JPH01289285A - パルスレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、予備放電電極間で予備放電を行い、ついで主
放電電極間で主放電を行いパルスレーザ光を発振出力す
るパルスレーザ発振装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ この種のパルスレーザ発振装置として、例えばエキシマ
レーザが知られている。エキシマレーザ（例えば塩化ク
セノンエキシマレーザ）は、少量のハロゲンガスと希ガ
スをバッファガスに混合した混合ガスを所定圧力（例え
ば３気圧）でレーザ管内に封入し、この混合ガスを高速
でパルス放電励起してグロー放電により紫外光を得、こ
の紫外光をレーザ管内で増幅して所定波長のパルスレー
ザ光（例えば３０８ｎｍの紫外領域のパルスレーザ光）
を発振出力する。

一般に、ガス放電により得られる紫外光をレーザ管内で
増幅してレーザ光とする場合、この増幅の利得は放電が
空間的に一様となるグロー放電時に大きく、放電が局所
的に限られるアーク放電時に小さいので、実質的にはグ
ロー放電時にのみレーザ光の発振が得られる。しかし、
レーザ管内のガス圧が３気圧程度であると、通常の放電
ではグロー放電とならないのでレーザ発振が得られない
。

このため、予備放電によって混合ガスを予め電離し、つ
いで主放電によってグロー放電をさせレーザ発振を得て
いる。

上述のような予備放電を行ってから主放電を行いパルス
レーザ光を発振出力するパルスレーザ発振装置としては
、従来、第２図、第３図または第４図（特開昭６２−１
９０７８５ご参照）のようなものが知られている。

第２図に示す従来例では、混合ガスを封入したレーザ管
（１）内に、主放電電極（２）　＜３）、予備放電電極
（４）　（５）および第２コンデンサ（６）を設け、ト
リガー信号入力端子（７）にトリガー信号（例えば−Ｉ
ＫＶのパルス電圧）を印加することによってサイラトロ
ン（８）をオンし、高圧電源（９）から抵抗（１０）（
１１）を介して第１コンデンサ（１２）に予め蓄積され
た電荷を第２コンデンサ（６）に転送し、この転送中に
予備放電電極（４）（５）間に生じる予備放電で紫外線
（１３）を発生して混合ガスを電離し、第２コンデンサ
（６）の充電が進んで放電開始電圧に達すると、主放電
電極（２）　（３）内の放電によりグロー放電が発生し
、レーザ発振が得られる。

第３図に示す従来例では、レーザ管（１）内に設けられ
た主放電電極（２）　（３）と、３端子予備放電電極（
２４）とのそれぞれに、互いに独立して形成された主放
電用回路（１４）と予備放電用回路（１５）とを結合し
、トリガー信号入力端子（７）に入力したトリガー信号
によってまず予備放電用回路（１５）のサイリスタ（８
ａ）をオンし、高圧電源（９ａ）によって第３コンデン
サ（１６）に予め蓄積された電荷を３端子予備放電電極
（２４）の両端端子（ａ）　（ｂ）と中間端子ＣＣ）の
間で放電させて予備放電を行い紫外光を発生させる。つ
いで遅延回路（１７）によって予備放電開始時より所定
時間遅延されたトリガー信号によって主放電用回路（１
４）のサイラトロン（８ｂ）をオンし。

高圧電！　（９ｂ）によって第１コンデンサ（１２）に
予め蓄積された電荷を第２コンデンサ（１８）に転送し
、この第２コンデンサ（１８）の両端電圧が放電開始電
圧に達すると主放電電極（２）　（３）間の放電が開始
し、グロー放電が発生してレーザ発振が得られる。

第４図に示す従来例では、予備放電電極（４ａ）　（５
ａ）と高圧電源（９）との間に時定数設定用の第３コン
デンサ（１９）とコイル（２０）からなる予備放電用回
路（２１）を結合し、サイラトロン（８）をオンするこ
とによってこの予備放電用回路（２１）の第３コンデン
サ（１９）に予め蓄積された電荷で予備放電電極（４ａ
）　（５ａ）間で放電が発生して紫外光（１３）により
予備電離が行なわれる。同時にサイラトロン（８）のオ
ンによって第１コンデンサ（１２）に予め蓄積された電
荷が第２コンデンサ（６）に転送され、その端子電圧が
放電開始電圧に達すると主放電電極（２）　（３）間の
放電が開始し、グロー放電が発生してレーザ発振が得ら
れる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第２図に示す従来例では、電気回路の構
成が簡単になるという利点はあるが、っぎのような問題
点があった。

（イ）レーザ管（１）内に第２コンデンサ（６）が設け
られているので、コンデンサ（６）の表面絶縁用のモー
ルド樹脂（例えばエポキシ樹脂）が混合ガスと反応して
混合ガスを汚染したり、放電電極（２）　（３）、（４
）　（５）を侵触したりするという問題点があった。

（ロ）サイラトロン（８）をオンして第１コンデンサ（
１２）の電荷を第２コンデンサ（６）に転送して充電す
る時と、この第２コンデンサ（６）の充電が進んで両端
電圧が主放電電極（２）　（３）間の放電開始電圧に達
して主放電をする時との２回、予備放電（アーク放＠）
が行なわれるので、混合ガスが劣化し、エネルギー損失
が多くなり、予備放電ノイズが増加するという問題点が
あった。

（ハ）予備放電電極（４）　（５）がレーザ光軸方向に
複数個並列に配列され、並列放電動作をさせる構造なの
で１部分的に予備放電が生じないミスファイヤが生じ易
く、このミスファイヤの生じた空間個所では予備電離が
不足して主放電がアーク放電となり、電極（２）　（３
）を損傷したり、混合ガスを劣化させたりするという問
題点があった。

また、第３図に示す従来例では、レーザ管（１）内にコ
ンデンサがなく、予備放電が２回にならず、予備放電電
極が３端子電極構造に形成されているので前記（イ）（
ロ）（ハ）のような問題点はないかつぎのような問題点
があった。

（ニ）主放電用回路（１４）の他に予備放電用回路（１
５）を独立して設けていたので、２つのサイラトロン（
８ａ）　（８ｂ）、２つの高圧電源（９ａ）　（９ｂ）
等を設けなければならないなど構成部品が多く回路構成
が複雑になり、装置が高価になるという問題点があった
。

また、第４図に示す従来例では、主放電用回路と予備放
電用回路（２１）の高速スイッチとしてのサイラトロン
（８）を１つとしているので、回路構成が簡単になり、
前記（ニ）のような問題点はないが、２回以上予備放電
を行う点で前記（ロ）と同様の問題点があり、予備放電
電極の構成が第２図に示す従来例と同じなので前記（ハ
）と同様の問題点がある他つぎのような問題点があった
。

（ホ）予備放電用回路（２１）が時定数設定用のコンデ
ンサ（１９）とコイル（２０）とで構成され、予備放電
電流の均一性を図るために電流を振動させているので、
混合ガスを汚染するとともにサイラトロン（８）やコン
デンサ（１９）などの回路部品の寿命を短かくするとい
う問題点があった。すなわち、予備放電はアーク放電で
あり、このアーク放電が長時間継続することは混合ガス
の劣化を招くこと、サイラトロン（８）に反転電流を流
したり、コンデンサ（１９）に反転電圧を加えることは
、サイラトロン（８）やコンデンサ（１９）の寿命を短
かくすることが、これまでの種々の研究によって明らか
にされているからである。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、ガス汚
染が少なく１回路部品の損傷が少なく、かつ低ノイズで
、しかも回路構成の簡単なパルスレーザ発振装置を提供
することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、レーザ管内に設けられた主放電電極および予
備放電電極と、高圧電源からの電荷を蓄積する第１コン
デンサと、前記主放電電極に並列に接続された第２コン
デンサと、前記第１コンデンサに蓄積された電荷を前記
第２コンデンサに転送するための高速スイッチとを有す
るパルスレーザ発振装置において、前記高速スイッチに
よって前記第１、第２コンデンサ間に形成される電荷の
転送線路にパルス遅延素子を挿入し、前記予備放電電極
は、前記主放電電極の放電空間の長手方向に沿って設け
られた導体棒の両端を外部接続用の両端端子とし、前記
導体棒の外周に絶縁体を介して一端側から他端側に沿っ
て設けられた複数の金属片のうちの両端の金属片を前記
導体棒の両端に接続し、かつ中間の金属片を外部接続用
の中間端子とする３端子放電電極で形成してなり、前記
高圧電源からの電荷を蓄積する第３コンデンサを設け、
前記高速スイッチによって前記第３コンデンサの放電線
路を形成し、この放電線路に前記３端子放電電極の両端
端子と中間端子を挿入してなることを特徴とするもので
ある。

［作用］ 高速スイッチのオフ時においては、第１．第３コンデン
サには高圧電源からの電荷が蓄積される。

高速スイッチのオン時においては、まず第３コンデンサ
に蓄積された電荷が両端端子と中間端子を介して予備放
電電極としての３端子放電電極に供給され、予備放電（
アーク放電）が行なわれ、主放電電極間のガスを電離す
る。このとき、予備放電電流は両端の金属片から中間の
金属片に向って、または中間の金属片から両端の金属片
に向って流れるので、ミスファイヤが生じにくいととも
に。

予備放電電流で発生した電磁波は互いに打消し合う。つ
いで、パルス遅延素子で設定された遅延時間（例えば１
μ５ｅｃ）経過後に第１コンデンサに蓄積された電荷が
第２コンデンサに転送され、この第２コンデンサの両端
電圧が放電開始電圧に達すると主放電電極間で主放電（
グロー放電）が行なわれ。

パルスレーザ光が発振出力する。

［実施例］ 第１図は本発明をエキシマレーザに利用した一実施例を
示すもので、第２図〜第４図と同一部分は同一符号とす
る。第１図において、（９）は高圧電源で、この高圧電
源（９）には第１抵抗（１０）を介して高速スイッチと
してのサイラトロン（８）のアノード（Ａ）、グリッド
（Ｇ）が接続され、サイラトロン（８）のカソード（Ｋ
）はトリガー信号入力端子（７）に接続されている。前
記サイラトロン（８）のグリッド（Ｇ）は接地されてい
る。前記サイラトロン（８）のアノード（Ａ）・グリッ
ド（Ｇ）間には、パルス遅延素子としてのコイル（３０
）、第１コンデンサ（１２）、第２抵抗（１１）からな
る直列充電回路と、第３コンデンサ（３１）、第３抵抗
（３２）からなる直列充電回路とが並列に接続されてい
る。前記第２抵抗（１１）には第２コンデンサ（１８）
が並列に接続され、この第２コンデンサ（１８）の両端
には、レーザ管（１）内に設けられた主放電電極（２）
　（３）が接続されている。前記レーザ管（１）内には
、圧力比をそれぞれ０゜１％、１％、９８０ｇ％ノハロ
ゲンガス（例えばＨＣｆｆ１）、希ガス（例えばＸｓ）
、バッファガス（例えばＨｅ）とした所定圧力（例えば
３気圧）の混合ガスが封入されている。前記第３抵抗（
３２）の両端には、前記レーザ管（１）内に設けられた
予備放電電極としての３端子放電電極（２４）の両端端
子（ａ）　（ｂ）と中間端子（ｃ）とが接続されている
。

前記３端子放電電極（２４）は公知の構造で、前記主放
電電極（２）　（３）の放電空間の長手方向に沿って設
けられた中空絶縁体棒に導体棒（３３）を挿入し。

中空絶縁体棒の外表面に長手方向に沿って複数の金属片
（３４）〜（３４）を固定し、これらの金属片（３４）
−（３４）の両端の金属片（３４）　（３４）をそれぞ
れ前記導体棒（３３）の両端に接続してなり、この両端
は外部接続用の両端端子（ａ）　（ｂ）を介して結合し
た後前記第３抵抗（３２）の一方の端部に接続され、前
記金属片（３４）〜（３４）の中間の金属片（３４）は
外部接続用の中間端子（ｃ）を介して前記第３抵抗（３
２）の他方の端子に接続されている。

つぎに前記実施例の作用について説明する。

トリガー信号入力端子（７）にトリガー信号が入力して
いないときはサイラトロン（８）はオフである。このた
め、第１コンデンサ（１２）には高圧電源（９）から第
１抵抗（１０）、コイル（３０）　、第２抵抗（１１）
を介した充電電流が供給される。すなわち電荷が蓄積さ
れる。同時に第３コンデンサ（３１）には、高圧電源（
９）から第１抵抗（１０）、第３抵抗（３２）を介した
充電電流が供給される。トリガー信号入力端子（７）に
トリガー信号（例えば−ＩＫＶのパルス電圧）が入力す
るとサイラトロン（８）がオンすることによって形成さ
れる第３コンデンサ（３１）の放電線路（３５）が閉じ
る。すると、まず、第３コンデンサ（３１）に充電され
た電荷が３端子放電電極（２４）の両端端子（ａ）　（
ｂ）と中間端子（ｃ）に供給され、主放電電極（２）　
（３）の放電空間の長手方向に沿った直列放電動作によ
る予備放電（アーク放電）が行なわれ、紫外光が発生し
て混合ガスが電離する。このとき、予備放電の放電電流
は３端子放電電極（２４）の両端の金属片（ａ）（ｂ）
から中間の金属片（ｃ）に向って流れるので、予備放電
時に発生した電磁波は互いに打ち消し合い、ノイズの発
生が抑制される。

ついで、予備放電開始時からコイル（３０）によって設
定された遅延時間（例えば１μ５ｅｃ）経過後に、第１
コンデンサ（１２）に充電された電荷が第２コンデンサ
（１８）に供給され、この第２コンデンサ（１８）の両
端電圧が放電開始電圧に達すると、主放電電極（２）　
（３）間でグロー放電が発生し、パルスレーザ光を発振
出力する。

前記実施例では、３端子放電電極（２４）の両端端子（
ａ）（ｂ）を第３抵抗（３２）の一方の端部に接続し、
中間端子（ｃ）を第３抵抗（３２）の他方の端部に接続
して予備放電電流が両端の金属片（ａ）（ｂ）から中間
の金属片（ｅ）に向って流れるようにしたが、本発明は
これに限るものでなく、３端子放電電極（２４）の中間
端子（ｃ）を第３抵抗（３２）の一方の端部に接続し、
両端端子（ａ）　（ｂ）を第３抵抗（３２）の他方の端
部に接続して放電電流が中間の金属片（ｃ）から両端の
金属片（ａ）（ｂ）に向けて流れるようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成したので、つぎのような効果
を有する。

（ａ）レーザ管内にコンデンサを設けないようにしたの
で、コンデンサの表面絶縁用の樹脂等によってレーザ管
内のガスが汚染されたり放電電極が侵触されたりするこ
とがない。

（ｂ）さらに、主放電用の第２コンデンサと予備放電用
の第３コンデンサとを別個に設けたので、１回の主放電
に対して予備放電が１回となる。さらに、予備放電電極
を３端子放電電極で形成し９両端の金属片から中間の金
属片の方向へ、またはこの逆の方向へ予備電流を流して
発生する電磁波を打ち消すようにした。このため予備放
電時に発生するノイズを従来より低減させることができ
る。

（ｃ）３端子放電電極によって予備放電を主放電電極の
放電空間の長手方向に沿った直列放電動作で行うように
したので、ミスファイアが生じない。

このため、ミスファイアによって生じるアーク放電で電
極が損傷したり、ガスが劣化したりすることかない。

（ｄ）主放電用と予備放電用の高速スイッチ（例えばサ
イラトロン）を１つで構成したので、回路構成が簡単に
なり、装置を安価に製作することができる。

（ｅ）予備放電電流が振動電流でないので、予備放電時
におけるアーク放電時間が短かくなり、ガス汚染を低減
できるとともに高速スイッチやコンデンサの短寿命化を
防止できる。さらに、予備放電時から主放電時までの遅
延時間をパルス遅延素子で適当な値（例えば１μ５ｅｃ
）に調整できるので、適切かつ安定したパルスレーザ発
振を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパルスレーザ発振装置の一実施例
を示す回路図、第２図から第４図まではそれぞれ従来例
を示す回路図である。 （１）・・・レーザ管、（２）　（３）・・・主放電電
極、（８）・・・サイラトロン（高速スイッチ）、（９
）・・・高圧電源、（１２）・・・第１コンデンサ、（
１８）・・・第２コンデンサ、　（２４）・・・３端子
放電電極（予備放電電極）、（３０）・・・コイル（パ
ルス遅延素子）、（３１）・・・第３コンデンサ、（３
５）・・・放電線路、　（ａ）（ｂ）・・・３端子放電
電極（２４）の両端端子、（ｃ）・・・３端子放電電極
（２４）の中間端子。 出願人　　浜松ホトニクス株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　レーザ管内に設けられた主放電電極および予備
   放電電極と、高圧電源からの電荷を蓄積する第１コンデ
   ンサと、前記主放電電極に並列に接続された第２コンデ
   ンサと、前記第１コンデンサに蓄積された電荷を前記第
   ２コンデンサに転送するための高速スイッチとを有する
   パルスレーザ発振装置において、前記高速スイッチによ
   って前記第１、第２コンデンサ間に形成される電荷の転
   送線路にパルス遅延素子を挿入し、前記予備放電電極は
   、前記主放電電極の放電空間の長手方向に沿って設けら
   れた導体棒の両端を外部接続用の両端端子とし、前記導
   体棒の外周に絶縁体を介して一端側から他端側に沿って
   設けられた複数の金属片のうちの両端の金属片を前記導
   体棒の両端に接続し、かつ中間の金属片を外部接続用の
   中間端子とする３端子放電電極で形成してなり、前記高
   圧電源からの電荷を蓄積する第３コンデンサを設け、前
   記高速スイッチによって前記第３コンデンサの放電線路
   を形成し、この放電線路に前記３端子放電電極の両端端
   子と中間端子を挿入してなることを特徴とするパルスレ
   ーザ発振装置。