冷却装置は、継手により、外部から冷却
媒体を絶縁破壊を起すことなく、容易に取付筒体内の通
路に供給することができる。

【００２６】請求項３の発明におけるパルスレーザ用パ
ルス発生装置用冷却装置は、ファンを用いて取付筒体の
内部に送風することにより、筒体内部を冷却してゲート
回路やコネクタ等の温度上昇を防止することができ、高
速スイッチ素子のスイッチングのタイミングずれをなく
すことができる。

【００２７】

【実施例】実施例１．以下、請求項１，２の発明の一実施例を図について説明
する。図１，図２において、４０は電流帰還導電体とし
ての筒体、４０ａは筒体４０の一端開口に設けられたフ
ランジで、アースされている。４１は筒体４０の内部に
同軸的に設けられた絶縁筒体、４２は筒体４０の他端開
口部に設けた絶縁体から成るキャップ、４３は絶縁筒体
４１の内部に同軸的に複数段配された円板状のゲート基
板で、ゲート回路が構成されると共に、スナバ回路１７
が設けられ、また中央に光ファイバ１４、電源線１６を
通すための孔４３ａを有する。４４は各ゲート基板４３
の間に介在されるリング状の冷却フインで、ゲート基板
４３上に載置され、８個の高速スイッチ素子９及びスナ
バ回路１７が取付けられる取付部４４ａを有する。４５
はこの冷却フイン４４とゲート基板４３とにより構成さ
れる取付筒体である。

【００２８】４６はゲート基板４３の裏面に設けられた
ソースプレート、４７は高速スイッチ素子９のソース端
子Ｓとソースプレート４６とを接続するソースリード、
４８は高速スイッチ素子９のゲート端子Ｇとゲート基板
４３上の配線とを接続するゲートリードである。なお、
高速スイッチ素子９のドレイン端子Ｄは冷却フイン４４
に接続されている。

【００２９】４９はゲート基板４３に設けられ光ファイ
バ１４を接続するファイバコネクタ、５０はゲート基板
４３に設けられ電源線１６を接続する電源コネクタであ
る。また、スナバ回路１７の抵抗２３（図８参照）は、
図２のようにゲート基板４３の孔４３ａ近くに配され、
リード線５１を介してスナバ回路１７に接続されてい
る。

【００３０】５２はアノードフランジで、最上段の冷却
フイン４４とキャップ４２との間に設けられ、その周囲
はキャップ４２のスカート部４２ａで囲まれて絶縁が施
されている。５３は冷却媒体の通路であり、上記アノー
ドフランジ５２を貫通し、さらに冷却フイン４４、ゲー
ト基板４３で構成される取付筒体４５の側壁中を軸方向
に貫通して８ケ所に設けられている。５４はゲート基板
４３を通る通路５３の周囲に設けたＯリング、５５，５
６はキャップ４２に設けられた冷却媒体供給用の通路
で、通路５３と連通している。

【００３１】５７は通路５５にネジ込まれた冷却媒体供
給用の絶縁体から成る継手、４ａ，４ｂはアノードフラ
ンジ５２に取付けられ前記コンデンサ４を構成するコン
デンサである。また５８は高速スイッチ素子９を取付部
４４ａに固定する止めネジである。５９は８個の高速ス
イッチ素子９が取付けられた冷却フイン４４、ゲート基
板４３等から成る並列モジュールで、この並列モジュー
ル５９が複数段に積層されている。

【００３２】次に動作について説明する。上記構成によ
れば、並列モジュール５９内の８個の高速スイッチ素子
９は互いに並列に接続されており、この並列モジュール
５９が隣接する上下の並列モジュール５９のソースプレ
ート４６、冷却フイン４４を介して直列に接続されると
ともに冷却剤通路５３も接続されて図４のスイッチ回路
８を構成している。この場合、各並列モジュール５９は
アノードフランジ５２の電位Ｄ₀ と筒体４０の電位Ｓ₀
との間に配され、電流がＤ₀ からＳ₀ へと各並列モジュ
ール５９を通って流れることになる。筒体４０はアース
されているので、この筒体４０の長さ方向のインダクタ
ンスによる電位の変化が解消される。

【００３３】並列モジュール５９を直列接続するには、
単に重ね合わせればよく、図１０の従来のようにリード
線３４を用いて接続する必要がない。また、並列モジュ
ール５９の半径全方向に対して、電位を均等化しようと
すれば従来の方式ではリード線３４の数を無限に増加し
なければならなかったが、この発明ではソースプレート
４６及び冷却フイン４４は全方向に同電位となっている
ため、電流の分布に対しても確実に均等化が実現でき
る。

【００３４】また、継手５７より冷却油等の冷却媒体を
供給し、通路５５，５６を介して通路５３に流すことに
より、冷却フイン４４の取付部４４ａに取付けられた高
速スイッチ素子９を冷却することができる。継手５７は
絶縁体で作られているため、この継手５７とアノードフ
ランジ５２との間で絶縁破壊が起ることがない。また、
絶縁筒体４１は筒体４０と並列モジュール５９との間に
配されて絶縁破壊を防止している。

【００３５】実施例２．上記実施例１のパルスレーザ用パルス発生装置用冷却装
置は、図示例のように配設すれば、積層されたゲート基
板４３の中央の孔４３ａより上方へ効率よく放熱が行わ
れる。しかし、この孔４３ａが横向きに配設すると放熱
効率が悪化して、熱が内部に滞留することになる。そこ
で、請求項３の発明はこの不都合を解消するようにした
ものである。図３は請求項３の発明の一実施例を示すも
ので、アノードフランジ５２上にファン６０を絶縁支持
体６１を介して設けたものである。この構成により、パ
ルスレーザ用パルス発生装置を横向きに配設しても、フ
ァン６０により各並列モジュール５９の中央に送風する
ことにより、更に熱を効率よく外部に放出させることが
でき、ゲート回路１２やファイバコネクタ等の動作タイ
ミングずれをなくすことができる。また、ゲート基板４
３の孔４３ａ付近に取付けられた抵抗２３も冷却するこ
とができる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、内部に複数の
高速素子の直並列回路が設けられたゲート基板取付筒体
に冷却媒体の通路を設けたので、この通路に冷却油等の
冷却媒体を通じることにより、ゲート基板取付筒体に取
付けられた高速スイッチの温度上昇を防ぐことができ、
安定なスイッチング動作が得られる効果がある。

【００３７】請求項２の発明によれば、上記ゲート基板
取付筒体の一端の開口部に絶縁体から成るキャップを設
け、このキャップに上記冷却媒体を外部から供給するた
めの絶縁体から成る継手を取付け、この継手をキャップ
を介して上記冷却媒体の通路と接続したので、継手によ
り、外部から冷却媒体を絶縁破壊を起すことなく、冷却
媒体を容易にゲート基板取付筒体内の冷却媒体の通路に
供給することができる効果がある。

【００３８】請求項３の発明によれば、上記ゲート基板
取付筒体の内部に送風するファンを設けたので、このフ
ァンにより、ゲート基板取付筒体の内部に送風すること
により、更に筒体内部を冷却してゲート回路やコネクタ
等の温度上昇を防止することができ、高速スイッチ素子
のスイッチングのタイミングずれをなくして、安定なス
イッチング動作が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，２の発明の一実施例によるパルスレ
ーザ用パルス発生装置用冷却装置の側面断面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】請求項３の発明の一実施例によるパルスレーザ
用パルス発生装置用冷却装置の要部平面図である。

【図４】従来のパルスレーザ用パルス発生装置の回路図
である。

【図５】同装置におけるゲート回路の回路図である。

【図６】同装置におけるスナバ回路の回路図である。

【図７】同装置におけるレーザ放電管の側面断面図であ
る。

【図８】同装置の側面断面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

４コンデンサ７レーザ放電管８スイッチ回路９高速スイッチ素子１２ゲート回路４２キャップ３２，４５取付筒体５３，５５，５６通路５７継手６０ファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田茂明尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社伊丹製作所内 (72)発明者井上勤尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社伊丹製作所内 (72)発明者棚倉勇尼崎市塚口本町６丁目16番１号三菱電機エンジニアリング株式会社伊丹事業所内 (56)参考文献特開平３−237811（ＪＰ，Ａ) 特開平３−16425（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/041 H01S 3/097 - 3/0977 H02M 9/04 H03K 3/57 H03K 17/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の高速スイッチ素子の直並列回路か
ら成るスイッチ回路をゲート回路からの導通信号により
導通させることによりコンデンサを放電させ、その放電
電流をレーザ放電管に供給するように成され、上記スイ
ッチ回路及びゲート回路が導電体から成るゲート基板の
取付筒体の内側に積層して構成されてなるパルスレーザ
用パルス発生装置において、上記取付筒体の側壁の内面
に冷却媒体の通路をゲート基板を積層することにより構
成したことを特徴とするパルスレーザ用パルス発生装置
用冷却装置。
【請求項２】上記取付筒体の一端に設けられ絶縁体か
ら成るキャップと、上記キャップに設けられ上記通路と
連通する通路、この通路と連通する冷却媒体供給用の絶
縁体から成る継手とを備えた請求項１記載のパルスレー
ザ用パルス発生装置用冷却装置。
【請求項３】上記取付筒体の内部に送風するファンを
設けた請求項１記載のパルスレーザ用パルス発生装置用
冷却装置。