JP3432854B2 - Pulse gas laser oscillator - Google Patents

Pulse gas laser oscillator

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JP3432854B2
JP3432854B2 JP6882593A JP6882593A JP3432854B2 JP 3432854 B2 JP3432854 B2 JP 3432854B2 JP 6882593 A JP6882593 A JP 6882593A JP 6882593 A JP6882593 A JP 6882593A JP 3432854 B2 JP3432854 B2 JP 3432854B2
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discharge
pulse
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discharge electrodes
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憲 石川
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザ等の横
放電励起方式による高速パルス繰り返しのパルスガスレ
ーザ発振装置に関する。 【0002】 【従来の技術】図4はかかるパルスガスレーザ発振装置
の構成図である。レーザ管には、1対の各放電電極1、
2が対向配置されている。このうち放電電極1には、複
数のピーキングコンデンサ3、4が並列接続され、さら
に複数のスパークピン5、6が接続されている。又、他
方の放電電極2には、各スパークピン5、6に対する対
向電極7、8が接続されている。 【0003】又、これら放電電極1、2間には主コンデ
ンサ9が接続され、この主コンデンサ9に蓄えられた電
荷がスイッチング素子10のオンにより各放電電極1、
2間に移行するものとなっている。 【0004】従って、主コンデンサ9の電荷が各放電電
極1、2に移行すると、各ピーキングコンデンサ3、4
が充電され、この充電により各スパークピン5、6にギ
ャップ放電が発生する。このギャップ放電による紫外線
により各放電電極1、2間のガスレーザ媒質が予備電離
される。これと共に各放電電極1、2間の電圧が高くな
り、これら放電電極1、2の空間にパルス放電が発生す
る。このパルス放電によりガスレーザ媒質は励起され、
レーザ発振が立ち上がる。これ以後、パルス放電が繰り
返されてパルスガスレーザが発振される。 【0005】ところが、パルス放電の繰返し数を高くし
たり、又、各放電電極1、2間に供給するエネルギーを
大きくすると、各放電電極1、2間に放電の集中が発生
し、ガスレーザ媒質の励起が各放電電極1、2間で均一
に行われなくなる。 【0006】このような放電の集中は、先行するパルス
放電により発生した生成成分が各放電電極1、2間から
流れされないうちに後続のパルス放電が発生するためで
あり、このときの後続パルス放電では、先行のパルス放
電の生成成分に沿った放電が起こり、不均一な放電現象
が起きる。 【0007】そこで、放電の集中をなくすために、ガス
レーザ媒質のガス流を高速にすることで生成成分を吹き
飛ばすことが考えられるが、これでは送風機等が大型化
してしまう。 【0008】一方、パルス放電の均一化を図るために
は、予備電離強度を高くすることにより、先行のパルス
放電による残留生成成分の分布密度よりも、高密度で均
一の放電予備電離を確保することが要求される。 【0009】このような均一な予備電離を確保するため
に、X線を各放電電極1、2の背面から照射すること
や、スパークピン5、6の設置密度を高くして高い予備
電離密度の確保を行っている。 【0010】又、他の方法として、パルス放電に先立っ
て予備電離の後に、短パルスで高い電圧のスパイカーと
称する電圧を各放電電極1、2に印加して予備電離電荷
の増強を行っている。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようにパルス放電の均一化を図る方法があるが、いずれ
も構造的に複雑化するという問題がある。このため、均
一な放電予備電離を確保することが困難であり、パルス
ガスレーザ発振の効率が低かった。そこで本発明は、パ
ルスガスレーザ発振を安定化してその効率を向上できる
パルスガスレーザ発振装置を提供することを目的とす
る。 【0012】 【課題を解決するための手段】請求項1によれば、ガス
レーザ媒質が封入されたレーザ管と、このレーザ管内に
対向配置された1対の第1の放電電極と、レーザ管内に
レーザ発振の光軸方向に一致するように対向配置された
複数対の第2の放電電極と、第1及び第2の放電電極に
おける一方の放電電極に接続されたピーキングコンデン
サと、このピーキングコンデンサに接続されたスパーク
ピンと、このスパークピンに対して所定のギャップ位置
に配設された対向電極と、第1の放電電極にパルス電圧
を印加し、スパークピンと対向電極との間にギャップ放
電を発生させて第1の放電電極間を予備電離し、これと
共に第1の放電電極間にパルス放電を発生させる第1の
高圧パルス電源と、第1の放電電極に発生するパルス放
電よりも所定時間遅延して、第2の放電電極にパルス電
圧を印加し、スパークピンと対向電極との間にギャップ
放電を発生させて第2の放電電極間を予備電離し、これ
と共に第2の放電電極間にパルス放電を発生させる第2
の高圧パルス電源とを備えたパルスガスレーザ発振装置
において、遅延する所定時間は、5〜100nsの範囲
内に設定し、この所定の遅延時間により第1の放電電極
におけるパルス放電により第2の放電電極間を均一に予
備電離し、この状態に第2の放電電極にパルス放電を発
生させ、かつ第2の放電電極に印加されるパルス電圧
は、第1の放電電極に印加されるパルス電圧より高く設
定して上記目的を達成しようとするパルスガスレーザ発
振装置である。 【0013】 【0014】 【0015】 【0016】 【作用】このように請求項1によれば、パルスガスレー
ザの発振方向に配置された第1の放電電極及び第2の放
電電極のうち先ず第1の放電電極にパルス放電を発生さ
せ、遅延する所定時間5〜100nsの範囲内の後に第
2の放電電極にパルス放電を発生させることにより、第
1の放電電極で発振したパルスレーザが第2の放電電極
間に伝播し、この第2の放電電極間に均一な予備電離効
果が生じ、この状態に、第2の放電電極にパルス放電を
発生させれば、効率よくパルスガスレーザ発振が行え
る。さらに、第2の放電電極に印加されるパルス電圧
は、第1の放電電極に印加されるパルス電圧より高く設
定されるので、第1の放電電極に加えるパルスエネルギ
ー密度よりも、第2の放電電極に加えるパルスエネルギ
ー密度が高くなり、パルスガスレーザ発振の安定化及び
レーザ発振出力が大きくなり、効率をより高めることが
できる。 【0017】 【0018】 【0019】 【0020】 【0021】 【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。 【0022】図1はエキシマレーザに適用したパルスガ
スレーザ発振装置の構成図である。エキシマのガスレー
ザ媒質が封入されたレーザ管20内には、2対の各放電
電極21〜24が配置され、このうち各放電電極21、
22とが対向配置され、各放電電極23、24とが対向
配置されている。又、これら各1対の各放電電極21、
22と23、24とは、そのレーザ発振の光軸方向に一
致するように配置されている。 【0023】一方の各放電電極21、23には、それぞ
れ各ピーキングコンデンサ25、26が並列接続され、
これらピーキングコンデンサ25、26に各スパークピ
ン27、28が接続されている。 【0024】又、他方の各放電電極22、24には、各
スパークピン27、28に対応する位置に各対向電極2
9、30が設けられ、各スパークピン27、28に対し
て所定のギャップ位置に設けられている。なお、レーザ
管20には、パルスレーザ発振の光軸方向にレーザ共振
器を構成する高反射ミラー31及び出力ミラー32が設
けられている。 【0025】一方、放電制御装置33は、各1対の放電
電極21、22と23、24のうち一方の1対の放電電
極21、22に先のパルス放電を発生させ、このパルス
放電の終了しない期間内に他方の放電電極23、24に
後続のパルス放電を発生させる機能を有している。 【0026】具体的には、高圧パルス電源34、35が
設けられ、これら高圧パルス電源34、35にパルス発
振制御信号sが入力してパルス電圧を各1対の放電電極
21、22と23、24に印加するものとなっている。
このうち高圧パルス電源35には、パルス発振制御信号
sが遅延回路36により時間tdだけ遅延されて入力す
るものとなっている。この遅延時間tdは、各放電電極
21、22での先行するパルス放電幅以下に設定され
る。次に上記の如く構成された装置の作用について説明
する。 【0027】パルス発振制御信号sが発生すると、この
パルス発振制御信号sは高圧パルス電源34に入力する
とともに遅延回路36により時間tdだけ遅延されて他
方の高圧パルス電源35に入力する。 【0028】このパルス発振制御信号sが図2に示す時
刻t1に高圧パルス電源34に入力すると、この高圧パ
ルス電源34からパルス電圧が出力され、これが一方の
1対の放電電極21、22間に印加される。 【0029】これら放電電極21、22間にパルス電圧
が印加されると、各ピーキングコンデンサ25は各スパ
ークピン27を通して充電され、この充電により各スパ
ークピン27にギャップ放電が発生する。 【0030】このギャップ放電により紫外線が発生し、
この紫外線により各放電電極21、22間のエキシマレ
ーザ媒質は予備電離される。これと共に各放電電極2
1、22間の電圧は高くなり、これら放電電極21、2
2の空間にパルス放電が発生する。なお、図2にはこの
パルス放電による放電電流iaの電流波形が示されてい
る。 【0031】このパルス放電によりエキシマレーザ媒質
は励起され、レーザ共振器を構成する高反射ミラー31
と出力ミラー32との間に、エキシマのレーザ発振が立
ち上がる。この立ち上がったエキシマレーザは、レーザ
共振器間のエキシマレーザ媒質をイオン化する光エネル
ギーを有している。 【0032】従って、このエキシマレーザは、高反射ミ
ラー31と出力ミラー32との間を往復することによ
り、このエキシマレーザ往復の光軸方向に対して均一な
予備電離作用を行う。これにより、他方の各放電電極2
3、24間のエキシマガスレーザ媒質が均一に予備電離
される。 【0033】一方、このようなエキシマレーザの発振中
に、遅延されたパルス発振制御信号sが高圧パルス電源
35に入力すると、この高圧パルス電源35からパルス
電圧が出力され、これが他方の1対の放電電極23、2
4間に印加される。 【0034】これら放電電極23、24間にパルス電圧
が印加されると、上記同様に各ピーキングコンデンサ2
6は各スパークピン28を通して充電され、この充電に
より各スパークピン28にギャップ放電が発生する。こ
のギャップ放電により紫外線が発生し、この紫外線によ
り各放電電極23、24間のエキシマレーザ媒質を予備
電離する。 【0035】この場合、各放電電極23、24間のエキ
シマレーザ媒質は、先のエキシマレーザの発振により既
に均一に予備電離されており、この予備電離に重畳して
予備電離される。従って、各放電電極23、24間に
は、各スパークピン28でのギャップ放電のみの場合よ
りも、高い予備電離密度と均一性が確保される。 【0036】これにより、各放電電極23、24間に
は、先の各放電電極21、22間のパルス放電よりも均
一性のよいパルス放電が、先のパルス放電に引き続いて
発生する。このときの放電電流ibの波形を図2に示
す。この場合、スパークピン28の配置ピッチにばらつ
きが有っても、高い予備電離密度の均一性により均一性
のよいパルス放電が発生する。 【0037】又、レーザ共振器内では、既に一方の放電
電極21、22でのパルス放電によりレーザ発振が起っ
ているので、他方の放電電極23、24におけるパルス
放電によるレーザ発振へのエネルギー変換は立ち上がり
早く行われ、高い変換効率となる。 【0038】この場合、先に放電電極21、22に発生
させるパルス放電と、この後に放電電極23、24に発
生させるパルス放電との時間差(遅延時間td)は、放
電パルスの幅にもよるが5〜100nsの範囲内に設定
するのが、最も発振効率が高くなる。これ以降、各高圧
パルス電源34、35から各パルス電圧がそれぞれ各1
対の放電電極に印加され、高繰り返し数でエキシマレー
ザが出力される。 【0039】このように上記一実施例においては、放電
制御装置33により一方の各放電電極21、22にパル
ス放電を発生させ、このパルス放電幅以内の時間td後
に他方の放電電極23、24にパルス放電を発生させる
ようにしたので、先のエキシマレーザの発振により他方
の放電電極23、24間を均一に予備電離でき、これに
より放電電極23、24間を高い予備電離密度と均一性
に確保でき、高繰り返し数で動作させても、エキシマレ
ーザの高い変換効率を得ることができる。 【0040】そのうえ、先に発生するパルス放電が不安
定となっても、後続のパルス放電のタイミングを先のパ
ルス放電幅内に設定することにより、後続のパルス放電
を安定化領域で発生でき、エキシマレーザを安定した動
作で出力できる。なお、本発明は上記一実施例に限定さ
れるものでなくその要旨を変更しない範囲で変形しても
よい。 【0041】例えば、高圧パルス電源34のパルス電圧
よりも高圧パルス電源35のパルス電圧を高くし、最初
にパルス放電を発生させる放電電極21、22に加える
パルスエネルギー密度よりも、次にパルス放電を発生さ
せる放電電極23、24に加えるパルスエネルギー密度
を高くするようにしてもよい。これにより、パルス放電
電流は、図3に示すような先のパルス放電電流is、後
続のパルス放電電流ipとなり、パルスガスレーザ発振
の安定化及びレーザ発振出力が大きくなって、より効率
をより高めることができる。 【0042】又、パルスガスレーザ発振の安定化及びレ
ーザ発振の効率を高めるために、先にパルス放電を発生
させる放電電極21、22の面積に対し、後続のパルス
放電を発生させる放電電極23、24の面積を大きく形
成するようにしてもよい。 【0043】さらに、先のパルス放電と後続のパルス放
電との発生タイミングは、図2に示すように、先のパル
ス放電幅内で制御するようにしてもよい。これにより、
先のパルス放電が不安定であっても、後続のパルス放電
の発生タイミングを先のパルス放電幅内の安定化領域で
可変でき、放電の安定化領域を大きくとれる。従って、
装置全体としてのレーザ発振の安定動作領域を拡大でき
る。そのうえ、後続のパルス放電の発生タイミングを可
変できることから、レーザ発振の持続時間を長くでき
る。 【0044】以上のように後続のパルス放電のエネルギ
ーを大きくしたり、その発生タイミングを可変すること
ができ、例えばレーザ材料処理等に適用する場合には、
加工材料特性に合わせたパルス幅やパルス波形の制御が
可能となり、実用化に対する効果が大きい。 【0045】又、上記一実施例では、2対の放電電極を
配置した場合について説明したが、2対に限らず複数対
の放電電極が配置されていてもよい。この場合、複数対
の各放電電極のうちいずれか1つの放電電極にパルス放
電を先行して発生し、この後に他の各放電電極に後続の
パルス放電を発生させるものとなる。 【0046】又、パルス放電の発生タイミングは、遅延
回路36に限らず、高圧パルス電源に磁気パルス圧縮回
路を接続してパルス電圧の印加タイミングを遅延するよ
うにしてもよい。さらに、エキシマレーザに限らず他の
ガスレーザにも適用できる。 【0047】 【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、
1の放電電極により第2の放電電極間を均一に予備電離
でき、これにより第2の放電電極間を高い予備電離密度
と均一性に確保でき、高繰り返し数で動作させても、エ
キシマレーザの高い変換効率を得ることができ、そのう
え、第1の放電電極により発生するパルス放電が不安定
となっても、第2の放電電極のパルス放電のタイミング
を第1の放電電極のパルス放電幅内に設定することによ
り、第2の放電電極のパルス放電を安定化領域で発生で
き、エキシマレーザを安定した動作で出力でき、そのう
えパルスガスレーザ発振の安定化及びレーザ発振出力が
大きくなって、より効率をより高めることができるパル
スガスレーザ発振装置を提供できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed pulse repetition pulse gas laser oscillation apparatus using a lateral discharge excitation method such as an excimer laser. 2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram of such a pulse gas laser oscillation device. The laser tube has a pair of discharge electrodes 1,
2 are arranged facing each other. A plurality of peaking capacitors 3 and 4 are connected in parallel to the discharge electrode 1, and a plurality of spark pins 5 and 6 are connected to the discharge electrode 1. The other discharge electrode 2 is connected to opposing electrodes 7 and 8 for the respective spark pins 5 and 6. [0003] A main capacitor 9 is connected between the discharge electrodes 1 and 2, and the electric charge stored in the main capacitor 9 is turned on by the switching element 10 so that each of the discharge electrodes 1 and 2 is discharged.
The transition is between the two. Accordingly, when the electric charge of the main capacitor 9 is transferred to the respective discharge electrodes 1 and 2, the respective peaking capacitors 3 and 4
Is charged, and a gap discharge is generated in each of the spark pins 5 and 6 by this charging. The gas laser medium between the discharge electrodes 1 and 2 is pre-ionized by the ultraviolet light generated by the gap discharge. At the same time, the voltage between the discharge electrodes 1 and 2 increases, and a pulse discharge occurs in the space between the discharge electrodes 1 and 2. This pulse discharge excites the gas laser medium,
Laser oscillation starts. Thereafter, the pulse discharge is repeated and the pulse gas laser is oscillated. However, when the number of repetitions of the pulse discharge is increased or the energy supplied between the discharge electrodes 1 and 2 is increased, the discharge concentrates between the discharge electrodes 1 and 2 and the gas laser medium becomes less dense. Excitation is not performed uniformly between the discharge electrodes 1 and 2. The concentration of the discharge is because the subsequent pulse discharge occurs before the component generated by the preceding pulse discharge flows between the discharge electrodes 1 and 2, and the subsequent pulse discharge occurs at this time. In this case, a discharge occurs along a generated component of the preceding pulse discharge, and a non-uniform discharge phenomenon occurs. Therefore, in order to eliminate the concentration of discharge, it is conceivable to blow off generated components by increasing the gas flow of the gas laser medium, but this increases the size of the blower and the like. On the other hand, in order to make the pulse discharge uniform, the pre-ionization intensity is increased to secure a higher density and uniform discharge pre-ionization than the distribution density of the residual components generated by the preceding pulse discharge. Is required. In order to secure such uniform preliminary ionization, X-rays are irradiated from the back of each of the discharge electrodes 1 and 2 or the installation density of the spark pins 5 and 6 is increased to increase the preliminary ionization density. We are securing. As another method, after preionization prior to pulse discharge, a voltage called a short pulse and high voltage spiker is applied to each of the discharge electrodes 1 and 2 to increase preionization charge. . [0011] However, there is a method for making the pulse discharge uniform as described above, but there is a problem that the structure is complicated in either case. For this reason, it was difficult to secure uniform discharge preliminary ionization, and the efficiency of pulsed gas laser oscillation was low. Therefore, an object of the present invention is to provide a pulse gas laser oscillation device that can stabilize pulse gas laser oscillation and improve its efficiency. According to the first aspect of the present invention, there is provided a laser tube in which a gas laser medium is sealed, a pair of first discharge electrodes arranged to face each other in the laser tube, and a laser tube in the laser tube. A plurality of pairs of second discharge electrodes arranged to face each other so as to coincide with the optical axis direction of laser oscillation, a peaking capacitor connected to one of the first and second discharge electrodes, and a peaking capacitor. A pulse voltage is applied to the connected spark pin, a counter electrode disposed at a predetermined gap position with respect to the spark pin, and a first discharge electrode to generate a gap discharge between the spark pin and the counter electrode. between the first discharge electrode preionization, a first high-voltage pulse power source for generating a pulsed discharge between the first discharge electrode with this release pulse occurs in the first discharge electrodes Te
After a predetermined time delay from the discharge, a pulse voltage is applied to the second discharge electrode, a gap discharge is generated between the spark pin and the counter electrode, and preliminary ionization is performed between the second discharge electrodes. To generate a pulse discharge between the discharge electrodes
The predetermined time to be delayed is set in the range of 5 to 100 ns, and the first discharge electrode is set by the predetermined delay time.
Between the second discharge electrodes by pulse discharge
In this state, pulse discharge is generated to the second discharge electrode.
This is a pulse gas laser oscillation apparatus which achieves the above object by setting the pulse voltage applied to the second discharge electrode to be higher than the pulse voltage applied to the first discharge electrode. According to the first aspect, the first discharge electrode and the second discharge electrode arranged in the oscillation direction of the pulse gas laser are provided.
First, a pulse discharge is generated at the first discharge electrode among the electrodes.
After the predetermined time within the range of 5 to 100 ns
By generating a pulse discharge at the second discharge electrode,
The pulse laser oscillated at the first discharge electrode is the second discharge electrode
Between the second discharge electrode and the uniform preionization effect
In this state, pulse discharge is applied to the second discharge electrode.
If generated, pulse gas laser oscillation can be performed efficiently
You. Further, a pulse voltage applied to the second discharge electrode
Is set higher than the pulse voltage applied to the first discharge electrode.
Pulse energy applied to the first discharge electrode
-Pulse energy applied to the second discharge electrode rather than density
-Increased density, stabilization of pulsed gas laser oscillation and
The laser oscillation output increases and the efficiency can be further improved
it can. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse gas laser oscillation device applied to an excimer laser. In a laser tube 20 in which an excimer gas laser medium is sealed, two pairs of discharge electrodes 21 to 24 are arranged.
22 are arranged to face each other, and the discharge electrodes 23 and 24 are arranged to face each other. In addition, each pair of these discharge electrodes 21,
Reference numerals 22, 23, and 24 are arranged so as to coincide with the optical axis direction of the laser oscillation. Each of the discharge electrodes 21 and 23 is connected in parallel with a respective peaking capacitor 25 and 26, respectively.
Spark pins 27 and 28 are connected to these peaking capacitors 25 and 26, respectively. Each of the other discharge electrodes 22 and 24 has a corresponding counter electrode 2 at a position corresponding to each of the spark pins 27 and 28.
9 and 30 are provided at predetermined gap positions with respect to the respective spark pins 27 and 28. The laser tube 20 is provided with a high-reflection mirror 31 and an output mirror 32 that constitute a laser resonator in the optical axis direction of the pulsed laser oscillation. On the other hand, the discharge control device 33 generates the previous pulse discharge on one of the pair of discharge electrodes 21, 22 and 23, 24, and terminates the pulse discharge. It has a function of generating a subsequent pulse discharge in the other discharge electrodes 23 and 24 within a period not to be performed. More specifically, high-voltage pulse power supplies 34 and 35 are provided, and a pulse oscillation control signal s is input to these high-voltage pulse power supplies 34 and 35 to apply pulse voltages to a pair of discharge electrodes 21, 22 and 23, respectively. 24.
The pulse oscillation control signal s is input to the high-voltage pulse power supply 35 after being delayed by the time td by the delay circuit 36. The delay time td is set to be equal to or less than the preceding pulse discharge width at each of the discharge electrodes 21 and 22. Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described. When the pulse oscillation control signal s is generated, the pulse oscillation control signal s is input to the high voltage pulse power supply 34 and is delayed by the time td by the delay circuit 36 before being input to the other high voltage pulse power supply 35. When the pulse oscillation control signal s is input to the high-voltage pulse power supply 34 at time t1 shown in FIG. 2, a pulse voltage is output from the high-voltage pulse power supply 34, and the pulse voltage is supplied between the pair of discharge electrodes 21 and 22. Applied. When a pulse voltage is applied between these discharge electrodes 21 and 22, each peaking capacitor 25 is charged through each spark pin 27, and a gap discharge occurs in each spark pin 27 by this charging. Ultraviolet rays are generated by this gap discharge,
The excimer laser medium between the discharge electrodes 21 and 22 is preionized by the ultraviolet rays. At the same time, each discharge electrode 2
The voltage between the discharge electrodes 21 and 2 increases.
A pulse discharge is generated in the space 2. FIG. 2 shows a current waveform of the discharge current ia due to the pulse discharge. The excimer laser medium is excited by this pulse discharge, and the high reflection mirror 31 constituting the laser resonator is excited.
Excimer laser oscillation rises between the output mirror 32 and the output mirror 32. The raised excimer laser has light energy for ionizing the excimer laser medium between the laser resonators. Accordingly, the excimer laser reciprocates between the high-reflection mirror 31 and the output mirror 32 to perform a uniform preionization action in the optical axis direction of the excimer laser reciprocation. Thereby, each of the other discharge electrodes 2
The excimer gas laser medium between 3 and 24 is uniformly preionized. On the other hand, when the delayed pulse oscillation control signal s is input to the high-voltage pulse power supply 35 during the oscillation of the excimer laser, a pulse voltage is output from the high-voltage pulse power supply 35, and the pulse voltage is output from the other pair. Discharge electrode 23, 2
4 is applied. When a pulse voltage is applied between these discharge electrodes 23 and 24, each peaking capacitor 2
6 is charged through each spark pin 28, and this charging causes a gap discharge to occur in each spark pin 28. Ultraviolet rays are generated by the gap discharge, and the ultraviolet rays preliminarily ionize the excimer laser medium between the discharge electrodes 23 and 24. In this case, the excimer laser medium between the discharge electrodes 23 and 24 is already preionized uniformly by the oscillation of the excimer laser, and is preionized by being superimposed on the preionization. Therefore, a higher preliminary ionization density and uniformity are secured between the discharge electrodes 23 and 24 than in the case where only the gap discharge is generated at each spark pin 28. As a result, a pulse discharge having a higher uniformity than the previous pulse discharge between the respective discharge electrodes 21 and 22 is generated between the respective discharge electrodes 23 and 24 following the previous pulse discharge. FIG. 2 shows the waveform of the discharge current ib at this time. In this case, even if the arrangement pitch of the spark pins 28 varies, a pulse discharge with good uniformity is generated due to the high uniformity of the preliminary ionization density. In the laser resonator, since laser oscillation has already occurred due to pulse discharge at one of the discharge electrodes 21 and 22, energy conversion into laser oscillation by pulse discharge at the other discharge electrodes 23 and 24 has occurred. Is performed early and the conversion efficiency is high. In this case, the time difference (delay time td) between the pulse discharge firstly generated on the discharge electrodes 21 and 22 and the pulse discharge subsequently generated on the discharge electrodes 23 and 24 depends on the width of the discharge pulse. Setting within the range of 5 to 100 ns provides the highest oscillation efficiency. Thereafter, each pulse voltage from each of the high-voltage pulse power supplies 34 and 35 is 1 respectively.
The excimer laser is applied to a pair of discharge electrodes and output at a high repetition rate. As described above, in the above-described embodiment, a pulse discharge is generated at one of the discharge electrodes 21 and 22 by the discharge control device 33, and after the time td within the pulse discharge width, the other discharge electrodes 23 and 24 are generated. Since a pulse discharge is generated, the pre-ionization between the other discharge electrodes 23 and 24 can be uniformly pre-ionized by the oscillation of the excimer laser, thereby ensuring a high pre-ionization density and uniformity between the discharge electrodes 23 and 24. It is possible to obtain high conversion efficiency of the excimer laser even when operated at a high repetition rate. In addition, even if the previously generated pulse discharge becomes unstable, the subsequent pulse discharge can be generated in the stabilized region by setting the timing of the subsequent pulse discharge within the previous pulse discharge width. An excimer laser can be output with stable operation. Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified without departing from the scope of the invention. For example, the pulse voltage of the high-voltage pulse power supply 35 is set higher than the pulse voltage of the high-voltage pulse power supply 34, and the pulse energy density is applied first to the discharge electrodes 21 and 22 for generating the pulse discharge. The pulse energy density applied to the generated discharge electrodes 23 and 24 may be increased. As a result, the pulse discharge current becomes the preceding pulse discharge current is and the subsequent pulse discharge current ip as shown in FIG. 3, and the pulse gas laser oscillation is stabilized and the laser oscillation output is increased, thereby further increasing the efficiency. Can be. Further, in order to stabilize the pulsed gas laser oscillation and increase the efficiency of the laser oscillation, the area of the discharge electrodes 21 and 22 for generating the pulse discharge first is reduced by the discharge electrodes 23 and 24 for generating the subsequent pulse discharge. May be formed to have a large area. Further, the generation timing of the previous pulse discharge and the subsequent pulse discharge may be controlled within the previous pulse discharge width as shown in FIG. This allows
Even if the previous pulse discharge is unstable, the timing of the subsequent pulse discharge can be varied in the stabilization region within the previous pulse discharge width, and the discharge stabilization region can be made large. Therefore,
The stable operation region of laser oscillation as the whole device can be expanded. In addition, since the generation timing of the subsequent pulse discharge can be varied, the duration of laser oscillation can be extended. As described above, the energy of the subsequent pulse discharge can be increased and the timing of generation can be varied. For example, when applied to laser material processing or the like,
The pulse width and pulse waveform can be controlled in accordance with the characteristics of the processing material, which has a great effect on practical use. In the above-described embodiment, the case where two pairs of discharge electrodes are arranged has been described. However, the present invention is not limited to two pairs, and a plurality of pairs of discharge electrodes may be arranged. In this case, a pulse discharge is generated before any one of the plurality of pairs of discharge electrodes, and then a subsequent pulse discharge is generated on each of the other discharge electrodes. The timing at which the pulse discharge occurs is not limited to the delay circuit 36, and a magnetic pulse compression circuit may be connected to the high-voltage pulse power supply to delay the application timing of the pulse voltage. Further, the present invention is not limited to the excimer laser, but can be applied to other gas lasers. [0047] According to the present invention as Shoki according to the present invention above, the
Pre-ionization uniformly between the second discharge electrodes by the first discharge electrode
High preionization density between the second discharge electrodes.
And uniformity.
High conversion efficiency of the Kisima laser can be obtained.
The pulse discharge generated by the first discharge electrode is unstable
, The timing of the pulse discharge of the second discharge electrode
Is set within the pulse discharge width of the first discharge electrode.
The pulse discharge of the second discharge electrode is generated in the stabilized region.
Excimer laser can be output with stable operation.
Stabilization of pulsed gas laser oscillation and laser oscillation output
It is possible to provide a pulse gas laser oscillating device which can be increased in size to further increase the efficiency .

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係わるパルスガスレーザ発振装置の一
実施例を示す構成図。 【図2】同装置におけるパルス放電の発生タイミングを
示す図。 【図3】同装置におけるパルス放電のエネルギー可変を
示す図。 【図4】従来装置の構成図。 【符号の説明】 20…レーザ管、21〜24…放電電極、25,26…
ピーキングコンデンサ、27,28…スパークピン、2
9,30…対向電極、31…高反射ミラー、32…出力
ミラー、33…放電制御装置、34,35…高圧パルス
電源、36…遅延回路。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a pulse gas laser oscillation device according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing generation timing of pulse discharge in the device. FIG. 3 is a diagram showing a variable energy of pulse discharge in the device. FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional device. [Description of Signs] 20: laser tube, 21 to 24: discharge electrode, 25, 26 ...
Peaking capacitors, 27, 28 ... spark pins, 2
9, 30: counter electrode, 31: high reflection mirror, 32: output mirror, 33: discharge control device, 34, 35: high voltage pulse power supply, 36: delay circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−246981(JP,A) 特開 平1−241188(JP,A) 特開 平5−102579(JP,A) 特開 昭61−14785(JP,A) 特開 昭61−107778(JP,A) 特開 昭63−98172(JP,A) 特開 昭63−92073(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-246981 (JP, A) JP-A-1-241188 (JP, A) JP-A-5-102579 (JP, A) JP-A-61- 14785 (JP, A) JP-A-61-107778 (JP, A) JP-A-63-98172 (JP, A) JP-A-63-92073 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ガスレーザ媒質が封入されたレーザ管
と、 このレーザ管内に対向配置された1対の第1の放電電極
と、 前記レーザ管内にレーザ発振の光軸方向に一致するよう
に対向配置された複数対の第2の放電電極と、 前記第1及び前記第2の放電電極における一方の放電電
極に接続されたピーキングコンデンサと、このピーキン
グコンデンサに接続されたスパークピンと、このスパー
クピンに対して所定のギャップ位置に配設された対向電
極と、 前記第1の放電電極にパルス電圧を印加し、前記スパー
クピンと前記対向電極との間にギャップ放電を発生させ
て前記第1の放電電極間を予備電離し、これと共に前記
第1の放電電極間にパルス放電を発生させる第1の高圧
パルス電源と、 前記第1の放電電極に発生する前記パルス放電よりも
定時間遅延して、前記第2の放電電極にパルス電圧を印
加し、前記スパークピンと前記対向電極との間にギャッ
プ放電を発生させて前記第2の放電電極間を予備電離
し、これと共に前記第2の放電電極間にパルス放電を発
生させる第2の高圧パルス電源と、 を備えたパルスガスレーザ発振装置において、 遅延する前記所定時間は、5〜100nsの範囲内に設
し、この所定の遅延時間により前記第1の放電電極に
おけるパルス放電により前記第2の放電電極間を均一に
予備電離し、この状態に前記第2の放電電極に前記パル
ス放電を発生させ、 かつ前記第2の放電電極に印加される前記パルス電圧
は、前記第1の放電電極に印加される前記パルス電圧よ
り高く設定される、 ことを特徴とするパルスガスレーザ発振装置。
(57) [Claim 1] A laser tube in which a gas laser medium is sealed, a pair of first discharge electrodes opposed to each other in the laser tube, and laser oscillation light in the laser tube. A plurality of pairs of second discharge electrodes arranged to face each other so as to match in the axial direction; a peaking capacitor connected to one of the first and second discharge electrodes; and a peaking capacitor connected to the peaking capacitor. A spark pin, a counter electrode disposed at a predetermined gap position with respect to the spark pin, and a pulse voltage applied to the first discharge electrode to generate a gap discharge between the spark pin and the counter electrode. It is allowed to preionization between the first discharge electrode, a first high-voltage pulse power source for generating a pulsed discharge between the first discharge electrodes therewith, generated in the first discharge electrode That the pulse discharge was delayed Tokoro <br/> constant time than the pulse voltage is applied to the second discharge electrodes, the spark pins and the second by generating gap discharge between the counter electrode A second high-voltage pulse power supply for pre-ionizing between the discharge electrodes and generating a pulse discharge between the second discharge electrodes together with the second discharge electrode, wherein the predetermined time to be delayed is 5 to 100 ns. And the first discharge electrode is set by the predetermined delay time.
Between the second discharge electrodes by pulse discharge
Preionization is performed, and the pulse is applied to the second discharge electrode in this state.
Scan discharge is generated, and wherein the pulse voltage applied to the second discharge electrode, the high is set from the pulse voltage applied to the first discharge electrode, pulsed gas laser oscillator, characterized in that .
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