JP3154584B2 - 放電励起ガスレーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、放電励起ガスレーザ
装置、とくにその予備電離源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放電によって効率よくレーザを励起する
ためには、空間的に均一な主放電を発生させることが必
要不可欠である。ＴＥＡ−ＣＯ₂レーザやエキシマレー
ザのように、媒質となるレーザガスの動作圧力が比較的
高い場合、放電は集束しやすく、単に主電極間へ電圧を
印加するだけではアーク状の空間的に不均一な放電とな
ってしまう。このため通常は主放電開始以前に予め主放
電空間中に放電の種となる電子を生成する予備電離を行
う。

【０００３】図１４は、例えば特開昭６１−１３５１７
６号公報に示された従来の放電励起ガスレーザ装置の予
備電離源を示す斜視図である。図１４において、従来の
予備電離源は、第１の予備電離電極１と、第２の予備電
離電極２と、第１と第２の予備電離電極１、２で挟まれ
た誘電体３とを備える。なお、符号４は誘電体３の表面
上で発生した沿面放電である。

【０００４】次に、動作について説明する。第１の予備
電離電極１と第２の予備電離電極２の間に高電圧を印加
すると、第１、及び第２の予備電離電極１、２付近の誘
電体表面近傍で強電界が生じ、正電極からは正コロナス
トリーマ、負電極からは負コロナストリーマがそれぞれ
発生し、誘電体表面上を互いに向かい合う方向に進展す
る。正コロナストリーマと負コロナストリーマの接触に
より、第１の予備電離電極１と第２の予備電離電極２の
間は短絡状態となり、誘電体表面に沿って電流が流れ
る。通常、前述の様な過程で誘電体表面上に発生する放
電は沿面放電と呼ばれており、本図に示す予備電離源は
沿面放電から発生する紫外光を利用し、主放電空間のレ
ーザガスを光電離するものである。沿面放電は誘電体を
使用しないアーク放電と比較し、電極間の短絡電圧が低
くなるため安定した放電を得ることができ、予備電離源
として適することが知られている。

【０００５】図１５は、図１４と同じく特開昭６１−１
３５１７６号公報に示された従来の放電励起ガスレーザ
装置の放電部の構成を示す斜視図である。図中、図１４
と同一符号は同一部分、もしくは相当部分を示してい
る。図１５において、放電部は、第１の主電極５と、第
２の主電極６とを備える。符号７は主放電空間である。
また、放電部は、点線で囲まれ、主放電空間７の側方に
複数個設置された図１４に示したものと同様な構成から
なる予備電離源８と、それぞれの予備電離源８に対し直
列に接続されたピーキングコンデンサ９とを備える。な
お、符号１０は、主放電空間７内のレーザガスを置換す
るため循環させるガス流の方向を示す矢印である。

【０００６】次に、動作について説明する。第１、及び
第２の主電極５、６間に高電圧パルスを印加すると、主
電極間の放電開始電圧に比べ、第１、及び第２の予備電
離電極１、２間の沿面放電開始電圧の方が十分に低いた
め、まず予備電離源８において沿面放電が発生する。沿
面放電により予備電離源８中の第１、及び第２の予備電
離電極１、２間は導通し、ピーキングコンデンサ９に電
流が流れ込む。また、ことのき沿面放電から発生する紫
外光で主放電空間７の予備電離を行う。

【０００７】ピーキングコンデンサ９の充電によって第
１、及び第２の主電極５、６間に印加される電圧は急速
に増加し、この電圧が第１、及び第２の主電極５、６間
の放電開始電圧を越えると、予備電離された電子を種と
してグロー状の放電が主放電空間７内に形成される（主
放電）。主放電開始とともにピーキングコンデンサ９に
蓄えられていたエネルギーは瞬時に主放電中に投入さ
れ、レーザガスが励起される。本図において主電極長手
方向と光軸方向は一致しており、主電極の前後に部分透
過鏡と全反射鏡を設置して共振器を構成することにより
レーザ光が取り出される。

【０００８】放電励起ガスレーザ装置の工業的な応用を
考えた場合、１秒間に数１０回から数１００回程度の割
合で連続して主放電を行う繰り返し運転が必要不可欠に
なる。主放電はレーザガスの励起を行うと同時に多量の
荷電粒子や金属粉等の不純物を主放電空間内に生成す
る。主放電空間内の不純物は空間的に均一な放電を形成
するうえで妨げとなるため、繰り返し運転を行う場合に
は主放電毎に放電空間内のレーザガスを置き換える必要
がある。このためラインフローファンやブロワー等を使
用し、レーザガスを常に循環させることにより主放電空
間７内のガス置換を行っている。効率よく主放電空間７
内のレーザガスを置換するため、通常は矢印１０が示す
向き、即ち主放電空間７の側方から主放電空間７の長手
方向に対し直交する向きにガスを循環させる。

【０００９】ところで、図１５に示した放電部の構成で
は、予備電離源８を主放電空間７の側方に設置してい
る。均一な主放電を形成するためには予備電離を主放電
空間全体に対し均等に行わなくてはならず、一方、繰り
返し運転を行うためには、主放電毎に主放電空間全体の
レーザガスを置換するに足る十分な流速をもったガスを
主放電空間７内に流さなければならない。

【００１０】予備電離源８を主放電空間７の側方に設置
し、かつ前述の２条件を満足させるためには、図１５に
示すように、多数の誘電体３を使用し、主電極長手方向
に対し予備電離源８を分散させ均等に配置しなくてはな
らず、放電部の構成が複雑になるばかりでなく、調整も
容易ではない。

【００１１】また、ガス流に対向する位置に予備電離源
８が設置されるため、ガス流に対し抵抗となり、圧損を
生じ、ラインフローファンやブロワー等、ガス循環機の
送風効率を低下させる。さらに、予備電離源８がガス流
に対し障害となるため、予備電離源８の下流側ではガス
流が乱れ、渦等を生じ、主放電空間７内に生じた不純物
を十分に除去することができない。特に１秒間に数１０
０回以上の主放電を行う高繰り返し運転時には、循環さ
せるガスの流速も高速にしなくてはならず、この傾向は
顕著となり、主放電は不安定になり、レーザ出力に対す
る効率低下の原因となっていた。

【００１２】図１６は、文献（Ｒ.Ｍarchetti,Ｅ.Ｐenc
o and Ｇ.Ｓalvetti,“Ａ new typecorona-disharge ph
otoionization source for gas lasers",Ｊ.Ａppl.Ｐhy
s.56(11),1 December 1984 第3163頁〜第3166頁）に示
された従来の放電励起ガスレーザ装置の放電部を示す模
式図である。図中、図１４及び図１５と同一符号は同一
部分、もしくは相当部分を表す。

【００１３】図１６において、符号１１は予備電離光源
として利用するコロナ放電である。予備電離源が主放電
空間の側方に位置すると、簡易に調整を行うことが困難
になるばかりでなく、ガス流の妨げとなりレーザ出力に
対し効率低下の原因となっていることは前述の通りであ
る。本図に示す従来例では、予備電離源を第２の主電極
６の側方へ設けているため、予備電離源がガス流の妨げ
となることはない。また、誘電体３に主電極と同程度の
長さを有する管状の絶縁材料を使用し、管状誘電体３の
内部にロッド状の第２の予備電離電極２を設置してい
る。さらに、第２の主電極６が第１の予備電離電極を兼
ねる構成としているため、構造が非常に簡単になる。

【００１４】本従来例と図１４で示した従来例は、とも
に放電から発生する紫外光で主放電空間中のレーザガス
を予備電離するものであるが、紫外光源である予備電離
放電の形態が異なっている。図１４で示した従来例は第
１の予備電離電極１と第２の予備電離電極２の間に電圧
を印加し、コロナストリーマの進展により両電極間を短
絡させ、誘電体３表面上に生じる沿面放電４から発生す
る紫外光を予備電離に利用するものであった。図１６に
示す本従来例の場合も同様に、第１の予備電離電極を兼
ねる第２の主電極６と第２の予備電離電極２の間に電圧
を印加するものであるが、第２の主電極６と第２の予備
電離電極２間は短絡させずに、第２の主電極６と誘電体
３の接触部で生じる強電界により進展を開始し、誘電体
３の外部表面全体を覆うように発生するコロナ放電１１
のみを紫外光源として利用している。図１６に示すよう
に、コロナ放電１１を紫外光源として利用する場合、予
備電離源自体の構成を非常に簡単にすることができるば
かりでなく、誘電体３表面全体でコロナ放電１１が発生
するため、主放電空間内において均一な予備電離電子密
度分布を得ることができる。

【００１５】図１４で示した従来例のように、沿面放電
４を紫外光源として利用する場合、沿面放電中を流れる
電流量を増すことにより紫外光強度を強め、高い予備電
離電子密度を得ることができる。しかし、図１６に示す
従来例のように、コロナ放電１１を紫外光源として利用
する場合、第１の予備電離電極を兼ねる第２の主電極６
と第２の予備電離電極２との間に印加することのできる
電圧は、誘電体材料の絶縁耐圧により制限されるため、
コロナ放電１１中へ投入可能なエネルギーには上限が存
在し、沿面放電４に比べ得られる予備電離電子密度は低
く、レーザの効率も低下する。

【００１６】図１７は、特開平３−９５８２号に示され
た従来の放電励起ガスレーザ装置の放電部を示す模式図
である。図中、図１４及び図１５と同一符号は同一部
分、もしくは相当部分を示す。

【００１７】図１７において、符号１２は第１の予備電
離電極１よりも主電極に対し外側の誘電体３外部表面上
に設置したシールド電極である。本従来例においても図
１６で示した従来例と同じく、第２の主電極６の両側部
を第１の予備電離電極１とし、第２の主電極６と第１の
予備電離電極１が一体となるような構成としている。ま
た、第２の予備電離電極２、並びに誘電体３の構成は図
１６で示したものと同様である。本従来例では誘電体３
の外部表面上に第１の予備電離電極１だけでなくシール
ド電極１２を設置している。

【００１８】第１の予備電離電極１とシールド電極１２
を同電位に保ち、第２の予備電離電極２との間に高電圧
を印加することにより、誘電体３の外部表面上でコロナ
放電１１を生じさせ、そこから発生する紫外光で主放電
空間の予備電離を行う。本従来例に示すように、シール
ド電極１２を設ければ、シールド電極１２の端部におい
ても強電界が生じてコロナ放電１１の進展が開始するた
め、図１６で示した従来例のようにコロナ放電１１の発
生開始個所を第２の主電極６と誘電体３との接触部のみ
とした場合よりも、予備電離電子数を増やすことができ
る。しかし、図１６で示した従来例と同様、第１の予備
電離電極１と第２の予備電離電極２との間に印加するこ
とのできる電圧が誘電体の絶縁耐圧により制限されるた
め、沿面放電４に比べ得られる予備電離電子数は少な
い。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】従来の放電励起ガスレ
ーザ装置の放電部では、沿面放電４を紫外光源として利
用する場合、予備電離源８を多数に分散させ、均等に配
置しなくてはならず、放電部の構成が複雑になり、組み
立てや調整も容易ではなくなるという問題点があった。
また、ガス流に対向する位置に予備電離源８が設置され
ているため、予備電離源８がガス流に対し抵抗となり、
ガス循環器の送風効率を低下させるばかりでなく、予備
電離源８下流側のガス流を乱し、主放電空間７内に生じ
た不純物を十分に除去することが困難となり、レーザ出
力に対する効率低下の原因になるという問題点があっ
た。

【００２０】コロナ放電１１を紫外光源として利用すれ
ば、予備電離源の構成を簡単にでき、ガス流に影響を与
えることなく、主放電空間の予備電離を行うことが可能
であるが、得られる予備電離電子数が少なく、レーザの
効率が低下するという問題点があった。

【００２１】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、簡単な放電部の構成を有し、ガス
流を乱すことなく主放電空間内の予備電離を行うことが
でき、安定な主放電を形成できるので、高い効率でレー
ザ出力を得ることができる放電励起ガスレーザ装置を得
ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る放電励起ガスレーザ装置は、基準信号に基づいて励起
用回路駆動信号、及び予備電離用回路駆動信号を発生す
る遅延信号発生器と、レーザガス中において主放電を起
こすため相対向して設けられた第１、及び第２の主電極
と、前記第１、及び第２の主電極に接続され、前記励起
用回路駆動信号に従って励起用電圧を両主電極間に印加
する励起用回路と、前記第１、及び第２の主電極のうち
少なくとも一方の主電極の側方に沿って配置され、四角
柱形状を有する誘電体と、前記誘電体の長手方向に沿っ
て前記誘電体を挟んで対向して配置された第１、及び第
２の予備電離電極と、前記第１、及び第２の予備電離電
極に接続され、前記予備電離用回路駆動信号に従って予
備電離用電圧を両予備電離電極間に印加して前記誘電体
表面上で沿面放電を発生させる予備電離用回路とを備
え、前記誘電体は、その表面に前記第１及び第２の予備
電離電極間で沿面放電を発生させるための、前記誘電体
の幅に比して十分に狭い複数の細溝を有するものであ
る。

【００２３】この発明の請求項２に係る放電励起ガスレ
ーザ装置は、前記誘電体が、その表面に前記第１及び第
２の予備電離電極間を最短距離で結ぶ方向に対して斜め
に前記複数の細溝を有するものである。

【００２４】この発明の請求項３に係る放電励起ガスレ
ーザ装置は、前記複数の細溝を、ジグザグ形状としたも
のである。

【００２５】この発明の請求項４に係る放電励起ガスレ
ーザ装置は、前記複数の細溝を、蛇行形状としたもので
ある。

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【作用】この発明の請求項１に係る放電励起ガスレーザ
装置においては、放電部の構成を簡単にすることができ
るばかりでなく、予備電離源がガス流に対し影響を与え
ることがないので、ガス循環機の送風効率を向上できる
とともに、主放電空間内の不純物を十分に除去すること
ができ、１秒間に数１００回以上の主放電を行う高繰り
返し運転時においても、安定な主放電を形成することが
できる。

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】また、この発明の請求項２に係る放電励起
ガスレーザ装置においては、誘導体表面に形成した複数
の細溝の方向を、第１の予備電離電極と第２の予備電離
電極を最短距離で結ぶ方向に対し斜めとしたので、沿面
放電中を流れる電流密度を下げることなく紫外光源であ
る沿面放電の表面積が大きくすることができるため、更
に高い予備電離電子密度が得られ、より安定した主放電
を形成し、高効率なレーザ発振を得ることができる。

【００３４】また、この発明の請求項３に係る放電励起
ガスレーザ装置においては、誘導体表面に形成した複数
の細溝の形状をジグザグとしたので、同様に、沿面放電
中を流れる電流密度を下げることなく紫外光源である沿
面放電の表面積が大きくすることができるため、高い予
備電離電子密度が得られ、より安定した主放電を形成
し、高効率なレーザ発振を得ることができる。

【００３５】また、この発明の請求項４に係る放電励起
ガスレーザ装置においては、誘導体表面に形成した複数
の細溝の形状を蛇行形状としたので、同様に、沿面放電
中を流れる電流密度を下げることなく紫外光源である沿
面放電の表面積が大きくすることができるため、高い予
備電離電子密度が得られ、安定した主放電を形成し、高
効率なレーザ発振を得ることができる。

【００３６】

【実施例】実施例１．この発明の実施例１の構成につい
て図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、この
発明の実施例１に係る放電励起ガスレーザ装置の放電部
の構成を示す斜視図である。図中、図１４、及び図１５
と同一符号は同一部分、もしくは相当部分を示してい
る。図１において、符号１３は光共振器の一方をなす部
分反射鏡、符号１４は光共振器のもう一方をなす全反射
鏡である。この実施例１に示す放電部では予備電離源８
を第２の主電極６の両側に沿って３個ずつ配置した構成
となっている。

【００３７】この実施例１に示す予備電離源８では四角
柱形状を有する誘導体３を用いている。第１、及び第２
の予備電離電極１、２ともＬ型に成型した金属板からな
り、２つの予備電離電極１、２で誘導体３を挟み込むよ
うな構造を持つ。第１の予備電離電極１と第２の予備電
離電極２の間に電圧を印加すると、第１の予備電離電極
１と第２の予備電離電極２が向かい合う誘導体３面上に
おいて、第１の予備電離電極１と第２の予備電離電極２
の端部から、それぞれ対向する電極に向かいコロナスト
リーマが進展する。第２の予備電離電極２から発生した
コロナストリーマが第１の予備電離電極１に到達、もし
くは第１の予備電離電極１から進展するコロナストリー
マと接触することにより、第１、及び第２の予備電離電
極１、２間は短絡し沿面放電４が開始する。この沿面放
電４から発生する紫外光で主放電空間の予備電離を行
う。

【００３８】図２は、この発明の実施例１に係る放電励
起ガスレーザ装置の回路の構成を示す図である。図２に
おいて、この実施例１に係る放電励起ガスレーザ装置
は、第１、及び第２の主電極５、６間に接続された励起
用回路１５と、第１、及び第２の予備電離電極１、２間
に接続された予備電離用回路１６と、励起用回路１５と
予備電離用回路１６の動作タイミングを制御するための
遅延信号発生器１７とを備える。

【００３９】次に、動作について説明する。遅延信号発
生器１７は、外部、もしくは遅延信号発生器１７自体の
基準信号をもとに励起用回路駆動信号、並びに予備電離
用回路駆動信号を発生する。励起用回路１５、及び予備
電離用回路１６は、それぞれ励起用回路駆動信号、予備
電離用回路駆動信号を受信すると直ちに動作を開始す
る。第２の主電極６と第１の予備電離電極１はともに接
地電位であり、励起用回路１５によって第１の主電極５
に、予備電離用回路１６によって第２の予備電離電極２
にそれぞれ電圧が印加される。遅延信号発生器１７は任
意の遅延時間で励起用回路駆動信号、並びに予備電離用
回路駆動信号を発生することができる。励起用回路１５
と予備電離用回路１６の動作タイミングを適切な値に設
定することにより、予備電離により生成された電子を種
として主電極間でグロー状の主放電が形成され、主放電
空間内のレーザガスが励起される。図２において紙面と
垂直な方向が光軸方向であり、主電極の前後に全反射鏡
と部分透過鏡からなる光共振器を設置することによりレ
ーザ光が取り出される。

【００４０】図１に示すように、予備電離源８を主電極
の側方へ設置すれば、予備電離源８がガス流を乱すこと
なく、効率よく主放電空間内のガスを置換することがで
きるため、１秒間に数１０回から数１００回程度の割合
で連続して主放電を行う繰り返し運転時においても、常
に安定な主放電を形成でき高効率なレーザ発振が得られ
る。また、同様な理由から予備電離源８を多数に分散さ
せる必要がないため、１つの誘電体３表面上の複数箇所
で沿面放電４を発生させることにより、予備電離源８自
体の数を減らすことができ、放電部の構成が簡単にな
り、放電部の組み立てや調整を簡易に行うことができ
る。

【００４１】実施例２．この発明の実施例２について図
３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施例
２に係る放電励起ガスレーザ装置の予備電離源を示す斜
視図である。図２において、符号１８は沿面放電４の起
点とするため第２の予備電離電極２に設けた複数の三角
形状突起である。予備電離源８の設置位置については図
１において示した実施例１と同様である。

【００４２】第１の予備電離電極１と第２の予備電離電
極２の間に電圧を印加すると、三角形状突起１８の先端
部で電界が集中するため、この部分を起点に誘電体３表
面に沿って第１の予備電離電極１に向かうコロナストリ
ーマが進展する。第２の予備電離電極２から進展したコ
ロナストリーマが第１の予備電離電極１に到達、もしく
は第１の予備電離電極１から進展するコロナストリーマ
と接触することにより、第１、及び第２の予備電離電極
１、２間は短絡し沿面放電４が開始する。

【００４３】以上のように第１の予備電離電極１、もし
くは第２の予備電離電極２の両予備電離電極１、２が対
向する位置に電界集中を促すような突起１８を設けれ
ば、常に一定の位置から沿面放電４を開始させることが
できるので、ショット毎の沿面放電４の状態のばらつき
を小さくすることができ、またこの沿面放電４により生
成される予備電離電子の空間分布のばらつきも小さくな
る。このため、常に同様な主放電を形成することが可能
となり、安定したレーザ出力を得ることができる。

【００４４】実施例３．この発明の実施例３について図
４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施例
３に係る放電励起ガスレーザ装置の予備電離源を示す斜
視図である。また、予備電離源８の設置位置については
図１において示した実施例１と同様である。

【００４５】前述した実施例２においては一方の予備電
離電極のみに沿面放電４の起点となる突起１８を設けて
いたが、この実施例３では、図４に示すように、予備電
離源８は、誘電体３の上面において第１の予備電離電極
１、並びに第２の予備電離電極２の両者とも、ほぼ向か
い合う位置に複数個の三角形状突起１８を設けている。

【００４６】第１の予備電離電極１と第２の予備電離電
極２の間に電圧を印加すると、第１の予備電離電極１、
第２の予備電離電極２とも三角形状突起１８の先端部に
電界が集中し、この部分を起点にコロナストリーマが進
展する。向かい合う突起１８から発生したコロナストリ
ーマどうしの接触により、突起１８間で沿面放電４が開
始し、主放電空間の予備電離を行う。

【００４７】予備電離電極の両者に沿面放電４の起点と
なる突起１８を設ければ、沿面放電４の両端の位置を常
に一定に保つことが可能となるため、更にショット毎の
沿面放電４の状態のばらつきを小さくすることができ、
出力の安定化が図れるばかりでなく、沿面放電４の放電
路の広がりを防ぐことができるため、沿面放電４中の電
流密度が増加し、沿面放電４からの紫外光強度を強める
ことができ、これにより生成される予備電離電子数も増
加し、更に安定した主放電が得られ、効率良くレーザを
励起することができる。

【００４８】実施例４．この発明の実施例４について図
５を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施例
４に係る放電励起ガスレーザ装置の予備電離源を示す斜
視図である。前述した実施例１、実施例２及び実施例３
において示した予備電離源８は、１つの誘電体３に対し
それぞれ１つの第１の予備電離電極１、第２の予備電離
電極２を設置する構成となっていた。図５に示すこの実
施例４の予備電離源８は、１つの誘電体３に対し複数の
第２の予備電離電極２を設けている。図５において、符
号１９は分流用コイル、符号２０は第２の予備電離電極
２に電圧を印加するための給電端子である。放電部にお
ける予備電離源８の設置位置は、同じく図１に示す実施
例１と同様である。

【００４９】前述した実施例３までで示したように、一
対の予備電離電極の複数箇所で沿面放電４を発生させる
場合、予備電離電極に設けた突起形状や誘電体表面状態
の一様性が十分でなければ、沿面放電４は各突起から一
斉に発生せずに最も起こり易い箇所から開始してしま
う。電極の一部で沿面放電４が開始すると予備電離電極
全体の電位が低下するため、他の箇所における沿面放電
４の進展に障害となる。このため各箇所で生じる沿面放
電４を流れる電流にばらつきを生じ、そこから発生する
紫外光の強度も一様性を失う。この結果、空間的に均一
な主放電を形成することが困難になる。

【００５０】図５に示す予備電離源８の構成では、給電
端子２０と第１の予備電離電極１の間に電圧を印加する
ことにより沿面放電４を発生させる。各第２の予備電離
電極２には給電端子２０との間に分流用コイル１９が接
続されているため、複数個の第２の予備電離電極２のう
ち一部の電極からのみ沿面放電４が開始しても、分流用
コイル１９の自己インダクタンスによって他の第２の予
備電離電極２の電位は保たれる。このため複数の第２の
予備電離電極２の配置や誘電体表面状態のばらつきに依
らず、各第２の予備電離電極２と第１の予備電離電極１
の間で一様な沿面放電４が得られ、均一な主放電を形成
し高効率なレーザ発振が得られる。

【００５１】実施例５．この発明の実施例５について図
６を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施例
５に係る放電励起ガスレーザ装置の放電部を示す図であ
る。図６に示す実施例５は、第２の主電極６が第１の予
備電離電極を兼ねたものである。図６において、紙面と
垂直な方向が光軸であり、主電極の前後に全反射鏡と部
分透過鏡からなる光共振器を設置することによりレーザ
光が取り出される。

【００５２】この実施例５は、第２の予備電離電極２と
第２の主電極６との間に電圧を印加し沿面放電４を発生
させ、主放電空間の予備電離を行うものである。第１、
及び第２の主電極５、６が第１の予備電離電極１を兼ね
る構成とすれば、放電部の構成部品数を減らすことがで
きるので、放電部の構成が簡単になり組み立てや調整を
より簡易に行うことができるばかりでなく、紫外光発生
源である沿面放電４が主放電空間に近づくため、主放電
空間においてより高い予備電離電子密度が得られ、より
均一かつ安定な主放電を形成し、レーザの励起効率を高
めることができる。

【００５３】実施例６．この発明の実施例６について図
７を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施例
６に係る放電励起ガスレーザ装置の放電部を示す図であ
る。これまでの各実施例では、第１、もしくは第２の主
電極５、６の側方に沿って複数個の予備電離源８を設置
するような放電部の構成、もしくは予備電離源８につい
て示してきた。図７に示す実施例６では、予備電離源中
の誘電体３に第２の主電極６の周囲を取り囲むような一
体の材料を用いており、第２の主電極６の左右にそれぞ
れ一対の第１の予備電離電極１、及び第２の予備電離電
極２を設置している。

【００５４】この実施例６の構成とすれば、放電部の構
成部品数を更に少なくすることができるため、組み立
て、並びに調整をより簡易に行うことができる。図７で
は第２の主電極６の周囲を取り囲むような一体の誘電体
を使用する例について示したが、第１の主電極５を誘電
体３で取り囲むような構成としても同様な効果が得られ
る。また第１、もしくは第２の主電極５、６の左右で、
主電極程度の長さを有する誘電体３を、それぞれ１つず
つ使用してもよい。また上述のような誘電体構造におい
て、第１、もしくは第２の主電極５、６が第１の予備電
離電極１を兼ねる構成とすれば、更に放電部の構成部品
数が減り、より簡易に組み立て、調整を行うことができ
るばかりでなく、沿面放電４を主放電空間へ近づけるこ
とができるので、より高い予備電離電子密度が得られ、
安定した主放電を形成することができる。

【００５５】実施例７．この発明の実施例７について図
８を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施例
７に係る放電励起ガスレーザ装置の放電部を示す図であ
る。これまでの各実施例では、第１、または第２の主電
極５、６のうち一方の主電極の側方に沿って予備電離源
８を設置する場合について示してきた。図８に示す実施
例７は第１、及び第２の主電極５、６双方の側方に沿っ
て予備電離源８を設置したものである。図８において、
符号２１は予備電離用コンデンサである。

【００５６】次に、動作について説明する。第１の主電
極５と第１の主電極５の側方に沿って設置された予備電
離源（上部予備電離源）中の第１の予備電離電極１ａ、
並びに第２の主電極６と第２の主電極６の側方に沿って
設置された予備電離源（下部予備電離源）中の第１の予
備電離電極１ｂはそれぞれ同電位であり、また第２の主
電極６は接地されている。

【００５７】励起用回路１５によって第１の主電極５と
第２の主電極６の間に高電圧を印加すると、予備電離用
コンデンサ２１が充電状態になければ、上部予備電離源
中の第１の予備電離電極１ａと第２の予備電離電極２ａ
間、並びに下部予備電離源中の第１の予備電離電極１ｂ
と第２の予備電離電極２ｂ間に、主電極間電圧が分割さ
れて印加される。主電極間の放電開始電圧に比べ、予備
電離電極間の沿面放電開始電圧の方が十分に低いため、
まず上部予備電離源、並びに下部予備電離源で沿面放電
４が開始する。沿面放電４が開始すると上部予備電離源
における第１の予備電離電極１ａと第２の予備電離電極
２ａ間、並びに下部予備電離源における第１の予備電離
電極１ｂと第２の予備電離電極２ｂ間は短絡状態となる
が、沿面放電４を流れる電荷を予備電離用コンデンサ２
１で蓄えることにより、第１の主電極５と第２の主電極
６の間に印加される電圧は維持される。主電極間に印加
された電圧が主電極５、６間の放電開始電圧に達する
と、予備電離源における沿面放電４によって主放電空間
内に生成された電子をもとに主放電が開始し、レーザガ
スが励起される。また、予備電離用コンデンサ２１に蓄
えられていた電荷は主放電開始とともに放電場に放出さ
れる。図８において、紙面と垂直な方向が光軸であり、
主電極の前後に全反射鏡と部分透過鏡からなる光共振器
を設置することによりレーザ光が取り出される。

【００５８】上述のように第１、及び第２の主電極５、
６双方の側方に沿って予備電離源を設置すれば、主放電
空間においてより高い予備電離電子密度が得られるた
め、より安定、かつ均一な主放電を形成することがで
き、高効率なレーザ発振が得られる。また、第１の主電
極５が上部予備電離源の第１の予備電離電極１ａを、第
２の主電極６が下部予備電離源の第１の予備電離電極１
ｂを兼ねる構成としてもよい。

【００５９】実施例８．この発明の実施例８について図
９を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施例
８の予備電離源を示す斜視図である。図中、符号２２は
複数の第２の予備電離電極２それぞれと第１の予備電離
電極１とを結ぶ方向に形成された沿面放電用溝である。
この実施例８の予備電離源もこれまで示した各実施例と
同様、放電部においては長手方向を同じくして主電極の
側方に沿って設置される。

【００６０】前述した実施例７までに示した予備電離源
８は、誘電体３の平坦な面上に予備電離電極を設置して
いた。この実施例８では沿面放電４を発生させる誘電体
面上に、複数の第２の予備電離電極２それぞれと第１の
予備電離電極１とを結ぶ方向に誘電体３の幅に比して十
分に狭い細溝（沿面放電用溝）２２を設けている。第１
の予備電離電極１には金属平板を使用し、誘電体３の側
面に固定されている。また、複数の第２の予備電離電極
２はカギ型に曲げられた先端部が沿面放電用溝２２の底
面に接するよう第１の予備電離電極１と対向する誘電体
３の側面に固定されている。

【００６１】以上のような予備電離源８の構成とすれば
第１の予備電離電極１と第２の予備電離電極２の間に電
圧を印加すると、沿面放電用溝２２の内部でのみ沿面放
電４が発生する。このように沿面放電用溝２２を設けれ
ば沿面放電４の経路を任意に指定し、放電路の広がりを
防ぐことができるので、沿面放電中で高い電流密度が得
られ、そこから発生する紫外光強度も増加する。これに
より主放電空間においてより多くの予備電離電子密度が
得られ、安定な主放電を形成し効率よくレーザを励起す
ることができる。また、実施例５で示したように第１、
並びに第２の主電極５、６が第１の予備電離電極を兼ね
てもよい。

【００６２】実施例９．この発明の実施例９について図
１０を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実
施例９の予備電離源を示す斜視図である。前述した実施
例８では複数の第２の予備電離電極２に対応し、誘電体
３に複数の予備電離用溝２２を設けた予備電離源８につ
いて説明したが、図１０に示すように１つの第２の予備
電離電極２に設けた複数の沿面放電の起点を指定するた
めの突起１８に対応し、誘電体３の表面に複数の沿面放
電用溝２２を形成しても、実施例８と同様な効果が得ら
れる。また、実施例５で示したように第１、並びに第２
の主電極５、６が第１の予備電離電極を兼ねてもよい。

【００６３】実施例１０．この発明の実施例１０につい
て図１１を参照しながら説明する。図１１は、この発明
の実施例１０の予備電離源を示す斜視図である。前述し
た実施例９までで示した誘電体３に設けた沿面放電用溝
２２は、第１の予備電離電極１と第２の予備電離電極２
を最短距離で結ぶ方向に形成されていた。この実施例１
０における予備電離源の沿面放電用溝２２は、第１の予
備電離電極１と第２の予備電離電極２を最短距離で結ぶ
方向に対し斜めの方向に形成されている。このように第
１の予備電離電極１と第２の予備電離電極２を最短距離
で結ぶ方向に対し斜めの方向に沿面放電用溝２２を設け
れば、沿面放電中を流れる電流密度は下がることなく紫
外光源である沿面放電４の表面積が大きくなるため、そ
こから発生する紫外光量は増加し、高い予備電離電子密
度が得られる。また予備電離電子分布の空間的な均一性
も増すため、より安定な主放電を形成し、高効率なレー
ザ発振を得ることができる。

【００６４】この実施例１０では複数に分割した第２の
予備電離電極２を使用した例について示したが、沿面放
電４の起点とするための複数の突起を有する第２の予備
電離電極２を使用し、各突起毎に沿面放電用溝２２を設
ける構成としても、同様な効果が得られる。また、実施
例５で示したように、第１、並びに第２の主電極５、６
が第１の予備電離電極を兼ねる構成としてもよい。

【００６５】実施例１１．この発明の実施例１１につい
て図１２を参照しながら説明する。図１２は、この発明
の実施例１１の予備電離源を示す斜視図である。前述し
た実施例１０までで示した沿面放電用溝２２は、すべて
直線形状を有するものであった。この実施例１１の予備
電離源８の沿面放電用溝２２は、ジグザグ形状を有する
ものである。このように沿面放電用溝２２をジグザグ形
状としても、沿面放電中を流れる電流密度を下げること
なく放電距離を伸ばし、発光体である沿面放電の表面積
を大きくすることができるので、高い予備電離電子密度
が得られ、予備電離電子分布の空間的な均一性も増すた
め、より安定な主放電を形成し、高効率なレーザ発振を
得ることができる。

【００６６】この実施例１１では複数に分割した第２の
予備電離電極２を使用した例について示したが、沿面放
電４の起点とするための複数の突起を有する第２の予備
電離電極２を使用し、各突起毎に沿面放電用溝２２を設
ける構成としても、同様な効果が得られる。また、実施
例５で示したように第１、並びに第２の主電極５、６が
第１の予備電離電極を兼ねる構成としてもよい。

【００６７】実施例１２．この発明の実施例１２につい
て図１３を参照しながら説明する。図１３は、この発明
の実施例１２の予備電離源を示す斜視図である。前述し
た実施例１１ではジグザグ形状を有する沿面放電用溝２
２を用いた予備電離源８について示した。この実施例１
２における予備電離源８の沿面放電用溝２２は、蛇行形
状を有するものである。このように沿面放電用溝２２を
蛇行形状としても、沿面放電４中を流れる電流密度を下
げることなく放電距離を伸ばし、発光体である沿面放電
４の表面積を大きくすることができるので、高い予備電
離電子密度が得られ、予備電離電子分布の空間的な均一
性も増すため、より安定な主放電を形成し、高効率なレ
ーザ発振を得ることができる。

【００６８】この実施例１２では複数に分割した第２の
予備電離電極２を使用した例について示したが、沿面放
電４の起点とするための複数の突起を有する第２の予備
電離電極を使用し、各突起毎に沿面放電用溝２２を設け
る構成としても、同様な効果が得られる。また、実施例
５で示したように第１、並びに第２の主電極５、６が第
１の予備電離電極を兼ねる構成としてもよい。

【００６９】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る放電励起ガス
レーザ装置は、以上説明したとおり、基準信号に基づい
て励起用回路駆動信号、及び予備電離用回路駆動信号を
発生する遅延信号発生器と、レーザガス中において主放
電を起こすため相対向して設けられた第１、及び第２の
主電極と、前記第１、及び第２の主電極に接続され、前
記励起用回路駆動信号に従って励起用電圧を両主電極間
に印加する励起用回路と、前記第１、及び第２の主電極
のうち少なくとも一方の主電極の側方に沿って配置さ
れ、四角柱形状を有する誘電体と、前記誘電体の長手方
向に沿って前記誘電体を挟んで対向して配置された第
１、及び第２の予備電離電極と、前記第１、及び第２の
予備電離電極に接続され、前記予備電離用回路駆動信号
に従って予備電離用電圧を両予備電離電極間に印加して
前記誘電体表面上で沿面放電を発生させる予備電離用回
路とを備え、前記誘電体は、その表面に前記第１及び第
２の予備電離電極間で沿面放電を発生させるための、前
記誘電体の幅に比して十分に狭い複数の細溝を有するの
で、予備電離源がガス流の妨げとはならず、多数の予備
電離源を使用する必要がなく、放電部の構成を簡単にす
ることができるという効果を奏する。また、ガス循環機
の送風効率を低下させることなく、主放電空間内の不純
物を十分に除去することができるので、１秒間に数１０
０回以上の主放電を行う高繰り返し運転時においても安
定な主放電を形成できるという効果を奏する。

【００７０】

【００７１】

【００７２】

【００７３】この発明の請求項２に係る放電励起ガスレ
ーザ装置は、以上説明したとおり、前記誘電体が、その
表面に前記第１及び第２の予備電離電極間を最短距離で
結ぶ方向に対して斜めに前記複数の細溝を有するので、
沿面放電中を流れる電流密度が下がることなく紫外光源
である沿面放電の表面積が増加し、更に高い予備電離電
子密度が得られ、より安定した主放電を形成し、高効率
なレーザ発振が得られるという効果を奏する。

【００７４】この発明の請求項３に係る放電励起ガスレ
ーザ装置は、以上説明したとおり、前記複数の細溝を、
ジグザグ形状としたので、電流密度を下げることなく沿
面放電の放電距離を長くし、光源の表面積を大きくする
ことができるので、高い予備電離電子密度が得られ、安
定した主放電を形成し、高効率なレーザ発振が得られる
という効果を奏する。

【００７５】この発明の請求項４に係る放電励起ガスレ
ーザ装置は、以上説明したとおり、前記複数の細溝を、
蛇行形状としたので、電流密度を下げることなく沿面放
電の放電距離を長くし、光源の表面積を大きくすること
ができるので、高い予備電離電子密度が得られ、安定し
た主放電を形成し、高効率なレーザ発振が得られるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る放電励起ガスレーザ
装置の放電部の構成を示す斜視図である。

【図２】この発明の実施例１に係る放電励起ガスレーザ
装置の回路の構成を示す図である。

【図３】この発明の実施例２に係る放電励起ガスレーザ
装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図４】この発明の実施例３に係る放電励起ガスレーザ
装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図５】この発明の実施例４に係る放電励起ガスレーザ
装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図６】この発明の実施例５に係る放電励起ガスレーザ
装置の放電部の構成を示す模式図である。

【図７】この発明の実施例６に係る放電励起ガスレーザ
装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図８】この発明の実施例７に係る放電励起ガスレーザ
装置の放電部を示す模式図である。

【図９】この発明の実施例８に係る放電励起ガスレーザ
装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図１０】この発明の実施例９に係る放電励起ガスレー
ザ装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図１１】この発明の実施例１０に係る放電励起ガスレ
ーザ装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図１２】この発明の実施例１１に係る放電励起ガスレ
ーザ装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図１３】この発明の実施例１２に係る放電励起ガスレ
ーザ装置の予備電離源を示す斜視図である。

【図１４】従来の放電励起ガスレーザ装置の予備電離源
を示す斜視図である。

【図１５】従来の放電励起ガスレーザ装置の放電部を示
す斜視図である。

【図１６】従来の放電励起ガスレーザ装置の放電部を示
す模式図である。

【図１７】従来の放電励起ガスレーザ装置の放電部を示
す模式図である。

【符号の説明】

１ 第１の予備電離電極 ２ 第２の予備電離電極 ３ 誘電体 ４ 沿面放電 ５ 第１の主電極 ６ 第２の主電極 ８ 予備電離源 １５ 励起用回路 １６ 予備電離用海路 １７ 遅延信号発生器 １８ 突起 ２２ 沿面放電用溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 善夫 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 (72)発明者 春田 健雄 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１−151276（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−229773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−66982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−228778（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準信号に基づいて励起用回路駆動信
   号、及び予備電離用回路駆動信号を発生する遅延信号発
   生器と、 レーザガス中において主放電を起こすため相対向して設
   けられた第１、及び第２の主電極と、 前記第１、及び第２の主電極に接続され、前記励起用回
   路駆動信号に従って励起用電圧を両主電極間に印加する
   励起用回路と、 前記第１、及び第２の主電極のうち少なくとも一方の主
   電極の側方に沿って配置され、四角柱形状を有する誘電
   体と、 前記誘電体の長手方向に沿って前記誘電体を挟んで対向
   して配置された第１、及び第２の予備電離電極と、 前記第１、及び第２の予備電離電極に接続され、前記予
   備電離用回路駆動信号に従って予備電離用電圧を両予備
   電離電極間に印加して前記誘電体表面上で沿面放電を発
   生させる予備電離用回路とを備え、 前記誘電体は、その表面に前記第１及び第２の予備電離
   電極間で沿面放電を発生させるための、前記誘電体の幅
   に比して十分に狭い複数の細溝を有する ことを特徴とす
   る放電励起ガスレーザ装置。
2. 【請求項２】 前記誘電体は、その表面に前記第１及び
   第２の予備電離電極間を最短距離で結ぶ方向に対して斜
   めに前記複数の細溝を有することを特徴とする請求項１
   記載の放電励起ガスレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記複数の細溝は、ジグザグ形状である
   ことを特徴とする請求項１記載の放電励起ガスレーザ装
   置。
4. 【請求項４】 前記複数の細溝は、蛇行形状であること
   を特徴とする請求項１記載の放電励起ガスレーザ装置。