JP2985874B1 - ガスレーザ装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 パルスオンオフ条件によらず、パルス発振ゲ
インを安定化し、パルスレーザ出力を安定化する。 【解決手段】 パルスオフ時間中の予備注入の総量に補
正注入を加えて発振閾値としてパルス放電を開始させる
とともに、パルス信号からパルス放電開始までの時間遅
れを、パルス信号に付加してレーザ光パルス幅を一定に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンが発
生するマイクロ波を用いて気体レーザ媒質を励起するガ
スレーザ装置およびその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のパルス放電によりパルス状のレー
ザ出力を得るガスレーザ装置の構成例として、以下、図
４に沿って説明する。

【０００３】図４において、２１は出力鏡を保持した出
力鏡部、２２は終段鏡を保持した終段鏡部で、両方の鏡
により光共振器を構成する。２３はガスレーザ媒質を封
入した放電部で、２４は複数の前記放電部２３を光共振
器中央で接続しており、これらは、前記出力鏡部２１、
終段鏡部２２と共にレーザ光軸上に同軸に配置されてい
る。２５はパルス放電を発生させるパルス電源、２６は
予備放電を発生させる予備放電電源、２７ａ，ｂはパル
ス放電を発生させる電極で２７ｃは予備放電を発生させ
る電極である。

【０００４】上記、図４の従来のガスレーザ装置につい
て、各構成要素の関係と動作を説明する。すなわち、気
体レーザ媒質が満たされた放電部２３は、パルス電源２
５の発生する高電圧が印加された電極２７ａ，ｂの間で
放電が生じ、気体レーザ媒質を励起して、光共振器内に
パルス状のレーザ光を発生させる。

【０００５】また、パルス放電に先立ち、予備放電電源
２６が発生する高電圧が印加された電極２７ｃと電極２
７ａの間にパルス状ないしは連続的にレーザ発振の閾値
に満たない放電注入の予備放電を放電部２３内に発生さ
せて、放電部２３内を荷電粒子で満たして放電開始電圧
を下げ、パルス電源２５と電極２７ａ，ｂでつくるパル
ス放電を容易に発生させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、上記す
る従来のガスレーザ装置では、放電開始電圧を下げてパ
ルス放電を開始するのを容易にするために、レーザ発振
の閾値に満たない放電注入の予備電離を行っているが、
パルス放電による注入はパルスオフ期間中に予備放電に
よって放電部２３内に蓄えられた発振ゲインの上に積み
重ねられるため、長時間発振を停止した時と短い間隔で
パルス発振をする時では、予備電離により蓄積される発
振ゲインに差が生じ、パルス放電の注入が加算された全
体の発振ゲインが変わる。その結果、出力するパルス出
力が変化する。

【０００７】あるいは、発振ゲインの差や、予備放電注
入量の多少によって、パルス波形信号と放電開始や光出
力の間に時間遅れに差が生じ、パルス幅の異なるレーザ
出力が発生する。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点を解決
するものであり、ガスレーザ装置のパルス出力光を安定
化することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために、第１の発明は、気体レーザ媒質を内部に封入し
て直接または間接にマイクロ波を放電注入される放電部
と、前記マイクロ波を制御する駆動電源を備え、レーザ
光を発しない予備放電注入と、予備放電注入の総量とパ
ルス発振を行う発振閾値の差分量の大きさの補正放電注
入と、それらの放電注入をした上でパルス放電注入を行
うように駆動電源を制御する制御回路を設けたガスレー
ザ装置である。

【００１０】第２の発明は、第１の発明において、パル
ス発振を行う前の予備及び補正放電注入の和が、レーザ
発振を開始する発振閾値を上回らぬ一定値をとる事を特
徴とするガスレーザ装置である。

【００１１】第３の発明は、第１または２の発明におい
て、マイクロ波を発生させるマグネトロンを設け、前記
マグネトロンの温度を検出する手段を設け、該手段の温
度検出値によりレーザ光を発しない予備放電注入時の駆
動電源の出力を可変可能とすることを特徴とするガスレ
ーザ装置である。

【００１２】第４の発明は、第１から３の何れかに発明
において、マイクロ波を発生させるマグネトロンを設
け、前記マグネトロンに印加される電圧を検出する手段
を設け、該手段の電圧検出値によりレーザ光を発しない
予備放電注入時の駆動電源の出力を可変可能とすること
を特徴とするガスレーザ装置である。

【００１３】第５の発明は、気体レーザ媒質を内部に封
入した放電部と、出力鏡と全反射鏡を有する光共振器
と、複数のマグネトロンと、マイクロ波を放電部に伝送
する複数の導波管と、マグネトロンを駆動する電源を備
え、パルス発振波形信号によって前記駆動電源を断続運
転させるようにしたガスレーザ装置において、前記パル
ス発振波形信号がオンに切り替わる時と前記放電部内で
パルス放電が発生する時間の間の遅れ時間を前記パルス
発振波形信号に付け加えた信号によって前記駆動電源を
駆動すると共に、パルス発振波形信号を発生する制御装
置に前記遅れ時間を追加した波形信号を送り返すことを
特徴とするガスレーザ装置である。

【００１４】第６の発明は、パルス発振を行う気体レー
ザ媒質を内部に配した放電部への放電注入に際して、レ
ーザ光を発しないレベルの予備放電注入を行う第１ステ
ップと、パルス発振を行うレベルの放電注入の発振閾値
と予備放電注入の総量の差分量の補正放電注入を行う第
２ステップと、前記第２ステップの後でパルス放電注入
を行うことを特徴とするガスレーザ装置の制御方法であ
る。

【００１５】第７の発明は、第６の発明において、第１
ステップの間に行う予備放電注入の総量と第２ステップ
の補正放電注入の和が、レーザ発振を開始する発振閾値
を上回らぬ一定値をとる事を特徴とするガスレーザ装置
の制御方法である。

【００１６】第８の発明は、第６または７の発明におい
て、放電注入にマグネトロンを用い、前記マグネトロン
の温度を検出するステップと、前記ステップにより検出
した温度検出値に従って第１ステップの予備放電注入レ
ベルを可変可能とするステップを行うことを特徴とする
ガスレーザ装置の制御方法である。

【００１７】第９の発明は、第８の発明において、前記
マグネトロンに印加される電圧を検出するステップと、
前記ステップにより検出された電圧検出値に従って第１
ステップの予備放電注入レベルを可変可能とするステッ
プを行うことを特徴とするガスレーザ装置の制御方法で
ある。

【００１８】

【発明の実施の形態】第１および６の発明は、レーザ発
振時すなわちパルスオン時間中の放電注入及びレーザ発
振停止時すなわちオフ時間中の予備放電もマイクロ波に
より放電を行わせる。パルスオフ時間中の予備放電は、
レーザ発振しない放電注入量で駆動電源を動かすことで
行い、パルスオフ時間の間の予備放電注入量の総和が、
最長オフ時の予備放電での注入量の総和に合わせて、パ
ルスオンに切り替わるときに補正放電注入を行わせたも
のであり、パルスオン直前の光共振器内部の発振ゲイン
の量を一定に保ち、パルスレーザ出力が一定に保たれる
作用を有する。

【００１９】第２および６の発明は、さらに、パルスオ
フの間に行う予備放電注入の総和と補正の放電注入の和
が、光共振器内にてレーザ発振を開始する発振閾値を上
回らぬ一定値をとる様にしたものであり、パルス放電注
入が開始されると同時にパルスレーザ発振を開始できる
作用を有する。

【００２０】第３および７の発明は、マグネトロンが温
度によってマイクロ波出力が変化することから、マグネ
トロン筐体の温度を測定して、パルスオフ時間中の予備
放電注入量を調節するようにしたものであり、予備放電
の時間あたりの注入量の一定にする作用を有する。

【００２１】第４および８の発明は、マグネトロンが温
度の他に磁石の劣化によっても同一駆動電流での駆動電
圧特性は変わり、マイクロ波出力が変化することから、
マグネトロン駆動電圧を測定して、パルスオフ時間中の
予備放電注入量を調節するようにしたものであり、予備
放電の時間あたりの注入量の一定にする作用を有する。

【００２２】第５および９の発明のガスレーザ装置で
は、パルスオンからレーザは新までの遅れ時間を前記パ
ルス発振波形信号に付け加えた信号によって前記駆動電
源を駆動すると共に、パルス発振波形信号を発生する制
御装置に前記遅れ時間を追加した波形信号を送り返すも
のであり、パルス発生時間を維持する作用とともに、制
御装置が次の加工パルスを送れるタイミング検知できる
作用を有する。

【００２３】（実施の形態） 以下、本発明の実施の形態例について、図１から図３を
用いて説明する。図１は本発明の実施の形態例における
ガスレーザ装置の概要構成を示し、図２は予備注入／補
正注入／パルス注入の切替え部分の詳細を示す。図３
は、この実施例における各信号の変化を示し、本発明の
請求項１から９の記載に係る発明を実施したものであ
る。

【００２４】構成要素として、１は出力鏡を保持した出
力鏡部、２は終段鏡を保持した終段鏡部で、両方の鏡に
より光共振器を構成する。３はガスレーザ媒質を封入し
た放電部で、４は複数の前記放電部３を光共振器中央で
接続しており、これらは、前記出力鏡部１、終段鏡部２
と共にレーザ光軸上に同軸に配置されている。５はマイ
クロ波を放電部３に伝送する導波管、６はマイクロ波を
発生させ流マグネトロン、７はマグネトロンを駆動する
電源、８は図には記していないがレーザ出力を制御する
制御装置の指令信号を受けて電源７を駆動させる制御回
路である。

【００２５】さらに、制御回路８内には、９は３入力１
出力の信号切換器、１０は予備放電注入量を決める可変
基準電圧源、１１はパルスオフ時間幅積分器、１２は発
振閾値に対応する基準電圧源、１３は差分回路、１４は
信号遅延時間検出器、１５はパルス幅調整器、１６は指
令信号切換パルス発生器、１７と１８は信号変換器であ
る。

【００２６】以上の各構成要素の関係と動作について説
明する。気体レーザ媒質が満たされた放電部３は、駆動
電源７にて駆動されたマグネトロン６の発生するマイク
ロ波を導波管５を経て印加されて放電が生じ、気体レー
ザ媒質を励起して、光共振器内にパルス状のレーザ光を
発生させる。

【００２７】駆動電源７にレーザ出力やパルス波形に応
じた駆動信号を与えている制御回路８は、制御装置から
の信号８ａと図示はしていないがマグネトロン６に付加
された温度センサの出力信号８ｃによって駆動条件を入
力しており、パルス波形信号８ｂを制御装置に送り返し
ている。

【００２８】信号切換器９の入力９ａ，ｂ，ｃを各々、
９ａは可変基準信号発生器１０、９ｂはパルス出力指令
信号、９ｃは差分回路１３に接続され、パルス発生器１
６の発生するパルス信号９ｅがパルスを伝えるごとに順
次入力を９ａからｂ、ｃへと切り替えて出力線９ｄへと
出力しており、出力信号とマグネトロン６を脈流駆動す
るためのキャリアパルス信号１４ａによって電源７は、
マグネトロン6を駆動する電流電圧を発生する。

【００２９】信号切換器入力９ｃは、パルスオフ時間幅
積分器１１の出力を可変基準信号発生器１０の出力に応
じて増減する信号変換器１７を経た信号と基準信号発生
器１２の出力の差分を差分回路１３にてとったものであ
る。

【００３０】遅延時間検出器１４は、パルス指令信号８
ａの立ち上がりから、キャリアパルス信号１４ａのパル
ス立ち上がりまでの時間とキャリアパルス１周期分の時
間を検出して、遅延時間と同等の幅のパルス１４ｂを発
生させる。パルス幅調整器１５はパルス指令信号８ａの
後ろに、遅延検出器１４の出力したパルス１４ｂを付け
加えて実パルス幅信号８ｂをつくる。

【００３１】又、指令信号切換パルス発生器１６は、実
パルス幅信号１４ｂとキャリアパルス信号１４ａからパ
ルスオン時に２個のパルス、パルスオフ時に１個のパル
スを出して信号切換器９の入力信号を切り替える。

【００３２】マグネトロン６に付加された温度センサの
出力８ｃは、信号変換器１８により電圧信号となり、可
変基準信号発生器１０の出力電圧を可変する。以上の構
成としたことにより、まず、可変基準信号発生器１０は
パルスオフ時間中のマイクロ波出力量を規定しており、
パルスオフ時間中の放電注入量が時間幅積分器１１出力
を同発生器１０の信号で補正することによりパルスオフ
時間中の放電注入総量に比例した信号１７ａが得られ
る。一方、信号発生器１２は発振閾値に対応した信号電
圧に調整されており、同信号電圧と信号１７ａの差分に
よって、パルスオン開始時に補正注入するマイクロ波出
力値が得られる。

【００３３】予備放電注入から補正放電注入更にパルス
放電注入へのマイクロ波出力レベルの切り替えは、パル
スオン直後の、キャリアパルス信号１４ａの２パルス分
をパルス発生器１６で切り出し、信号切換器９で出力指
令値の切り替えが行われる。更に、パルスオフ時に１個
のパルスを送ることで、パルス放電注入から予備放電注
入への切り替えが行われる。なお、レーザパルスは、パ
ルス放電を開始した時点から、予備放電注入に切り替わ
るまでの時間であるため、パルスオン時から、最初の２
個のキャリアパルスでパルス放電注入に切り替わるまで
の遅れ時間が、パルス波形信号８ａの後に付け加えら
れ、制御装置からのパルスと同じ時間幅でレーザパルス
幅が得られるようになる。

【００３４】遅れ時間の補正したパルス出力を制御装置
に送り返すことで、パルス発振が完了したことが制御装
置に伝達され、次のパルス発振の指令を送るきっかけと
できる。

【００３５】そして、パルスオンオフの頻度により、マ
グネトロン温度が変化して、同一駆動電流でもマイクロ
波が変わるようになると、検知したマグネトロン温度に
応じて、温度が高まると基準電圧１０の出力を下げ、温
度が下がると基準電圧１０をあげて予備放電中の時間あ
たりの放電注入量を一定に保つようにすることで、予備
放電注入のバラツキを少なくしている。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マイクロ波による放電注入は、パルスオフ時間中に放電
部内に蓄えられる発振ゲインが、パルスオフ時間の長短
や、マグネトロン温度によらず各パルス毎に同等レベル
となり、パルス出力を一定に保つことができる。又、制
御装置のパルス指令に対して同じパルス幅のレーザ出力
を得ることができ、その結果、パルスレーザ出力を安定
化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例の光共振器及び放電部の
概要構成図

【図２】本発明の実施の形態例の駆動電源の制御回路の
構成を示す部分構成図

【図３】本発明の実施の形態例において、各信号の状態
と、マイクロ波入力、レーザ出力の変化を示す概念図

【図４】従来のガスレーザ装置の光共振器及び放電部の
概要構成図および、各信号状態と、マイクロ波入力、レ
ーザ出力の変化を示す概念図

【符号の説明】

１ 出力鏡を保持した出力鏡部 ２ 終段鏡を保持した終段鏡部 ３ ガスレーザ媒質を封入した放電部 ４ 放電部の接続部 ５ 導波管 ６ マグネトロン ７ マグネトロンを駆動する電源 ８ 制御回路 ９ 信号切換器 １０ 可変基準電圧源 １１ 時間幅積分器 １２ 基準電圧源 １３ 差分回路 １４ 信号遅延時間検出器 １５ パルス幅調整器 １６ パルス発生器 １７、１８ 信号変換器

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体レーザ媒質を内部に封入して直接ま
   たは間接にマイクロ波を放電注入される放電部と、前記
   マイクロ波を制御する駆動電源を備え、レーザ光を発し
   ない予備放電注入と、予備放電注入の総量とパルス発振
   を行う発振閾値の差分量の大きさの補正放電注入と、そ
   れらの放電注入をした上でパルス放電注入を行うように
   駆動電源を制御する制御回路を設けたガスレーザ装置。
2. 【請求項２】 パルス発振を行う前の予備及び補正放電
   注入の和が、レーザ発振を開始する発振閾値を上回らぬ
   一定値をとる事を特徴とする請求項１に記載のガスレー
   ザ装置。
3. 【請求項３】 マイクロ波を発生させるマグネトロンを
   設け、前記マグネトロンの温度を検出する手段を設け、
   該手段の温度検出値によりレーザ光を発しない予備放電
   注入時の駆動電源の出力を可変可能とすることを特徴と
   する請求項１または２に記載のガスレーザ装置。
4. 【請求項４】 マイクロ波を発生させるマグネトロンを
   設け、前記マグネトロンに印加される電圧を検出する手
   段を設け、該手段の電圧検出値によりレーザ光を発しな
   い予備放電注入時の駆動電源の出力を可変可能とするこ
   とを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のガスレ
   ーザ装置。
5. 【請求項５】 気体レーザ媒質を内部に封入した放電部
   と、出力鏡と全反射鏡を有する光共振器と、複数のマグ
   ネトロンと、マイクロ波を放電部に伝送する複数の導波
   管と、マグネトロンを駆動する電源を備え、パルス発振
   波形信号によって前記駆動電源を断続運転させるように
   したガスレーザ装置において、前記パルス発振波形信号
   がオンに切り替わる時と前記放電部内でパルス放電が発
   生する時間の間の遅れ時間を前記パルス発振波形信号に
   付け加えた信号によって前記駆動電源を駆動すると共
   に、パルス発振波形信号を発生する制御装置に前記遅れ
   時間を追加した波形信号を送り返すことを特徴とするガ
   スレーザ装置。
6. 【請求項６】 パルス発振を行う気体レーザ媒質を内部
   に配した放電部への放電注入に際して、レーザ光を発し
   ないレベルの予備放電注入を行う第１ステップと、パル
   ス発振を行うレベルの放電注入の発振閾値と予備放電注
   入の総量の差分量の補正放電注入を行う第２ステップ
   と、前記第２ステップの後でパルス放電注入を行うこと
   を特徴とするガスレーザ装置の制御方法。
7. 【請求項７】 第１ステップの間に行う予備放電注入の
   総量と第２ステップの補正放電注入の和が、レーザ発振
   を開始する発振閾値を上回らぬ一定値をとる事を特徴と
   する請求項６に記載のガスレーザ装置の制御方法。
8. 【請求項８】 放電注入にマグネトロンを用い、前記マ
   グネトロンの温度を検出するステップと、前記ステップ
   により検出した温度検出値に従って第１ステップの予備
   放電注入レベルを可変可能とするステップを行うことを
   特徴とする請求項６または７に記載のガスレーザ装置の
   制御方法。
9. 【請求項９】 前記マグネトロンに印加される電圧を検
   出するステップと、前記ステップにより検出された電圧
   検出値に従って第１ステップの予備放電注入レベルを可
   変可能とするステップを行うことを特徴とする請求項８
   に記載のガスレーザ装置の制御方法。