JP3771690B2 - パルスレーザの放電回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定の繰り返し周波数でパルス放電を行うことでレーザ媒質を励起してパルスレーザ発振を行うパルスレーザ放電回路の放電の際のオーバーシュート電流に起因するレーザ出力の変動を解消するための改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
1気圧以上の気体を放電させてレーザ発振させる方式をTEAレーザと呼び、1対の対向する主放電電極間に均一なグロー放電を発生させて、レーザ発振に必要な反転分布領域を形成するようにしている。このTEAレーザにおいて、放電空間全体に広がったグロー放電を得るためには、主放電を開始する前に予備電離を行い、予め主放電空間全体を電離しておく必要がある。特に、エキシマレーザの場合は、負正ガス中での電子の寿命が短いため、主放電の直前にできるだけ多く電離させておく必要がある。
【0003】
現在、予備電離方式としては、X線、スパーク放電、コロナ放電などを使った様々な方式が使用されているが、中でもコロナ放電を使った方式は、比較的簡便でレーザガスへの汚染が少ない事から広く使用されている。
【0004】
図6はコロナ放電を使って予備電離を行う従来の容量移行型の磁気パルス圧縮放電装置の等価回路を示している。
【0005】
この図6の放電回路においては、1対の主電極間1,2によって形成される主放電空間3の側方にコロナ予備電離電極4を配置するようにしており、コロナ予備電離電極4のコロナ放電によって発生させたUV光によって主電極1、2間の主放電空間のレーザ媒体を予備電離する。
【0006】
この構成においては、まず高電圧電源HVに接続されたコンデンサC0に電源HVからの電荷を充電する。
【0007】
つぎに、サイラトロン、GTOなどで構成されるスイッチング回路5がオンになると、コンデンサC0、スイッチング回路5、コンデンサC1、可飽和リアクトルから成る磁気スイッチ6に電流I0が流れ、その後コンデンサC1の電圧が所定の電圧まで上昇すると、磁気スイッチ7は飽和し、低インピーダンスとなる。
【0008】
これにより、コンデンサC1、主放電コンデンサCa、磁気スイッチ7のループに電流I1が流れ、コンデンサCa、Cbの電圧が上昇していく。
【0009】
この後、予備電離コンデンサCbを介してコロナ電極4の電圧が所定の予備電離開始電圧まで上昇すると、コロナ電極4にコロナ放電が発生して電流I2が流れ、主放電空間3が予備電離される。
【0010】
さらに、この後主放電コンデンサCaの電圧が充電の進展とともに上昇し、この電圧が所定の主放電開始電圧に達すると、主電極1,2間に主放電が開始されて電流I3が流れる。そして、主電極1,2間に発生した主放電によってレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生される。
【0011】
その後、主放電によってコンデンサCa,Cbの電圧は急速に低下し、所定時間経過後に充電開始前の状態に戻る。
【0012】
このような放電動作がスイッチング回路5に設定された所定の繰り返し周波数(パルス発振周波数)で繰り返し行われることにより、パルスレーザ発振が行われる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
図7に主電極1、2間にかかる電圧VDの波形を1パルス周期分示す。
【0014】
前述したように、電圧VDは主放電コンデンサCaの充電の進展に伴って上昇(この場合は負に下降)し、この電圧VDが所定の主放電開始電圧になると、主放電が発生する。電圧VDは主放電発生後、急速に低下するが、この際、過渡現象によって放電電圧とは逆極性のオーバーシュート電圧が発生し、さらにその後、定常状態に戻る直前に、前記オーバーシュート電圧の電源HVからの反射電圧と考えられる電圧Vd(ハッチング部分)が発生する。すなわち、放電後は、磁気スイッチ6,7は、低インピーダンス状態であるため、放電直後に発生したオーバーシュート電流が磁気スイッチ6,7を通って電源HVまで流れ、そこで反射された逆流電流Id(破線)が主放電コンデンサCaに流入することを原因として反射電圧Vdが発生し、この反射電圧Vdにより主放電が不安定になり、レーザ出力を変動させる。
【0015】
また、逆流電流Idの一部Id´は、予備電離用コンデンサCbにも流入し、これにより予備電離放電が不安定になることにより、予備電離が不安定になり、レーザ出力を変動させる。
【0016】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、放電直後のオーバーシュート電圧に起因する悪影響をなくし、安定なレーザ出力を得ることができるようにしたパルスレーザの放電回路を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段および作用効果】
この発明では、電源と、レーザを発生させるための主放電電極と、主放電電極間に放電を発生させるための電荷を充電する主放電用コンデンサと、前記主放電電極間を予備電離するための予備電離電極と、この予備電離電極に予備放電を発生させるための電荷を充電する予備放電用コンデンサと、前記主放電用コンデンサおよび予備電離用コンデンサに対し所定の繰り返し周期で前記電源の電荷を充電するためのスイッチング動作を行うスイッチング回路とを具えたパルスレーザの放電回路において、前記主放電の直後に発生するオーバーシュートに起因する前記電源からの逆流電流に対し逆方向の一方向性回路素子を前記予備電離電極に直列に設けるようにしている。
【0020】
かかる発明では、逆流電流に対し逆方向になるようダイオードなどの一方向性回路素子を予備電離電極に直列に設けるようにしているので、逆流電流が予備電離電極に流れるのを阻止できるようになり、これにより予備放電を安定にし、均一な予備電離を得ることができるようになる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施例を添付図面に従って詳細に説明する。
【0022】
図1はこの発明を容量移行型の磁気圧縮放電装置に適用した実施例を示す等価回路である。
【0023】
この図1に示す実施例においては、先の図6に示した従来装置に対しダイオードDaを追加するようにしており、その他の構成は先の図6の従来装置と同じである。
【0024】
すなわち、この実施例においては、主放電コンデンサCaに並列にアース接続されたダイオードDaを電源HVからの逆流電流Idに対して順方向に設け、逆流電流Idをアースに急速に逃がすことで、反射電圧Vdを発生させないようにしている。
【0025】
図2は、図1の実施例を用いた場合の主電極1、2間にかかる電圧VDの波形を示すものであり、この図からも明らかなように、この実施例では、従来技術で発生していた反射電圧Vdはほぼなくなり、これによりレーザ出力の変動を劇的に改善することができた。
【0026】
図3および図4はこの発明の他の実施例を示すもので、これらの実施例では先の実施例のダイオードDaに直列に抵抗R1またはコイルL1を接続するようにしており、これらの実施例においても先の実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。抵抗R1は、逆流電流Idをアースに導くとともに、熱として消費させる役目も有している。
【0027】
なお、図1の実施例のダイオードDaに代えて、抵抗のみあるいはコイルのみを接続するようにしてもよい。
【0028】
図5(a)〜(j)はこの発明の他の実施例を示すもので、これらの実施例においては、予備電離電極4側に前述の逆流電流Idの一部Id´が流れ込むのを阻止するために、ダイオードDbを逆流電流Id´に対して逆方向に設けるようにしている。
【0029】
すなわち、逆流電流Id´は予備電離コンデンサCb側に流入し、この逆流電流Id´が、予備放電を不安定にする悪影響を与えるが、図5(a)〜(j)の各実施例では、この逆流電流Id´に対してダイオードDbを逆方向に設けることで、予備電離電極4に逆流電流Id´を流さないようにしている。
【0030】
また、図5(a)〜(j)の各実施例において設けられたダイオードDc、Ddおよび抵抗r1、r2は、予備放電コンデンサCbに残留した電荷を急速になくすために設けられており、予備放電コンデンサCbの残留電荷はダイオードDc、Dd、抵抗r1、r2を介してアースへ逃げるか、あるいは抵抗r1またはr2によって熱として消費される。
【0031】
このように、これら図5(a)〜(j)に示す各実施例においては、ダイオードDbによってオーバーシュートに起因する電源からの逆流電流Id´を阻止するとともに、ダイオードDc、Dd、抵抗r1、r2によって予備放電コンデンサCbに残留する電荷を放電するようにしたので、予備電離電極で電荷が残留することが防止され、これにより予備電離放電が不安定になることによる予備電離の不安定性が抑制され、レーザ出力の変動を防止することができる。
【0032】
なお、上記実施例では本発明を容量移行型の放電回路に適用するようにしたが、本発明を他のLC反転回路型、パルスフォーミングライン回路型あるいはブルムライン回路型等の放電回路に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す回路ブロック図。
【図2】図1の実施例を作用を説明するタイムチャート。
【図3】この発明の他の実施例を示す回路ブロック図。
【図4】この発明の他の実施例を示す回路ブロック図。
【図5】この発明の他の実施例を示す回路ブロック図。
【図6】従来技術を示す回路ブロック図。
【図7】従来技術の作用を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
1、2…主電極 3…主放電空間 4…予備電離電極
5…スイッチング回路 6,7…磁気スイッチ
Ca…主放電コンデンサ Cb…予備電離コンデンサ
Claims (1)
- 電源と、レーザを発生させるための主放電電極と、主放電電極間に放電を発生させるための電荷を充電する主放電用コンデンサと、前記主放電電極間を予備電離するための予備電離電極と、この予備電離電極に予備放電を発生させるための電荷を充電する予備放電用コンデンサと、前記主放電用コンデンサおよび予備電離用コンデンサに対し所定の繰り返し周期で前記電源の電荷を充電するためのスイッチング動作を行うスイッチング回路とを具えたパルスレーザの放電回路において、
前記主放電の直後に発生するオーバーシュートに起因する前記電源からの逆流電流に対し逆方向に一方向性回路素子を前記予備電離電極に直列に設けるようにしたことを特徴とするパルスレーザの放電回路。
Priority Applications (3)
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JP27120797A JP3771690B2 (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | パルスレーザの放電回路 |
DE19845586A DE19845586B4 (de) | 1997-10-03 | 1998-10-03 | Entladungsschaltung für einen Impulslaser mit einer Impulsleistungsquelle |
US09/166,681 US6389049B2 (en) | 1997-10-03 | 1998-10-05 | Discharge circuit for pulsed laser and pulsed power source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27120797A JP3771690B2 (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | パルスレーザの放電回路 |
Publications (2)
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JPH11112300A JPH11112300A (ja) | 1999-04-23 |
JP3771690B2 true JP3771690B2 (ja) | 2006-04-26 |
Family
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country Status (1)
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Families Citing this family (2)
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-
1997
- 1997-10-03 JP JP27120797A patent/JP3771690B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH11112300A (ja) | 1999-04-23 |
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