JPH02154490A - パルスガスレーザ装置における磁気スイッチの電流制御方法 - 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、パルスガスレーザ装置における磁気スイッチ
の電流制御方法に関するものであり、特に容量移行型の
パルスガスレーザ装置内蔵の磁気スイッチに流れる電流
を制御する電流制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、フェライトやアモルファス磁性体等を用いた可飽
和インダクタは、その透磁率の非線形特性から磁気スイ
ッチとして使われている。

第２図及び第３図は、かかる磁気スイッチの構造の概要
及びその作用を説明するための図である。

第２図に示すように、可飽和インダクタは、可飽和イン
ダクタコア２３に主導線２４が所定回数巻かれた構成と
なっている。このような構成において、主導線２４に電
流ｉを次第に増加させながら供給すると、磁束密度Ｂ及
びインダクタンスしは、第３図に特性７！８及び７！１
として示すようにその値が変化する。つまり、磁束密度
Ｂは、電流値が小さい場合はほぼ直線的に増加するが、
電流がＩ。

（飽和電流値）に達すると飽和状態となる。これに伴い
インダクタンスしは、電流がｉ、以下では大きな値とな
っているが、電流が１５以上になると非常に小さな値に
なる。従って、可飽和インダクタは、飽和電流ｉ、を境
にしてインダクタンスが急激に変化するため等測的に磁
気スイッチとして用いることができる。

このような特性を示す可飽和インダクタを磁気スイッチ
として用いた装置の一つにパルスガスレーザ装置が知ら
れている。

例えば、上記磁気スイッチを用い、装置の長ノｊ命化を
図った従来のパルスガスレーザ装置については、豊田、
村原監修［エキシマレーリ′最先端応用技術」第５章（
シーエムシー社刊）にその詳細が記載されている。

第４図はその構成例を示している。

第４図に示すように、磁気スイッチを内蔵したこのパル
スガスレーザ装置は、容量移行型パルスガスレーザ装置
であって、高圧電源１１と、レーザ励起の放電を得るた
めの高電圧側電極９と接地側電極１０とを有し、更にス
イッチング素子８、充電用コンデンサ６、第１及び第２
のインダクタ３４、補助コンデンサ７、磁気スイッチと
しての可飽和インダクタ２、及びピーキングコンデンサ
５を備えている。補助コンデンサ７と磁気スイッチ用の
可飽和インダクタ２は、磁気圧縮回路を構成している。

また、スイッチング素子８は、スイッチング用の制御部
１２を備えている。

レーザ光の発振は、次のようにして行われる。

すなわち、第４図に示したパルスガスレーザ装置では、
スイッチング素子８を導通さ−Ｕるごとにより充電用コ
ンデンサ６に充電されている電荷を放電させ、第１のイ
ンダクタ３を通して補助コンデンサ７に電荷を移行させ
る。このとき、電荷の一部は可飽和インダクタ２を介し
てピーキングコンデンサ５に流れる。可飽和インダクタ
２に流れる電流は、補助コンデンサ７の端子間電圧とと
もに大きくなり非飽和状態の可飽和インダクタ２を飽和
させる。飽和した可飽和インダクタ２のインダクタンス
は、第１のインダクタ３のインダクタンスに比べて充分
に小さいので、補助コンデンサ７に充電された電荷が可
飽和インダクタ２を通してピーキングコンデンサ５に急
速に移行し、ピーキングコンデンサ５の端子間電圧が急
速に立ち上がり、これが高電圧側電極９と接地側電極１
０間のブレークダウン電圧に達するとレーザを励起する
主放電が始まりレーザ光が発振する。

このようにしてパルスガスレーザ装置を作動させてレー
ザ光を取り出すことができる。

レーザ出力を変化させる場合、従来は、通常、充電用コ
ンデンサ６の充電電圧を変化させている。

例えば、より高いレーザ出力を得る場合には、充電用コ
ンデンサ６により高い電圧を充電する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、この種の磁気スイッチ内蔵の容量移行型パル
スガスレーザ装置にあっては、レーザ出力を変化させよ
うとする場合に効率の面で難点があり、更に装置の小型
化を図る上で内蔵の磁気スイッチが問題となる。

すなわち、従来の磁気スイッチを内蔵したパルスガスレ
ーザ装置では、より高い電圧を充電すると磁気スイッチ
に流れる電流が大きくなって補助コンデンサ６に電荷が
完全に充電される以前に可飽和インダクタ２に流れる電
流が飽和電流値に達してしまうため、補助コンデンサ６
からピーキングコンデンサ５へ移行する電荷が少なくな
り、効率よくレーザ光が取り出せない欠点があった。

さらに、通常、磁気スイッチに用いられている可飽和イ
ンダクタのコア形状は、トロイダル形状の場合、次式（
］）、　　（２）により、コアの断面積及び平均磁路長
が決定される。

ηΔＢＮ 但し、（１）式において、 Δ：コアの断面積 ｊｓａｔ：飽和時間 ΔＢ：磁束密度変化 ■、；可飽和インダクタの印加電圧 η：占積率 Ｎ：巻数 であり、また、（２）式において、 １３　：平均磁路長 Ｉ　ｓａｔ　　’飽和電流 μｕｎｓａｔ　　：非飽和透磁率 ｔ５１　：飽和時間 である。

このようにしてコアの形状が決定されるとごろ、従来は
、コアが大きいために、磁気スイッチとしての可飽和イ
ンダクタの小型化が困難となり、従ってこれが小型化の
大きな障害となる欠点もあった。

本発明の目的は、磁気スイッチを内蔵した容量移行型パ
ルスガスレーザ装置において、効率よくレーザ光を取り
出せ、かつ可飽和インダクタの小型化を可能とするパル
スガスレーザ装置における磁気スイッチの電流制御方法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、補助コンデンサと磁気スイッチ用可飽和イン
ダクタから成る磁気圧縮回路と、ピーキングコンデンサ
とを備える容量移行型のパルスガスレーザ装置における
磁気スイッチの電流制御方法であって、 前記ピーキングコンデンサと直列に予備電離用のＵ　Ｖ
　（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）スパークギヤ・ノブを設
け、そのＵＶスパークギャップのギャップ間隔を可変と
することにより前記可飽和インダクタに流れる電流を制
御することを特徴としている。

〔作用〕

本発明によれば、ＵＶスパークギャップのギャップ間隔
を調整し、ギャップ間のブレークダウン電圧を変えるこ
とができるので、容量移行型のパルスガスレーザ装置に
おける充電用コンデンサの充電電圧を変化させても磁気
スイッチとしての可飽和インダクタに流れる電流のタイ
ミングを制御できる。そのため、可飽和インダクタを所
望のタイミングでスイッチングする事ができる。

また、本発明によれば、ギャップがトリガーする以前に
おいては可飽和インダクタには電流は流れないので、可
飽和インダクタの印加電圧の時間積分で決まる可飽和イ
ンダクタのコア断面積を減少させることができ、これは
使用磁気スイッチのコンパクト化に役立ち、ひいては装
置の小型化に寄与する。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明を適用したパルスガスレーザ装置の一実
施例を示す。

第１図のパルスガスレーザ装置は、容量移行型・紫外線
予備電離方式のものであり、このパルスガスレーザ装置
は、レーザ励起の放電を得るための高電圧側電極９と接
地側電極１０からなる主放電電極対と、ギヤツブ間隔可
変予備電離用ＵＶスパークギャップ１とピーキングコン
デンサ５からなるピーキングコンデンサ部１３と、補助
コンテン４ノアと磁気スイッチとしての可飽和インダク
タ２よりなる磁気圧縮回路１４と、高圧電源１】と、充
電用コンデンサ６と、第１のインダクタ３と、第２のイ
ンダクタ４と、制御部１２を備えたスイッチング素子８
から構成される。

ピーキングコンデンサ部１３を構成するＵＶスパークギ
ャップ１とピーキングコンデンサ５との直列回路は、主
放電電極対と並列に接続されている。

ＵＶスパークギャップ１は、そのギャップ間隔が可変可
能となっており、ギャップ間隔の調整によってブレーク
ダウン電圧を変えることができるようになっている。

このように、第１図の構成の装置では、補助コンデンサ
７と可飽和インダクタ２からなる磁気圧縮回路１４と、
ＵＶスパークギャップ１を含むピーキングコンデンサ部
１３を少なくとも備えた容量移行型パルスガスレーザ装
置において、ＵＶスパークギャップ１のギャップ間隔を
可変としてあり、これによってパルスガスレーザ装置内
蔵の磁気スイッチ、すなわち可飽和インダクタ２に流れ
る電流を制御する。

次に、第１図の構成による動作について説明する。

第１図の構成によるパルスガスレーザ装置は、容量移行
型であるので、そのレーザ光の発振は、第４図に示した
ものと基本的に同様であるが、補助コンデンサ７と磁気
スイッチ用可飽和インダクタ２からなる磁気圧縮回路１
４と、予備電離用ｔＪＶスパークギャップ１とピーキン
グコンデンサ５との直列回路、すなわちピーキングコン
デンサ部１３とを少なくとも備えた容量移行型パルスガ
スレザ装置において、ＵＶスパークギヤツブ１のギャッ
プ間隔を可変とすることにより可飽和インダクタ２に流
れる電流を制御するので、レーザ出力を変化させる場合
でも効率よくレーザ光を取り出すことができる。

すなわち、このパルスガスレーザ装置においては、より
高いレーザ出力を得るべく充電用コンデンサ６の充電電
圧を増加させる場合、それに比例してＵＶスパークギャ
ップ１のギャップ間隔を広げることにより、ＵＶスパー
クギャップ１のブレークダウン電圧を上げることができ
る。そのため、可飽和インダクタ２に流れ始める電流の
タイミングが遅れ、補助コンデンサ７からピーキングコ
ンデンサ５−・効率よく電荷を移行できる。その結果、
レーザ出力を効率よく取り出すことができる。

このように、ＵＶスパークギャップ１のギャップ間隔を
調整し、ギヤツブ間のブレークダウン電圧を変えること
ができるので、充電用コンデンサ６の充電電圧を変化さ
セても可飽和インダクタ２に流れる電流のタイミングを
制御できる。すなわち、可飽和インダクタ２を所望のタ
イミングでスイッチングすることができ、従って、従来
のようにより高い電圧を充電しようとすると磁気スイッ
チに流れる電流が大きくなって補助コンデンサに電荷が
完全に充電される以前に可飽和インダクタに流れる電流
が飽和電流値に達してしまうが故にその補助コンデンサ
からピーキングコンデンサへ移行する電荷が少なくなる
という状態を避けることができ、レーザ出力を変化させ
ても効率よくレザ出力を取り出すことができることとな
るのである。

更に、これに加えて、第１図の構成によれば、使用磁気
スイッチをコンパクトなものとすることもできる。

すなわち、可飽和インダクタ２に流れ始める電流のタイ
ミングの遅れにより可飽和インダクタ２の飽和時間が短
くなるため、前記した（１）式より使用可飽和インダク
タの断面積を小さくすることができる。

つまり、ギャップがトリガーする以前においては可飽和
インダクタ２には電流は流れないので、（１）式で表さ
れる印加電圧Ｖ、の時間積分で決まる可飽和インダクタ
のコア断面積Ａを減少させることができる。

このように、本発明を用いた容量移行型・紫外線予備電
離方式パルスガスレーザ装置においては、レーザ出力を
変化させても効率よくレーザ出力を取り出すことができ
、かつ使用磁気スイッチをコンパクトにできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、磁気スイッチを
内蔵した容量移行型のパルスガスレーザ装置においてレ
ーザ出力を変化させても効率よくレーザ出力を取り出す
ことができ、かつ磁気スイッチをコンパクトにでき、装
置の小型化も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いたパルスガスレーザ装置の一実施
例を示す図、 第２図は磁気スイッチの基本構成を示す図、第３図は第
２図の磁気スイッチの作用を説明するための図、 第４図は従来の磁気スイッチを内蔵したパルスガスレー
ザ装置を示す図である。 １・・、・・ギャップ間隔可変ＵＶスパークギャップ ２・・・・・可飽和インダクタ ３・・・・・第１のインダクタ ４・・・・・第２のインダクタ ５・・・・・ピーキングコンデンサ ６・・・・・充電用コンデンサ ７・・・・・補助コンデンサ ８・・・・・スイッチング素子 ９　・ １０・ １１・ １２・ １３・ １４・ ２３・ ２４・ ・高電圧側電極 ・接地側電極 ・高圧電源 ・制御部 ・ピーキングコンデンザ部 ・磁気圧縮回路 ・可飽和インダクタコア ・主導線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　補助コンデンサと磁気スイッチ用可飽和インダ
   クタから成る磁気圧縮回路と、ピーキングコンデンサと
   を備える容量移行型のパルスガスレーザ装置における磁
   気スイッチの電流制御方法であって、 前記ピーキングコンデンサと直列に予備電離用のＵＶス
   パークギャップを設け、そのＵＶスパークギャップのギ
   ャップ間隔を可変とすることにより前記可飽和インダク
   タに流れる電流を制御することを特徴とするパルスガス
   レーザ装置における磁気スイッチの電流制御方法。