JPH0219634B2 - - Google Patents

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JPH0219634B2
JPH0219634B2 JP58201849A JP20184983A JPH0219634B2 JP H0219634 B2 JPH0219634 B2 JP H0219634B2 JP 58201849 A JP58201849 A JP 58201849A JP 20184983 A JP20184983 A JP 20184983A JP H0219634 B2 JPH0219634 B2 JP H0219634B2
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power supply
laser
capacitor
excitation device
circuit
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Chirukeru Hansuyurugen
Betsute Uirii
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of JPH0219634B2 publication Critical patent/JPH0219634B2/ja
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
    • H01S3/0973—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited having a travelling wave passing through the active medium
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一つの負荷に対して高電圧パルス放
電を発生するための励起系、特に高出力レーザー
をできるだけ一様な無アークコンデンサ放電によ
つて励起する励起装置に関するものである。
この種の励起装置の一つが特開昭56−29387号
公報に記載され公知である。この装置が対象とし
ている横励起レーザー（TEレーザー）は高い尖
頭出力と高いパルスエネルギーを持つ点で重要視
されているものである。この横励起レーザーでは
縦励起のものに比べて高い圧力（50ｍbarから数
barの間）のレーザーガスが広い面積を持ちレー
ザーの光軸即ちレーザー光放出方向に平行する対
向電極に加えられた数kVの電圧によつて発生す
る一様な放電によつて励起される。この種の励起
系に適用される予備イオン化装置は特開昭57−
88789号公報および西独国特許出願公開第3035702
号公報に記載されている。この発明の対象となつ
ている励起装置も適当な予備イオン化装置を備え
ているが、これは公知のものであるからその説明
は省略する。
この発明の対象となつている励起装置は前述の
ようにTEレーザー例えばCO2レーザー又はエキ
シマ・レーザーに適し、これらのレーザーは効率
が高くパルス毎の出力エネルギーが大きいことか
ら多くの技術分野で採用されている。パルス動作
の場合キロジユール程度のパルスエネルギーを繰
り返し数約1kHzにおいてマイクロ秒の数分の一
の間放出することが望まれている。このように短
いスイツチング時間をもつて高電圧大電流を開閉
するスイツチとしては放電間隙とサイラトロンが
考えられるが、このような高度の要求を満たし同
時に長い耐用時間を示すものは未だ知られていな
い。
レーダー技術においては50年代の初めから可飽
和誘導コイルから構成される開閉要素が知られて
いる。可飽和誘導コイルは大電流を高い立上り速
度をもつて投入するのに使用されるもので、火花
間隙およびサイラトロンのように損耗を生ずるこ
とのない純金属電流導体を備えている。従つて長
い耐用時間が要求される方面では可飽和誘導コイ
ルの使用が有利である。
この種の誘導コイルの強磁性磁心材料の製法と
その組成および特性は文献（Scientifitic
American、April 1980、p.84−96）に発表され
ている。更に米国特許第4275317号明細書も参考
になる。この特許明細書には可飽和誘導コイルを
TEレーザーの励起に適した特殊のパルス発生回
路に使用することが記載されている。しかし後で
第１図と第２図について詳細に説明するようにこ
の公知のパルス発生回路ではレーザー電流の総
て、従つてレーザーで転換されるエネルギー全体
がレーザー室に直列に接続された可飽和誘導コイ
ルを流れなければならないが、この誘導コイルは
特に大きなエネルギーの開閉に際しては飽和状態
において高い残留インダクタンスを持つていると
いう難点がある。この残留インダクタンスはレー
ザー放電回路のインピーダンスをレーザー室の充
電コンデンサだけから成る回路に比べて著しく大
きくする。レーザーガスを効果的に励起するため
には高いインピーダンスは有害である。
この発明の目的は、上記の欠点を除去して各種
の負荷、特に大出力レーザーを励起するための高
速高電圧パルス放電を発生する励起装置を提供す
ることである。この励起装置には負荷特に大出力
レーザーの電極間隙に直列接続する可飽和誘導コ
イルを必要としないようにすべきである。
この目的を達成するため、この発明は、レーザ
光軸に平行に広がる少なくとも二つの電極が互に
対向してガス空間内に設けられているレーザー室
と、高電圧給電電源と、高電圧給電電源の両端に
接続された二つの電源線と、パルス発生回路とを
備え、パルス発生回路は入力側が高電圧給電電源
に接続され、出力側がレーザー電極に接続され、
両電源線間を接続する複数の分岐線を有し、第一
の分岐線中にはレーザー電極間の区間と直列に置
かれた第一の帯導体コンデンサとインダクタンス
が挿入され、第二の分岐線中にはレーザー電極間
の区間と並列に置かれた第二の帯導体コンデンサ
とインダクタンスが挿入され、第三の分岐線中に
は少なくとも一つの高速度高電圧スイツチング素
子が挿入され、この高速度高電圧スイツチング素
子は可飽和磁気誘導コイルとして構成され、帯導
体コンデンサの充電電圧がそのピーク値付近に達
したときその磁化電流がコイルを飽和状態にする
ようになつており、高速度高電圧スイツチング素
子を通して高電圧パルスがレーザー電極に導かれ
るようにしたものである。
この発明の有利な実施形態は特許請求の範囲第
２項以下に示されている。
この発明によつて得られる利点は飽和状態の誘
導コイルの優秀な特性がこの発明によつて始めて
励起系内において発揮できることである。これは
誘導コイルがレーザー電極間隙に直列に接続され
ていない実効誘導リアクタンスとなり、適当に設
計されるとレーザーの高電圧放電に対して無視し
得る程度の妨害しか与えないことに基く。
図面についてこの発明を更に詳細に説明する。
第１図と第２図は公知の励起装置を示し、第３
図から第９図にはこの発明の種々の実施例を示
す。
この発明の特徴を理解し易くするためまず米国
特許第4275317号明細書による公知の励起系を第
１図について説明する。Ａは高電圧給電電源であ
つて通常直流電圧を供給する。電源Ａには二つの
電源線即ちプラス線ｌ１と接地線ｌ２が接続さ
れ、プラス線ｌ１は高圧スイツチS01と非飽和チ
ヨークコイルL00および一つのチヨークコイルと
なる可飽和誘導コイルLM０１の動作巻線Ｌ０１
を通してレーザー室LKの電極Ｅ１に結ばれ、接
地線ｌ２はレーザー室の対向電極E2に結ばれる。
誘導コイルLM０１の動作巻線Ｌ０１と二次側の
制御巻線Ｍ０１はそれぞれ単一の巻回とすること
ができる。接地端はMPとして示されている。中
間蓄積コンデンサC00は第一分岐線ｑ１内にあつ
てスイツチS01の前に置かれている。充電コンデ
ンサC01は第二分岐線ｑ２中にあり、チヨークコ
イルL00と誘導コイルLM０１の間に置かれる。
第三分岐線ｑ３中にあるレーザー室LKには分岐
線ｑ４内のチヨークコイルL03が並列接続される。
スイツチS01を閉じると、高圧電源Ａの中間蓄積
コンデンサC00からチヨークコイルL00を通して充
電コンデンサC01が誘導コイルLM０１を飽和状
態にするピーク電圧値に充電される。その際流れ
る磁化電流は非飽和チヨークコイルL03を通して
レーザー電極E1とE2の横を流れる。磁化過程中
チヨークコイルL03中の電圧降下はレーザー室の
貫通放電電圧より低い値にとどめなければならな
い。誘電コイルLM０１が飽和した後始めて貫通
放電電圧値より遥かに高いコンデンサC01の充電
電圧がレーザー電極E1，E2に加えられ、コンデ
ンサC01は直列に接続された誘導コイルLM０１
の無視できない残留インダクタンスを通してレー
ザー電極E1とE2の間に形成されるプラズマに向
かつて放電する。
放電電流のパルス長は飽和している誘電コイル
LM０１のインダクタンスとコンデンサC01によ
つて決められる。これに対してコンデンサC01を
充電するパルス長はインダクタンスL00およびコ
ンデンサC00とC01の直列接続によつて決められ
る。
充電時間は経験上チヨークコイルL00のインダ
クタンスにより放電時間の10倍まで延ばすことが
できる。放電時間に対する充電時間の比は圧縮係
数と呼ばれている。その値は開閉要素となつてい
る誘導コイルLM０１の磁性材料特性と幾何学的
形状によつて予め与えられる。誘導コイルLM０
１のインダクシヨン効果を完全に利用するために
は制御巻線と呼ばれている二次巻線Ｍ０１を設
け、それを通して磁性材料をパルス休止期間中に
連続するかパルス状の直流により逆極性の飽和状
態に戻すことができるようにしなければならな
い。コンデンサC01の充電期間中スイツチS01を電
荷保持のためレーザー励起回路の電流よりも圧縮
係数だけ低い電流が流れる。簡単のため今後は動
作巻線と制御巻線を特に名指すことなく誘導コイ
ルLM０１およびLM０２とだけ呼ぶことにする。
スイツチS01で開閉する電流の大きさは第２図
の回路で更に低下させることができる。第１図と
同じ部分には同じ符号がつけてある。電源線ｌ１
には誘導コイルLM０１と分岐線ｑ３の接続点と
の間に第二の可飽和誘導コイルLM０２が挿入さ
れ、両方の誘導コイルLM０１とLM０２の間に
ある電源線ｌ１の結合点には分岐線ｑ５を構成す
る中間コンデンサC02が接続される。分岐線ｑ５
の他端は接地線ｌ２に結ばれる。ここでは誘導コ
イルLM０１により中間コンデンサC02は電圧波
高値に充電され、そこで第二の誘導コイルLM０
２が飽和に達してコンデンサC02がレーザー室に
向つて放電する。コンデンサC02と誘導コイル
LM０２の挿入により一層のパルス圧縮が達成さ
れる。
前に述べたように第１図と第２図に示したパル
ス圧縮回路は次の欠点を持つ。すなわち全レーザ
ー電流従つてレーザー室LK内で転換されるエネ
ルギーの全体がレーザー室に直列接続されたチヨ
ークコイル（誘導コイルLM０１又はLM０２）
を通して流れなければならないが、これらの誘導
コイルは開閉する電気エネルギーが大きいと飽和
状態において相当な残留インダクタンスを持つ。
この残留インダクタンスはレーザー室LKとコン
デンサC01だけで構成される回路に比べてレーザ
ー放電回路のインピーダンスを著しく高める。レ
ーザーガスを効果的に励起するためには高いイン
ピーダンスは有害である。
この発明によれば可飽和誘導コイルを使用する
際の欠点は大部分避けることができる。これを第
３図に示した第一実施例について説明する。この
実施例は高速の高電圧パルス放電を負荷に発生さ
せる励起系、特に大出力レーザーをできるだけ一
様な無アークコンデンサ放電によつて励起する公
知の励起系を出発点とする。この種の励起系に適
した予備イオン化装置も既に発表されているから
ここではそれらについては更めて説明しない。
第３図はこの発明の第一の実施例の構成を示
す。ここに使用されているレーザー室LKとして
はTEレーザーが有利である。このレーザー室の
ガス室内にはレーザー光軸０−０に平行に拡がる
電極E1とE2が対向して設けられている。レーザ
ー室はその全長に亘つて同じ断面Ｅを持つている
のがよい。この場合レーザー室はガスタンクGT
を備え気密結合された電極E1，E2である。ガス
タンクの壁の一部は金属電流復帰路として電流端
子を設けることができる。“レーザー室”の代り
に“レーザーヘツド”という名称も広く使用され
ている。第１図、第２図と同様に次の構成部品、
すなわち高電圧給電電源Ａとそれに接続された電
源線ｌ１（プラス線）とｌ２（接地線）、第一か
ら第四の分岐線ｑ１乃至ｑ４とそこに挿入された
接続部品C0（中間蓄積コンデンサ）とC1（第一帯
導体コンデンサ）とC2（レーザー室に直列接続さ
れた第二帯導体コンデンサ）とL3（コンデンサC2
の充電電流の周波数に対しては低いインピーダン
スを示しレーザー放電電流の周波数に対しては高
いインピーダンスを示すチヨークコイル）があ
る。分岐線ｑ３は帯導体コンデンサC2とレーザ
ー室LKの直列接続である。パルス発生回路PFN
は高電圧給電電源Ａとレーザー室LKを除いた残
りの部分を含み、その端子Ａ１とＡ２において高
圧電源に接続されている。従つてPFNはレーザ
ー室LK即ちレーザー電極間隙E1−E2に直列、並
列に接続された第一と第二の帯導体コンデンサ
C1，C2の他に詳細には示されていない直列イン
ダクタンス、並列インダクタンスを包含してい
る。これらのインダクタンスは主としてレーザー
室とその接続線および帯導体コンデンサC1，C2
の自己インダクタンスから成るものである。点破
線の矩形BLは、レーザー室LKとその帯導体コン
デンサC1，C2がブリユームライン回路中に設け
られパルス発生回路PFNの一部を構成すること
を示している。コンデンサC1，C2の前に置かれ
た分岐線ｑ６中の高電圧素子はパルス発生回路か
らレーザー電極E1，E2に高電圧パルスを導くた
めのものであるが、この発明により可飽和誘導コ
イルLMとして構成され、帯導体コンデンサC1，
C2の充電電圧がそのピーク値近くに達したとき
その磁化電流によつて飽和状態になる。以下誘導
コイルLMは少なくとも一つの動作巻線即ち一次
巻線L1と場合によつて一つの制御巻線Ｍを持つ
可飽和チヨークコイルを指すものとする。前に述
べたようにこれらの巻線は単巻であつてもよい。
帯導体コンデンサC1，C2の構成とレーザー室
LKに対する配置はできるだけコンパクトな構造
となるように選ぶ。このコンパクト構造の一例は
後で第８図について説明する。
第３図の回路の作用様式は次の通りである。
スイツチS1を閉結すると中間蓄積コンデンサ
C0を持つ高電圧給電電源Ａによつてブリユーム
ライン回路BL内の帯導体コンデンサC1，C2が充
電される。その充電時間は非飽和チヨークコイル
L0の大きさによつてピーク値に達したとき誘導
コイルLMが飽和するように決められる。第二帯
導体コンデンサC2の充電電流は分岐線ｑ４にお
いてレーザー室LKに並列接続されているチヨー
クコイルL3を流れる。充電期間中非飽和チヨー
クコイルL3中の電圧降下としての電圧パルスが
電極E1とE2の間に加えられるが、その大きさは
望ましくないガス放電を生ずることがないように
注意する。誘導コイルLMの磁化電流の一部分流
はブリユームライン回路BLとなつている励起系
に並列に流れる。飽和状態に達するとコンデンサ
C1は誘導コイルLMを通して振動的に放電して逆
極性のピーク電圧値となるので、最初並列に充電
されたコンデンサC1とC2が直列になり、損失を
無視すると最大で２倍の電圧がレーザー電極E1，
E2に加えられレーザー室LKが点弧される。直列
に接続されたコンデンサC1とC2はレーザー室内
に放電するが、その際回路素子LMの残留インダ
クタンスがコンデンサC1，C2およびレーザー室
LKから成るレーザー励起回路の全インダクタン
スよりも著しく大きいためレーザー励起電流は
LMを通して流れることはない。レーザー励起回
路のこのように低いインダクタンスはレーザーの
有効性に対して極めて有利に作用する。第１図、
第２図に示した装置と異り第３図の装置では、電
荷転換過程に際してコンデンサC1に蓄積されて
いたエネルギー量だけが飽和誘導コイルLMを通
して運ばれ、レーザー室LKにはコンデンサC1と
C2に蓄積されていたエネルギーーの全量が導か
れる。このような回路特性は、無視し得ない損失
を伴いレーザーの効率を悪化させるマグネツトス
イツチを使用するものに比べて著しく有利であ
る。マグネツトスイツチによる損失を更に低減さ
せる方法は非対称ブリユームライン回路を使用す
ることであるが、これについては既に提案されて
いる。
レーザー電極間に生ずる一様な放電はレーザー
室に許される最高の電圧上昇時間を実現する。こ
の時間はブリユームライン回路としての励起系の
場合可飽和チヨークコイルL1の動作巻線とコン
デンサC1によつて決められる。コンデンサC1と
C2の並列接続の充電時間は前置チヨークコイル
L0のインダクタンスによつて調整される。この
充電時間tL1は次式で与えられる。
パルス圧縮が可能な最大限のとき必要な充電時
間は比較的短く、それによつて生ずる充電電流の
尖頭値は比較的高い。
充電時間を更に短縮し又充電電流によつてチヨ
ークコイルL3に生ずる望ましくない電圧降下を
阻止するためには第４図に示した励起系が設けら
れる。第３図の装置に比べて第４図のものは第一
高電圧給電電源Ａの他に、それと同種の第二高電
圧給電電源A′（第４図の右側に示す）が分岐線ｑ
１′中の中間蓄積コンデンサC0′および電源線ｌ
１′中のスイツチS′1と前置チヨークコイルL′0の
直列接続を介してパルス発生回路PFNのブリユ
ームライン回路BLに接続されている点が異つて
いる。この第二電源A′はその二つの電源線ｌ
１′，ｌ２′を通してレーザー室LKに並列の分岐
線ｑ３を形成する第二帯導体コンデンサC2の両
極に結ばれている。従つてコンデンサC1とC2は
二つの互に分離された高電圧給電電源ＡとA′お
よび中間蓄積コンデンサC0とC0′からスイツチS1
とS1′を通して充電される。電源A′はLC型の低域
フイルタ装置F1すなわち電源線ｌ１′中のコンデ
ンサC41′とチヨークコイルL41′から成るLCフイル
タ回路ならびに下方の電源線ｌ２′のコンデンサ
C42′とチヨークコイルL42′から成るLCフイルタ回
路によつてレーザー室LKに発生する高電圧パル
スの交流分の進入が阻止される。両スイツチS1と
S′1は同時に閉結されチヨークコイルL0とL′0を通
す充電時間は互に等しくなる。このパルス発生回
路の抵抗Ｒは高抵抗とすることができる。これは
放電休止期間中レーザー電極を等電位に保持する
ものである。スイツチS1とS′1の同時閉結には同
時閉結のための制御手段を備える電子スイツチ例
えばサイラトロンが有利である。図に示すように
レーザー室LKに並列に高抵抗Ｒが接続されてい
る場合、第一充電回路LA１の充電時間tL1と第二
充電回路LA２の充電時間tL2の間に次の関係が成
立する。
この場合コンデンサC2は主として第二電源
A′の充電回路LA２を通して充電され、この充電
電流を第３図に示すように低抵抗チヨークコイル
L3を通して導く必要はない。この二重給電系に
より電極E1とE2を通しての予備パルスを恐れる
必要なく充電時間tLを短縮できる。その際両充電
回路の充電時間を上記のように一致させることに
より、誘導コイルLMは実際にブリユームライン
回路BLの電圧尖頭値において接続されるように
なる。
第５図に示した第三実施例は同じくブリユーム
ライン回路BLを基礎とするものであるが、第４
図の回路の中間蓄積コンデンサC0をスイツチS1
とチヨークコイルL0の直列接続と入れ換えるこ
によりスイツチS1の一極が接地電位に置かれ、コ
ンデンサC0、チヨークコイルL0およびスイツチ
S1の直列接続が誘導コイルLMに並列、従つて第
一帯導体コンデンサC1に並列となる。更に第二
充電回路LA２内では、スイツチS1とチヨークコ
イルL′0の直列接続が正電位に置かれた上方の電
源線ｌ１′からレーザーに並列のインピーダンス
Ｒを通して接地電位MPに接続されている下方の
電源線ｌ２′に移され、第一充電回路LA１の素子
列S1−L0−C0−C1−S1に第二充電回路の素子列
S′1−L′0−C0′−C2−S′1が対応するようになる。
この回路ではスイツチS1として技術的に制御が簡
単である一極接地のサイラトロンが使用可能とな
る。この利点は第３図の回路においてもS1，L0
とC0を入れ換えることによつて当然達成される。
第６図に示した第四実施例は電荷転送回路CH
−Ｔを基礎とする。この回路は近似的には、第３
図のブリユームライン回路BLにおいてレーザー
室LKと回路部品LMとを互に入れ換えることに
よつて作らたものと考えられる。可飽和磁気誘導
コイルは電荷転送回路においても第６図、第７図
に示すように分岐線ｑ６に設けられているときは
良好な回路部品として採用される。本来の電荷転
送回路CH−Ｔは点破線で囲んだ部分である。パ
ルス発生回路全体はPFNとして示されている。
分岐線ｑ３*内でレーザー室LKに直列接続された
第一帯導体コンデンサはＣ１*として示され、レ
ーザー室LKに並列に分岐線ｑ２*中にある第二帯
導体コンデンサはC2 *として示されている。レー
ザー室LKをそれに直列接続された帯導体コンデ
ンサC2（第３図乃至第５図）又はC1 *（第６図と第
７図）とまとめて分岐線ｑ３又はｑ３*とするこ
とは、第８図に示すような励起系の現実の構成に
おいてこれらの帯導体コンデンサがレーザー室と
コンパクトな構成ユニツトとなりそれらの間の接
続線が最短となつてできるだけ低い漏れインダク
タンスが達成される点で合理的である。この場合
高電圧給電電源Ａは上方の電源線ｌ１中のフイル
タ回路C41−L41と下方の電源線ｌ２中のフイルタ
回路C42−L42から成る低域フイルＦによつて、レ
ーザー室LKとそれに直列の帯導体コンデンサ
C1 *に発生する高電圧パルスの交流分を阻止され
る。第３図又は第４図の回路と同様に電源Ａの接
続は分岐線ｑ１中の中間蓄積コンデンサC0を介
して上方の電源線ｌ１中の高電圧スイツチS1とそ
れに直列接続されたチヨークコイルL0を通して
行われる。フイルタ回路Ｆは第４図と第５図の場
合と同様に電源Ａ（又はA′）が上方と下方の電源
線ｌ１，ｌ２を通してレーザーヘツドLAの直列
帯導体コンデンサC1 *（第４図、第５図の場合は
C2）に結ばれているとき有利なものである。
高圧給電電源Ａによつて中間蓄積コンデンサ
C0が充電され、スイツチS1が閉結されるとコン
デンサC1 *が誘導コイルL0を通して共振充電によ
つて充電される。その際僅かな部分流が誘導コイ
ルLMと分岐線ｑ４*中にあつてレーザー室に並
列接続されたチヨークコイルL3を通つてコンデ
ンサC0に戻される。充電時間tLは次式： で与えられるが、その大きさは帯導体コンデンサ
C1 *の電圧がピーク値に達したとき誘導コイル
LMが飽和するように選定される。チヨークコイ
ルL3内の電圧降下はこのピーク値に比べて小さ
いから、充電ならびに磁化期間中レーザー室LK
には僅かの電圧パルスが発生するだけである。誘
導コイルLMが飽和すると最低インダクタンス状
態となり、コンデンサC1 *がコンデンサC2 *を充
電する（これによつて電荷転送回路という名前が
与えられる）。コンデンサC2 *が充電されると電
極E1とE2の間にプラズマが形成される。前に述
べたように電源Ａは低域フイルタＦによつて高周
波高電圧パルスに対して保護される。
第７図に示されている第二の高圧給電電源
A′からも直流電圧を供給することにより、電荷
転送回路を含む励起系においても充電期間中チヨ
ークコイルL3（第６図）に電圧降下の発生を避け
ることができる。第６図の回路に比べて第７図の
実施例では第一電源Ａの他に同種の高圧給電電源
A′が付加され、分岐線ｑ１′中の中間蓄積コンデ
ンサC′0を介し電源線ｌ１′中のスイツチS′1とチ
ヨークコイルL′0の直列接続を通し、更に分岐線
ｑ８中の付加コンデンサC3を介して誘導コイル
LMを含む分岐線ｑ６に接続される。この場合も
レーザー室LKに並列接続されたインピーダンス
は高抵抗であり、特に第６図のチヨークコイル
L3に比べて高抵抗値の抵抗Ｒは誘導コイルLMの
磁化電流が抵抗Ｒを流れる必要がないため高抵抗
とすることができる。第６図と第７図の対応部分
は同じ符号がつけてある。
第二充電回路LA２*内ではコンデンサC3がコ
ンデンサC′0から充電される。この場合充電電圧
の経過はコンデンサC1 *のそれに一致するように
調整される。僅かの部分電流が磁化電流として誘
導コイルLMを流れる。高抵抗Ｒとしてのインピ
ーダンスはゆつくりした電圧変化に際してレーザ
ー電極E1とE2を等電位に保持するためのもので
ある。
第７図の励起系においても磁化電流だけを流す
比較的低エネルギーの回路（充電回路LA２*）の
充電時間を高エネルギー充電回路（充電回路LA
１*）の充電時間に等しくすることが極めて重要
である。この場合充電回路LA２*の充電時間を
tI2、充電回路LA１*の充電時間をtL1 *とすれば少
なくとも第一近似においては となる。ここでC′0に蓄積されるエネルギーは必
要な磁化エネルギーよりもいくらか大きく選ぶ。
上記の関係式は特にスイツチS1とS′1が同時閉結
のため制御手段を備える電子スイツチであつて、
帯導体コンデンサC1 *とC3の充電電圧がそのピー
ク値近くに達したとき誘導コイルが飽和に達する
ものであるとの前提の下に成立する。
磁気スイツチとも呼ばれる可飽和誘導コイル
LMの残留インダクタンスが低いことは特別な意
味を持つもので、この条件はこのコイルの鉄心と
なつているテープ又は板の形状と残留透磁率の値
によつて満たすことができる。目的に適つた設計
は付加充電回路LA２中の中間蓄積コンデンサC′0
に蓄積されるエネルギーC′0・U2／２を誘導コイ
ルLMの磁化に必要なエネルギーＬ・I2／２（Ｉ：
磁化電流、Ｌ：LMの不飽和時のインダクタン
ス、Ｕ：容量C′0のコンデンサC′0の充電電圧）よ
りいくらか大きく選ぶことである。
第３図において誘導コイルLMはブリユームラ
イン回路BLに対する接続点は１と２で示され、
チヨークコイルL3の接続点は３と２で示されて
いる（誘導コイルLMとチヨークコイルL3の一方
の接続点は共に２となつているのはこれらが共に
接地線ｌ２上にあつて等電位であることによる）。
これらの小円で示された接続点は点破線で囲んだ
ブリユームライン回路BLと残りのパルス発生回
路PFNの部分の想像上の交点と考えることがで
きる。これらの接続点の合理的な表記は第４図に
示すように接続点を時計方向に１，１，３，２，
２とすることである（ここでは第二充電回路があ
るため接続点１が追加されている）。同じ表記形
式は第５図にも採用されている。第６図、第７図
の励起系は第３図乃至第５図のものと異り、ブリ
ユームライン回路の代りに電荷転送回路がパルス
発生回路PFN内に設けられているから、接続点
の表記もそれに応じて変り、第６図では時計方向
に３*，２*，１*となつている。３*と２*は誘導
コイルLMと電荷転送回路CH−Ｔの接続点であ
り、１*と２*はチヨークコイルL3の接続端とな
つている。第７図においても合理的な接続点表記
３*，２*，１*が採用されている。
第８図と第９図は総ての実施例に共通なコンパ
クトな構成ユニツトを示す。このユニツトは第８
図に示すようにレーザー室LKとそれに一体とな
つている帯導体コンデンサ組KPおよびコンデン
サ組の他方の長辺側にとりつけられた可飽和誘導
コイルとしての高速高電圧スイツチLMから構成
される。帯導体コンデンサC1，C2（第３図乃至第
５図）およびC1 *，C2 *（第６，７図）の金属層と
その間に置かれた誘電層はレーザー室LKの光軸
Ｏにほぼ垂直に拡がり、レーザー軸にほぼ平行に
積重ねられてコンデンサ組KPとなつている。ｆ
として示されている側方に引き出された接続片は
パルス発生回路内部でレーザー室の電極E1とE2
ならびに誘導コイルLMの電流導入脚ｍ１と電流
帰還脚ｍ２（これは上方脚ｍ２１と下方脚ｍ２２
に分かれている）に接続される。
接続片ｆには接続点の符号がつけられたものが
あるが、これらはそれぞれの接続点の電位に置か
れている。レーザー電極E1には接続片ｆ３が接
続され、レーザー電極E2から出る二つの電流帰
還脚ｅ２１，ｅ２２（これらはレーザー室からの
復帰電流路ｅ２を構成する）は接続片ｆ２に結ば
れる。ｉはコンデンサ組KPの絶縁体を総括して
表わし、レーザー室LKへの接続導体の気密導入
にも使用される。接続点１乃至３に対応する記号
を持つコンデンサ金属層ｂ１乃至ｂ６は第８図の
他に第３図乃至第５図にも記入されている。第８
図で括弧でかこんだコンデンサ金属層符号ｂ１*
乃至ｂ３*と電荷転送回路CH−Ｔの接続点符号
１*乃至３*は第６図と第７図にも記入されてい
る。実線で示した金属層ｂ２、破線で示した金属
層ｂ１および点破線で示した金属層ｂ３の間の誘
電層にも固体絶縁物が使用されるが、基本的には
水その他の液体誘電体を使用することも可能であ
る。図に示すようにレーザー室LKは断面が矩形
のコンデンサ組KPの一方の側面に設けられる。
この場合可飽和誘導コイルLMは第８図に示すよ
うに反対側の側面に設けるのが有利である。誘導
コイルの動作巻線L1と帯導体コンデンサｂ２又
はｂ１との接続は、接続片ｆ２又はｆ１を通し、
更に一方ではレーザー軸に平行な中央の電流導入
脚ｍ１を通し、他方では同じくレーザー軸に平行
な外側の電流帰還脚ｍ２１，ｍ２２を通して行わ
れる。第９図に示すように脚ｍ２１とｍ２２は中
央脚ｍ１の両側にあり、ｍ２１，ｍ２２と中央脚
ｍ１の間の空室には絶縁層ｉ１，ｉ２をはさんで
高透磁率テープ材料が置かれる。このテープ材料
はできるだけ薄く一面が絶縁被覆されたもので、
電流導入脚ｍ１のまわりに巻きつけられ誘導コイ
ルLMの閉鎖磁心を構成する。脚ｍ２１，ｍ２２
の接続片fmの部分では脚が曲げられて接続板を
形成し、コンデンサ組KPの接続片ｆ２の対応す
る接触面にねじ止め又ははんだづけによつて接触
結合される。電流導入脚ｍ１も接続片ｆ１の対応
する接触面に面接触して結合される。
第８図の左の部分において誘導コイルLMの区
域内に一般にMOとして示された線は制御巻線Ｍ
が誘導コイルLMの磁心脚ｋを包み込んでいるこ
とを示すもので、その回路は外部直流電源Ｂから
上方と下方の電流帰還路Ｍ２１，Ｍ２２および中
央電流導入路Ｍ１とスイツチS2を通して閉結され
る。制御巻線Ｍの個々の巻線は図に示すように電
流導入脚ｍ１を通して導かれ、磁心ｋの外側で制
御電流源Ｂに戻される。これに付加してあるいは
その代りに第９図の下半分に示すように閉鎖磁心
ｋを切断面−の方向に延長し、制御巻線Ｍを
その磁心延長部k′に設けることも可能である。
接触片ｆ１乃至ｆ３とコンデンサ金属層ｂ１乃
至ｂ３のアラビア数字１、２、３は、第３図乃至
第５図のブリユームライン回路の接続点の番号に
対応する。第８図の符号CH−Ｔを括弧でくくつ
てあるのは、第８図の構造が第６図、第７図の電
荷転送回路CH−Ｔにも使用可能であることを示
している。この場合CH−Ｔの対応する接続点１
＊乃至３*はブリユームライン回路BLの対応する
接続点の符号の横の括弧内に示してある。対応す
るコンデンサ金属層の符号ｂ１*乃至ｂ３*につい
ても同様である。電荷転送回路CH−Ｔに対する
接続片ｆの記号は第８図において変更されていな
い。
第８図、第９図に示すものは帯導体コンデンサ
組KPとレーザー室LKと誘導コイルLMの形のマ
グネツトスイツチから成るコンパクト構造の一つ
の実施例と見るべきものであるが、これは特に有
利な実施形態である。基本的には金属層が矩形以
外の基底面例えば五角、六角一般にｎ角形あるい
は円形、楕円形の基底面を持つ帯導体コンデンサ
の積重ねを使用することも可能である。更にこの
ようなコンデンサ積重ねの外周面に複数のレーザ
ー室と複数の誘導コイルLMを設けることも可能
である。
【図面の簡単な説明】
第１図と第２図は公知のレーザー励起系を示
し、第３図乃至第７図はこの発明の５種類の実施
例を示し、第８図と第９図はこの発明による励起
系のコンパクトな構成の一例を示す。第３図乃至
第７図において、Ａ：高電圧給電電源、C0：中
間蓄積コンデンサ、C1とC2：帯導体コンデンサ、
LK：レーザー室、LM：可飽和誘導コイル、
PFN：パルス発生回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ レーザー光軸に平行に広がる少なくとも二つ
    の電極Ｅ１，Ｅ２が互に対向してガス空間内に設
    けられているレーザー室LKと、高電圧給電電源
    Ａと、高電圧給電電源Ａの両端に接続された二つ
    の電源線ｌ１，ｌ２と、パルス発生回路PFNと
    を備え、パルス発生回路PFNは入力側が高電圧
    給電電源Ａに接続され、出力側がレーザー電極Ｅ
    １，Ｅ２に接続され、両電源線間を接続する複数
    の分岐線を有し、第一の分岐線中にはレーザー電
    極Ｅ１，Ｅ２間の区間と直列に置かれた第一の帯
    導体コンデンサC2；C1 *とインダクタンスが挿入
    され、第二の分岐線中にはレーザー電極Ｅ１，Ｅ
    ２間の区間と並列に置かれた第二の帯導体コンデ
    ンサC1；C2 *とインダクタンスが挿入され、第三
    の分岐線中には少なくとも一つの高速度高電圧ス
    イツチング素子が挿入され、この高速度高電圧ス
    イツチング素子は可飽和磁気誘導コイルLMとし
    て構成され、帯導体コンデンサC1，C2；C1 *，
    C2 *の充電電圧がそのピーク値付近に達したとき
    その磁化電流がコイルを飽和状態にするようにな
    つており、高速度高電圧スイツチング素子を通し
    て高電圧パルスがレーザー電極に導かれるように
    したことを特徴とする高電圧パルス放電励起装
    置。 ２ パルス発生回路PFNがブリユームライン回
    路BLを基礎とするものであることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の励起装置。 ３ レーザーヘツドLAに並列接続されたインピ
    ーダンスが低抵抗チヨークコイルL3であること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
    載の励起装置。 ４ 分岐線中の中間蓄積コンデンサC0と電源線
    中の前置チヨークコイルL0を通してブリユーム
    ライン回路型のパルス発生回路PFNの残りの部
    分に接続されている高電圧給電電源Ａを備え、こ
    の第一高電圧給電電源Ａに付加して同種の第二高
    電圧給電電源A′が分岐線中の中間蓄積コンデン
    サC0′と電源線中にあるスイツチS′1と前置チヨー
    クコイルL′0の直列接続とを通してパルス発生回
    路に接続されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第２項記載の励起装置。 ５ 第二高電圧給電電源A′がレーザーヘツドLA
    に直列に接続された第二帯導体コンデンサC2の
    両極に接続されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第４項記載の励起装置。 ６ 第二高電圧給電電源A′がレーザーヘツドLA
    とそれに直列接続された帯導体コンデンサC2に
    生ずる高電圧パルスの交流分の侵入を低域フイル
    タＦによつて阻止されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第４項又は第５項記載の励起装置。 ７ 高電圧給電電源Ａ，A′をパルス発生回路と
    結ぶスイツチS1，S′1が電子スイツチ例えばサイ
    ラトロンであり、これらのスイツチが同時起動の
    ための制御装置を備え、第一と第二の充電回路
    LA１，LA２の充電時間tL1，tL2が前置チヨーク
    コイルL0，L′0によつて互に等しくなり、 L0、L0′：前置チヨークコイルのインダクタンス C0、C0′：中間蓄積コンデンサ容量 C1、C2：帯導体コンデンサ容量 で与えられることを特徴とする特許請求の範囲第
    ４項乃至第６項の一つに記載の励起装置。 ８ パルス発生回路PFNが電荷転送回路CH−Ｔ
    を基礎とするものであることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の励起装置。 ９ 高電圧給電電源ＡがレーザーヘツドLAとそ
    れに直列接続された帯導体コンデンサC1 *に発生
    する高電圧パルスの交流分の侵入を低域フイルタ
    Ｆによつて阻止されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第８項記載の励起装置。 １０ 分岐線中の中間蓄積コンデンサC0と電源
    線中のスイツチS1と前置チヨークコイルL0の直
    列接続を通して電荷転送回路CH−Ｔとしてのパ
    ルス発生回路PFNの残りの部分に接続されてい
    る高電圧給電電源Ａを備え、この第一高電圧給電
    電源Ａに付加してそれと同種の第二高電圧給電電
    源A′が分岐線中の中間蓄積コンデンサC0′と電源
    線中のスイツチS′1と前置チヨークコイルL′0の直
    列接続を通し別の分岐線中の付加キヤパシタンス
    C3を介して誘導コイルLMを含む分岐線に接続さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第８項
    又は第９項記載の励起装置。 １１ 高電圧給電電源Ａ，A′をパルス発生回路
    PFNに接続するスイツチS1，S′1が電子スイツチ
    であり、これらのスイツチがその同時起動のため
    の制御装置を備え、付加高電圧給電電源A′を含
    み誘導コイルLMの磁化電流を供給する充電回路
    LA２*の充電時間tL2 *と、第一高電圧給電電源Ａ
    を含み帯導体コンデンサC1 *を充電する充電回路
    LA１*の充電時間tL1 *とが互に等しく第一近似に
    おいて次の式： で与えられることを特徴とする特許請求の範囲第
    １０項記載の励起装置。 １２ 付加充電回路LA２*の中間蓄積コンデンサ
    C0′に蓄積されたエネルギーC0′・U2／２が誘導コイ ルの磁化に必要なエネルギーL1・I2／２よりいくら か大きい値に選ばれていることを特徴とする特許
    請求の範囲第１０項又は第１１項記載の励起装
    置。 １３ レーザーヘツドとそれに所属する第一と第
    二の帯導体コンデンサから成る構成ユニツトを備
    え、帯導体はその金属層とその間に置かれた誘電
    層がレーザー室の光軸にほぼ垂直に拡がりレーザ
    ー軸方向に積重なつたコンデンサ組を形成し、直
    接又は側方に引き出された接続片を通して間接に
    パルス発生回路内部に接続され、レーザー室はコ
    ンデンサ組の一つの長辺側に設けられているもの
    において、可飽和誘導コイルLMがコンデンサ組
    KPの別の長辺側に設けられ、この誘導コイルの
    動作巻線L1の帯導体コンデンサ金属層b1，b2乃至
    b3 *，b2 *への接続が、レーザー軸に平行に伸びた
    二つの電流帰還脚ｍ２１，ｍ２２を通して行なわ
    れ、この電流帰還脚が電流導入脚ｍ１の両側にほ
    ぼバイフアイラ式に伸び、両電流帰還脚と電流導
    入脚の間の空室に高透磁率帯材料を巻いて作つた
    誘導コイル磁心脚ｋが電流導入脚ｍ１を包んで設
    けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項乃至第１２項の一つに記載の励起装置。 １４ 帯導体コンデンサの金属層が矩形でコンデ
    ンサ組が平行六面体形状であり、可飽和誘導コイ
    ルがレーザーヘツドLAに対して反対側のコンデ
    ンサ組側面に設けられていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１３項記載の励起装置。 １５ 誘導コイルに制御巻線Ｍが設けられ、この
    巻線が誘導コイルの閉鎖形磁心脚ｋをその突出部
    分において包囲するかあるいは電流導入脚ｍ１を
    通して導かれ、磁心脚ｋの外側で制御電流供給電
    源に戻されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第１３項又は第１４項記載の励起装置。 １６ 電源線中の中間蓄積コンデンサC0と分岐
    線中の前置チヨークコイルL0およびスイツチS1
    の直列接続とを介してブリユームライン回路型の
    パルス発生回路PENの残りの部分に接続されて
    いる高電圧給電電源Ａを備え、前記スイツチS1の
    一極は接地電位に置かれ、これらコンデンサC0、
    チヨークコイルL0およびスイツチS1の直列接続
    が誘導コイルL1及び第一帯導体コンデンサC1に
    それぞれ並列接続されており、前記高電圧給電電
    源Ａと同種の第二の高電圧給電電源A′が分岐線
    中の中間蓄積コンデンサC0′と接地電位側の電源
    線中の前置チヨークコイルL0′およびスイツチ
    S1′の直列接続とを介して前記パルス発生回路
    PFNに接続され、前記電源線中のチヨークコイ
    ルL0′およびスイツチS1′の直列接続はレーザー電
    極E1，E2に並列接続されたインピーダンスＲを
    通して接地電位に接続され、コンデンサC0′、チ
    ヨークコイルL0′およびスイツチS1′の直列接続が
    レーザー電極E1，E2に直列接続された第二帯導
    体コンデンサC2に並列接続されており、第一充
    電回路LA１の素子順列S1−L0−C0−C1−S1に対
    応して第二充電回路LA２の素子順列S1′−L0′−
    C0′−C2′−S1′が形成されることを特徴とする特許
    請求の範囲第２項記載の励起装置。 １７ レーザー室LKに並列接続されたインピー
    ダンスが高抵抗インピーダンス特にチヨークコイ
    ルL3に比べて抵抗値の高いオーム抵抗Ｒである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第４項、第５
    項、第１０項あるいは第１６項記載の励起装置。
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