JP2980707B2

JP2980707B2 - ガスレーザ発振装置

Info

Publication number: JP2980707B2
Application number: JP3710991A
Authority: JP
Inventors: 弘司柿崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1991-03-04
Publication date: 1999-11-22
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JPH04275474A

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線予備電離方式のガス
レーザ発振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＥＡ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅｒｙＥ
ｘｃｉｔｅｄＡｔｏｍｏｓｐｈｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ）ＣＯ₂レーザ発振装置や、エキシマレーザ発振装置
といったいわゆる横励起方式の発振装置では、ガスレー
ザ媒質を励起するための主放電を安定に点弧させるため
に、主放電に先立って主放電空間を予備電離する予備電
離手段が備えられている。この予備電離手段には誘電体
を介してコロナ放電を発生させる方式、複数のピン電極
間でアーク放電させて紫外線を発生させる方式、Ｘ線を
発生させる方式が知られている。これらの方式のうち、
前二者は構造的には簡単であるが、ガスレーザ媒質の流
れを阻害したり、また、予備電離のための放電がガスレ
ーザ媒質に直接作用して不純物の生成を促進し、ガスレ
ーザ媒質の劣化を早めてしまう問題がある。一方、Ｘ線
による予備電離の方式は取扱い上の規制は受けるが、ガ
スレーザ媒質中で放電すると異なり、ガスレーザ媒質の
存在する空間外でＸ線を発生しているので、ガスレーザ
媒質の流れを阻害したり、あるいは放電によるガスレー
ザ媒質の劣化といった問題からは解消される利点を有し
ている。図５は特開昭６３−１９９４７５号に開示され
た反射型のＸ線装置を用いた例で、レーザ管(1) の外部
に熱陰極封じ切り形のＸ線管(2) を配置した構成になっ
ている。レ−ザ管(1) の内部には主放電電極となる陽極
(3) 、陰極(4)が所定の放電空間を形成して設けられて
いる。Ｘ線管(2) はレ−ザ管(1) の管壁を間にして陰極
(3) の近接している。陰極(4) には凹部(5) が形成さ
れ、Ｘ線管(2) で発生したＸ線が通過し易いように陽極
(3) に対向した部分が薄肉に形成され、Ｘ線が透過する
ための透過窓(6) になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線は金属を透過する
際、線量が減衰するとともに予備電離に有効な軟Ｘ線成
分が失われてしまう。したがって、電極の裏側の肉部を
くりぬいて薄くしたり、あるいは板状にするなど電極の
損傷が激しい高繰り返し動作には不適当な形状にせざる
を得なかった。また、Ｘ線は広い範囲で発生するにも拘
らず予備電離に供される範囲が狭く利用効率の点でも問
題があった。本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、高繰返し動作によるレ−ザ発振が可能なＸ線予
備電離方式のガスレ−ザ発振装置を提供することを目的
とする。［発明の構成］

【０００４】

【課題を解決するための手段】ループ状の通路を有しこ
の通路にガスレーザ媒質を封入した気密容器と、上記ガ
スレーザ媒質を所定の流速で循環させる送風手段と、所
定の発振繰返し数でパルス放電を発生する放電駆動回路
に接続されており上記循環中の上記ガスレーザ媒質が流
れる主放電空間を形成して上記通路に設けられた主放電
電極と、上記主放電空間に流入する上記ガスレーザ媒質
を予備電離するＸ線発生手段と、このＸ線発生手段での
Ｘ線の発生タイミングを制御するタイミング手段と、上
記主放電空間で発生したレーザ光を光共振させる光共振
ミラーとを備えたガスレーザ発振装置において、上記Ｘ
線発生手段は上記主放電空間の外にあって、上記主放電
空間に流入する以前のガスレーザ媒質を予備電離するも
のであり、上記タイミング手段は、上記所定の発振繰返
し数での個々の上記パルス放電の開始前毎に上記予備電
離されたガスレーザ媒質が上記主放電空間に流入するよ
うにＸ線を発生させるものであることを特徴とするガス
レーザ発振装置を提供する。

【０００５】

【作用】主放電空間に流れ込む直前のガスレーザ媒質が
予備電離され、その予備電離されたガスレーザ媒質が循
環の流れにのり、主放電空間で主放電が点弧する作用が
繰り返される。

【０００６】

【実施例】以下、実施例を示す図面に基づいて説明す
る。図１は本発明の一実施例で、軸心方向に細長く、ま
た、ドーナッツ形状と同様の形状で内側が中空部(10)に
なる二重管構造の気密容器(11)を有し、この気密容器(1
1)の横断面においてループ状になる通路(12)には中空部
(10)を間にして支持板(13)に支持されるとともに、図示
せぬ放電駆動回路によって所定の繰返し数で主放電とな
るパルス放電をする一対の主放電電極(14),(15) が、気
密容器(11)に封入されたガスレーザ媒質を通路(12)内で
循環する送風機(16)とが対峙した状態に設けられてい
る。また、主放電電極(14),(15) と送風機(16)との間に
はそれぞれ熱交換器(17a),(17b) が設けられている。主
放電電極(14),(15) の間に存在する主放電空間(18)に対
してガスレーザ媒質の流入側であって主放電空間(18)の
近傍の空間に、破線の矢印で示したＸ線(19)を放射す
る、Ｘ線発生装置(20)が気密容器(11)の中空部(10)側
で、かつ中空部(10)の外側に気密に取付けられている。
Ｘ線発生装置(20)はタイミング手段(20a) に接続されて
いる。このタイミング手段(20a) は主放電を可能とする
予備電離媒体（予備電離がなされるガスレーザ媒質）が
上記主放電空間(18)に上記主放電の発生する直前のタイ
ミングと位置でＸ線を発生させるようになっている。ま
た、上記Ｘ線発生手段(20)はいわゆる反射形で、図２に
示すように、電子ビームを発生する熱陰極(21)と、これ
に対向するとともに上記電子ビームによってＸ線を発生
する陽極(22)を備えている。Ｘ線の透過窓(23)は気密容
器(11)の一部を切抜き、その部分にＸ線の減衰が極めて
少ないベリリュウム（Ｂｅ）の板材を取付けることによ
って形成されている。なお、ガイド体(25),(26) は、ガ
スレーザ媒質の主放電空間(18)の近傍における流れを円
滑にするために設けられているものである。

【０００７】次に上記構成の作用を模式図である図３
(a) 乃至(c)を参照して具体的に説明する。すなわち、
繰返し数２ｋＨｚ（放電間隔時間0.5ms）、ガスレーザ
媒質の流速(30)を４０ｍ／ｓ、放電幅(31)を１ｃｍ（た
だし、主放電電極幅３cm) とすると、放電後、放電領域
外に完了放電領域分がどの位の距離押し出されたかを放
電幅の倍数で示す値であるＣＲ（ｃｒｅａｒｉｎｇｒ
ａｔｉｏ、ガス流速／（繰返し数・放電幅））値は２と
なる。また、予備電離幅(32)が３ｃｍの場合、Ｘ線発生
装置(20)は主放電電極(14),(15) に隣接され、まず同図
(a) に示すように予備電離用のＸ線(19)を発生する。発
生されたＸ線(19)で予備電離されたガスレーザ媒質(33)
の一部は次の主放電点弧時（ 0.5ms後）には同図(b) に
示すように主放電空間(18)に移動している。この時点で
はＸ線の発生は停止している。上記点弧後の次の点弧時
（1ms 後）も、同図(c) に示すように上記予備電離され
たガスレーザ媒質(33)が主放電空間(18)に存在し、既に
主放電が終わったガスレーザ媒質(34)は主放電空間(18)
から上記放電幅二つ分（ＣＲ＝２）先に離されている。
この時点でＸ線が発生され、予備電離が行われる。以上
の説明から明らかなように、上記の放電動作ではＸ線の
繰返しは主放電動作の繰返し数の１／２となり、この場
合１ｋＨとなる。なお、上記1ms 後の初期電子の存在で
あるが、一般に負イオン数は半分になるのに数百μs か
かるといわれているので、軟Ｘ線で強力かつ均一に電離
した本方式の場合には、負イオンの電子分離による初期
電子は主放電が点弧するのに十分供給される。しかしな
がら、レーザ発振の放電動作が１ｋＨｚの場合にＸ線発
生装置(20)の繰返し数を１／２の５００Ｈｚにすると２
ms後のガスレーザ媒質を用いることになり、負イオンの
残留量が少なく初期電子不足となるので、放電を安定に
するためには１ｋＨｚの繰返し数が必要である。なお、
上記実施例はＣＲ＝２の場合であるが、ＣＲ＝３の場合
には図４に示すように、主放電電極(14),(15) から１cm
離れたところに予備電離幅が４cmのＸ線発生装置(20)を
配置する。この場合、仮にＸ線発生装置(20)の繰返し数
が２ｋＨｚまで可能ならば、４ｋＨｚのガスレーザ発振
動作が可能となる。

【０００８】

【発明の効果】以上により次のような効果を奏する。（イ）Ｘ線発生装置を、発生したＸ線が主放電電極を透
過しない位置に設けたので、Ｘ線量の減衰や軟Ｘ線成分
の減少が大幅に低減できた。（ロ）また、上記（イ）項から幅広い領域にＸ線を照射
しているので、Ｘ線の利用効率が向上した。（ハ）主放電電極にＸ線を通すために、薄くしたり、あ
るいは肉部を削るなどの工夫が不要となり、主放電電極
の耐久性の低下の問題が解消した。（ニ）Ｘ線発生装置の繰返し数の倍以上の繰返し数で主
放電を発生させることが可能であるので、レーザ発振の
高繰返し化に対応することができるようになった。ま
た、Ｘ線発生装置への入力も大幅に低下できるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１の一部拡大図である。

【図３】予備電離と主放電の動作を示す動作図である。

【図４】予備電離と主放電の他の動作を示す動作図であ
る。

【図５】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

(11)…気密容器、(14),(15) …主放電電極、(20)…Ｘ線
発生装置、(20a) …タイミング手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ループ状の通路を有しこの通路にガスレ
ーザ媒質を封入した気密容器と、上記ガスレーザ媒質を
所定の流速で循環させる送風手段と、所定の発振繰返し
数でパルス放電を発生する放電駆動回路に接続されてお
り上記循環中の上記ガスレーザ媒質が流れる主放電空間
を形成して上記通路に設けられた主放電電極と、上記主
放電空間に流入する上記ガスレーザ媒質を予備電離する
Ｘ線発生手段と、このＸ線発生手段でのＸ線の発生タイ
ミングを制御するタイミング手段と、上記主放電空間で
発生したレーザ光を光共振させる光共振ミラーとを備え
たガスレーザ発振装置において、上記Ｘ線発生手段は上
記主放電空間の外にあって、上記主放電空間に流入する
以前のガスレーザ媒質を予備電離するものであり、上記
タイミング手段は、上記所定の発振繰返し数での個々の
上記パルス放電の開始前毎に上記予備電離されたガスレ
ーザ媒質が上記主放電空間に流入するようにＸ線を発生
させるものであることを特徴とするガスレーザ発振装
置。