JP3779031B2 - Corona preionization electrode - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コロナ放電による紫外光予備電離を用いた放電励起型レーザ装置に関し、特に予備電離を行わせる予備電離電極の形状の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
TEAレーザは、一対の対向する主電極によって構成される主放電空間に存在する1気圧以上の気体に、均一なグロー放電を発生させることにより、レーザ発振に必要な反転分布領域を形成してレーザ発振を行う方式である。このTEAレーザにおいて、主放電空間中の気体全体に均一なグロー放電を得るには、主放電を開始する前に、主放電空間中の気体全体を予備電離させる必要がある。特に、エキシマレーザの場合は、主放電に用いられる希ガス中での電子の寿命が短いため、寿命時間内に励起を行わない限り、反転分布が形成されないことから、主放電の直前にできるだけ多く主放電空間中の希ガス全体を電離させておく必要がある。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あるが、中でもコロナ放電を使った方式は、比較的簡便で主放電空間中の気体への汚染が少ないことから、容量移行型の予備電離方式として広く使用されている。
【0003】
図4(a)に従来のコロナ予備電離電極を用いたエキシマレーザ装置の放電発生部の断面図を示し、図4(b)に前記コロナ予備電離電極の斜視図を示す。 この放電発生部においては、一対の主電極45と46を対向させ、その両側にコロナ予備電離電極48(破線で囲んだ部分)を配設している。
【0004】
コロナ予備電離電極48は、円柱形の背後電極41が、円筒形の誘電体パイプ42の中空部に配され、この誘電体パイプ42の外周面に断面L字形のアース電極43の端部が接触する構成となっている。
【0005】
かかる構成においては、主電極45、46間で放電を発生させる前に、まず、背後電極41とアース電極43との間に高電圧を印加し、アース電極43と誘電体パイプ42の接触部44を起点として誘電体パイプ42の外周面に生じるコロナ放電によって、紫外光を発生させる。この紫外光中の高電圧によって加速された電子により、主放電空間に満たされたレーザガスを予備電離する。次に、主電極45と46の間に高電圧が印加されると予備電離されたガスが絶縁破壊を起こし、主放電47が開始される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコロナ予備電離電極では、コロナ放電の開始点である誘電体パイプ42の外周面とコロナ電極43の接触部44が1本の直線でしか構成されていないため、誘電体パイプ42上のより多くのポイント位置に予備放電の開始点(起点)を確保することができない。すなわち、上記従来技術では、予備放電の開始点の距離を十分に確保することができないので、小さな発光量の紫外光しか得られず、このため十分な予備電離が行われず、所望のレーザ出力が得られないという問題があった。
【0007】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、装置を大型にすることなく主放電空間全体にわたって、十分な予備電離を行うのに必要な紫外光の発光量を得ることができるコロナ予備電離電極を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため第1の発明は、中空状の誘電体パイプと、この誘電体パイプの中空部に配される背後電極と、この誘電体パイプの外表面に接触されるように配されるコロナ電極とを有する予備電離電極を前記誘電体パイプの軸が主放電電極の長手方向に沿って延びるように主放電空間の側方に配し、前記コロナ電極及び前記背後電極間に高電圧を印加することによりコロナ電極と前記誘電体パイプとの接触部を起点としたコロナ放電を発生させて前記主放電空間に予備電離を発生させるコロナ予備電離電極において、
前記誘電体パイプの外表面領域のうちの前記主放電空間に向いた領域にのみ前記コロナ電極と誘電体パイプとの接触部を配し、かつ前記接触部の縁を前記コロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が前記誘電体パイプの軸長より長くなるように前記コロナ電極の接触部の縁部の形状を構成するようにしたことを特徴としている。
【0009】
かかる構成によれば、前記接触部の縁をコロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が、前記誘電体パイプの軸長より長くなるようにしているので、従来に比べ予備放電の開始点の距離が長くなり、これにより装置を大型にすることなく主放電空間全体にわたって、十分な予備電離を行うのに必要な紫外光の発光量を得ることができる。
【0010】
また、前記接触部を主放電空間に向いた領域にのみ配置するようにしたので、予備電離に寄与しない部分での放電による電力の損失を防ぐとともに、予備電離強度、及びレーザ出力の低下を防ぐことが可能となる。
【0011】
さらに、予備電離に寄与しない部分での放電を防ぐことによって、大量の放電生成物の発生を抑制することができ、レーザ出力を安定させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0019】
図1(a)(b)に、本発明の第1の実施形態を示す。
【0020】
この実施例においては、一対の主電極45と46を対向させ、その両側にコロナ予備電離電極11(破線で囲んだ部分)を配設している。
【0021】
また、コロナ予備電離電極11は、円柱形状の背後電極41が、円筒形状の誘電体パイプ42の中空部に配され、誘電体パイプ42の外周面領域のうちの主放電空間に向いた領域でのみ、コロナ電極12が、誘電体パイプ42に倣うよう接触する構成となっている。この場合、コロナ電極12側を接地している。
【0022】
さらに、コロナ電極12が誘電体パイプ42の外周面に接触している部分の端縁は、直線13及び14、曲線15、16で連続的に構成されており、主放電空間の方面から見ると接触部の形状は櫛状をなす。
【0023】
かかる第1の実施形態によれば、背後電極41とコロナ電極12の間に高電圧を印加すると、直線13及び14、曲線15、16で構成される誘電体パイプ42とコロナ電極12の接触部において、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ42の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。
ここで、図1(b)のθ(ラジアン角)は、曲線15又は16の両端17、18と誘電体パイプ42の中心点19によってなす角である。曲線15及び16の長さは、誘電体パイプ42の外周面の直径Dとθによって決定される。直線13及び14を所望の長さとすることで、曲線15及び16がn本ずつ存在したとすると、誘電体パイプ42とコロナ電極12の接触距離は従来のコロナ予備電離電極に比べて
(D/2)×θ×2n=nDθ
だけ長くすることができる。従って、従来のコロナ予備電離電極と比較してコロナ放電の開始点がnDθだけ増えることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができる。また、主放電空間を予備電離させるための紫外光が発生するコロナ放電は、コロナ電極と誘電体パイプとの接触部を起点として誘電体パイプの外表面に生じるが、本発明によれば、コロナ電極12と誘電体パイプ42との接触部は、主放電空間側にあるので、予備電離に寄与しない部分での放電による電力の損失を防ぐとともに、予備電離強度、及びレーザ出力の低下を防ぐことが可能となる。
【0024】
さらに、予備電離に寄与しない部分での放電を防ぐことによって、大量の放電生成物の発生を抑制することができ、レーザ出力を安定させることができる。
【0025】
なお、背後電極41の形状は多角柱状であってもよく、誘電体パイプ42の形状は多角筒形状であってもよい。
【0026】
また、背後電極41を接地するようにしてもよい。
【0027】
また、本発明の第1の実施形態では、図1(b)に示すように主放電空間の方面から見たコロナ電極12が誘電体パイプ42に接触している縁部は、直線13及び14、曲線15、16で連続的に構成された四角く切り込んだ形状となっているが、本発明は、これに限定されることなく、コロナ電極12が誘電体42に接触している部分が、四角形以外の多角形や、曲線、あるいはこれらを組み合わせて切り込んだ形状であってもよい。
【0028】
要は、接触部の縁をコロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が、誘電体パイプの軸長より長ければよい。
【0029】
図2(a)、(b)に、本発明の第2の実施形態を示す。なお、図1(a)、(b)と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0030】
この第2の実施形態では、コロナ電極を少なくとも2本のワイヤ電極22で構成し、かつこれらワイヤ電極22を誘電体パイプ42の外周面領域のうちの主放電空間に向いた領域にのみ、配置するようにしている。
【0031】
この場合、ワイヤ電極22は、主放電電極45、46の長手方向に沿って配置された2個以上のセラミックの固定具23によって固定されている。
【0032】
かかる構成によれば、背後電極41とワイヤ電極22の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ42とワイヤ電極22の接触部において、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ42の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。
【0033】
この第2の実施形態によれば、従来のコロナ予備電離電極と比較して接触部の直線が1本から2本に増えた分だけコロナ放電が増えることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができる。
【0034】
さらに、この第2の実施形態によれば、複数本のワイヤ電極22を主放電空間側にのみ配置するようにしたので、予備電離に寄与しない部分での放電による電力の損失を防ぐとともに、予備電離強度、及びレーザ出力の低下を防ぐことが可能となる。さらに、予備電離に寄与しない部分での放電を防ぐことによって、大量の放電生成物の発生を抑制することができ、レーザ出力を安定させることができる。
【0035】
なお、この第2の実施形態において、ワイヤ電極22を先の第1実施形態のような櫛状(パルス波形状)にして、コロナ放電開始点の距離を増やすようにしてもよい。
【0036】
図3(a)、(b)に、本発明の第3の実施形態を示す。なお、図2(a)、(b)と同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【0037】
図3に示すように、第3の実施形態では、コロナ電極を網目状の電極32で構成し、かつこれら網目状電極32を誘電体パイプ42の外周面領域のうちの主放電空間に向いた領域にのみ、配置するようにしている。
【0038】
この場合、網目状電極32は、主放電電極の長手方向に沿って配置された2個以上のセラミックの固定具23によって固定されている。
【0039】
かかる構成によれば、背後電極41と網目状電極32の間に高電圧を印加すると、誘電体パイプ42と網目状電極32の接触部において、コロナ放電が開始され、誘電体パイプ42の外周にコロナ放電が進展されることにより紫外光が主放電空間に向かって照射される。この第3の実施形態によれば、コロナ電極を網目状電極で構成するようにしたので、網目状電極32と誘電体パイプ42の接触部の距離が従来より長くなる分だけコロナ放電が増えることになり、その分紫外光の発光量を増やすことが可能となり、これにより主放電空間全体にわたって十分な予備電離を行うことができ、装置を大型にすることなく所望のレーザ出力を得ることができる。また、この第3の実施形態によれば、網目状電極32を主放電空間側にのみ配置するようにしたので、予備電離に寄与しない部分での放電による電力の損失を防ぐとともに、予備電離強度、及びレーザ出力の低下を防ぐことが可能となる。さらに、予備電離に寄与しない部分での放電を防ぐことによって、大量の放電生成物の発生を抑制することができ、レーザ出力を安定させることができる。
【0040】
なお、上記実施例では、本発明をエキシマレーザに適用するようにしたが、予備電離を行うものであれば、他の任意のガスレーザに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す図。
【図2】本発明の第2の実施形態を示す図。
【図3】本発明の第3の実施形態を示す図。
【図4】従来の装置を示す図。
【符号の説明】
23…固定具
41…背後電極
42…誘電体パイプ
12,22,32,43…コロナ電極
45,46…主電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge excitation type laser apparatus using ultraviolet light preionization by corona discharge, and more particularly to improvement of the shape of a preionization electrode for performing preionization.
[0002]
[Prior art]
A TEA laser forms an inversion distribution region necessary for laser oscillation by generating a uniform glow discharge in a gas of 1 atm or more existing in a main discharge space constituted by a pair of opposing main electrodes. This is a method for oscillation. In this TEA laser, in order to obtain a uniform glow discharge in the entire gas in the main discharge space, it is necessary to pre-ionize the entire gas in the main discharge space before starting the main discharge. In particular, in the case of an excimer laser, since the lifetime of electrons in the rare gas used for the main discharge is short, an inversion distribution is not formed unless excitation is performed within the lifetime, so as many as possible immediately before the main discharge. It is necessary to ionize the entire rare gas in the main discharge space. Currently, there are various types of preionization methods using X-ray, spark discharge, corona discharge, etc. Among them, the method using corona discharge is relatively simple and causes contamination of the gas in the main discharge space. Because of its small number, it is widely used as a capacity transfer type preionization method.
[0003]
FIG. 4A shows a cross-sectional view of a discharge generating part of an excimer laser device using a conventional corona preionization electrode, and FIG. 4B shows a perspective view of the corona preionization electrode. In this discharge generating portion, a pair of
[0004]
In the corona
[0005]
In such a configuration, before a discharge is generated between the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional corona preionization electrode, the outer peripheral surface of the
[0007]
The present invention has been made in view of such a situation, and a corona spare capable of obtaining a sufficient amount of ultraviolet light to perform sufficient preliminary ionization over the entire main discharge space without increasing the size of the apparatus. An object is to provide an ionization electrode.
[0008]
[Means for solving the problems and effects]
In order to achieve the above object, the first invention is arranged so as to be in contact with a hollow dielectric pipe, a back electrode disposed in a hollow portion of the dielectric pipe, and an outer surface of the dielectric pipe. A preionization electrode having a corona electrode is disposed on the side of the main discharge space so that the axis of the dielectric pipe extends along the longitudinal direction of the main discharge electrode, and a high voltage is applied between the corona electrode and the back electrode. In the corona preionization electrode that generates preionization in the main discharge space by generating a corona discharge starting from the contact portion between the corona electrode and the dielectric pipe by applying
A contact portion between the corona electrode and the dielectric pipe is disposed only in a region facing the main discharge space in an outer surface region of the dielectric pipe, and an edge of the contact portion is used as one end of the corona electrode. The shape of the edge portion of the contact portion of the corona electrode is configured such that the line connecting from the first end to the other end is longer than the axial length of the dielectric pipe.
[0009]
According to such a configuration, the line connecting the edge of the contact portion from one end of the corona electrode to the other end is made longer than the axial length of the dielectric pipe. This increases the distance of the starting point, and this makes it possible to obtain the amount of ultraviolet light emission required for sufficient preliminary ionization over the entire main discharge space without increasing the size of the apparatus.
[0010]
In addition, since the contact portion is disposed only in the region facing the main discharge space, power loss due to discharge in a portion that does not contribute to preionization is prevented, and reduction in preionization intensity and laser output is prevented. It becomes possible.
[0011]
Furthermore, by preventing discharge at a portion that does not contribute to preionization, the generation of a large amount of discharge products can be suppressed, and the laser output can be stabilized.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
1A and 1B show a first embodiment of the present invention.
[0020]
In this embodiment, a pair of
[0021]
Further, the corona preionization electrode 11 is a region in which the columnar
[0022]
Further, the edge of the portion where the
[0023]
According to the first embodiment, when a high voltage is applied between the
Here, θ (radian angle) in FIG. 1B is an angle formed by both ends 17 and 18 of the
Can only be longer. Accordingly, the starting point of corona discharge is increased by nDθ compared to the conventional corona preionization electrode, and the amount of ultraviolet light emission can be increased by that amount, thereby providing sufficient preionization over the entire main discharge space. The desired laser output can be obtained without increasing the size of the apparatus. In addition, corona discharge generated by ultraviolet light for preionizing the main discharge space is generated on the outer surface of the dielectric pipe starting from the contact portion between the corona electrode and the dielectric pipe. Since the contact portion between the
[0024]
Furthermore, by preventing discharge at a portion that does not contribute to preionization, the generation of a large amount of discharge products can be suppressed, and the laser output can be stabilized.
[0025]
The shape of the
[0026]
Further, the
[0027]
Further, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1B, the edges where the
[0028]
In short, the line connecting the edge of the contact portion from one end of the corona electrode to the other end may be longer than the axial length of the dielectric pipe.
[0029]
2A and 2B show a second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as FIG. 1 (a), (b).
[0030]
In the second embodiment, the corona electrode is composed of at least two
[0031]
In this case, the
[0032]
According to this configuration, when a high voltage is applied between the
[0033]
According to the second embodiment, the corona discharge is increased by an amount corresponding to the increase of the straight line of the contact portion from one to two as compared with the conventional corona preionization electrode. As a result, sufficient preionization can be performed over the entire main discharge space, and a desired laser output can be obtained without increasing the size of the apparatus.
[0034]
Furthermore, according to the second embodiment, since the plurality of
[0035]
In the second embodiment, the
[0036]
3A and 3B show a third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as FIG. 2 (a), (b).
[0037]
As shown in FIG. 3, in the third embodiment, the corona electrodes are constituted by mesh-
[0038]
In this case, the
[0039]
According to this configuration, when a high voltage is applied between the
[0040]
In the above embodiment, the present invention is applied to the excimer laser, but may be applied to any other gas laser as long as it performs preliminary ionization.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
23 ... Fixing
Claims (2)
前記誘電体パイプの外表面領域のうちの前記主放電空間に向いた領域にのみ前記コロナ電極と誘電体パイプとの接触部を配し、かつ前記コロナ電極の接触部の縁をコロナ電極の一方の終端から他方の終端までをつないだ線が前記誘電体パイプの軸長より長くなるように前記コロナ電極の接触部の縁部の形状を構成するようにしたことを特徴とするコロナ予備電離電極。A preliminary ionization electrode having a hollow dielectric pipe, a back electrode disposed in a hollow portion of the dielectric pipe, and a corona electrode disposed so as to be in contact with an outer surface of the dielectric pipe is provided as the dielectric. The body pipe is disposed on the side of the main discharge space so that the axis of the main discharge electrode extends along the longitudinal direction of the main discharge electrode, and a high voltage is applied between the corona electrode and the back electrode to thereby provide the corona electrode and the dielectric pipe. In a corona preionization electrode that generates a corona discharge starting from a contact portion with the main discharge space to generate a preionization,
A contact portion between the corona electrode and the dielectric pipe is disposed only in a region facing the main discharge space in an outer surface region of the dielectric pipe, and an edge of the contact portion of the corona electrode is arranged on one side of the corona electrode. A corona preionization electrode characterized in that the shape of the edge of the contact portion of the corona electrode is configured such that a line connecting from the end of one to the other end is longer than the axial length of the dielectric pipe .
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