JPH03124085A - Co↓2ガスレーザ制御装置 - Google Patents

Co↓2ガスレーザ制御装置

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JPH03124085A
JPH03124085A JP26243789A JP26243789A JPH03124085A JP H03124085 A JPH03124085 A JP H03124085A JP 26243789 A JP26243789 A JP 26243789A JP 26243789 A JP26243789 A JP 26243789A JP H03124085 A JPH03124085 A JP H03124085A
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slope
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Tomiaki Hosokawa
富秋 細川
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
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    • H01S3/131Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
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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CO2ガスレーザ制御装置に関し、特にRF励
起およびDC励起CO□ガスレーザ装置のパルスモード
およびCWモードのピーク値コントロールに関するもの
である。
従来の技術 従来RF励起CO2ガスレーザのピーク値コントロール
については、レーザ出力の大きさを設定するパワー設定
回路の出力と高周波出力の大きさを検出する電力検出回
路の出力とを誤差増幅回路に入力し、誤差増幅回路の出
力を減衰器の入力としていた。
またDC励起CO2ガスレーザのピーク値コントロール
については、同様にレーザ出力の大きさを設定するパワ
ー設定回路の出力とレーザパワーの大きさを検出するレ
ーザパワー検出回路の出力とを誤差増幅回路に入力して
いた。
以下、RF励起およびDC励起発振器の構成を第6図で
、また、従来のRF励起CO2ガスレーザ制御装置の構
成および制御ブロック図を第7図と第8図で、まだ、従
来のDC励起CO2ガスレーザ制御装置の制御ブロック
図を第9図で説明する。
まず第6図において、第6図イは一般的な高速軸流形R
F励起発振器の構成を示し、ガラスなどの誘電体よりな
る放電管2の外周上には金属の平行平板電極3,4が密
着して設けられている。平行平板電極3,4には高周波
電源1からの出力、例えば13.56MH2,2,6K
W  2〜3KVが供給されている。平行平板電極3,
4にはさまれた放電管2内の放電空間には矢印で示すよ
うな方向に放電5が行なわれる。
放電空間の両端に固定配置されたりアミラー(全反射鏡
)6と出力ミラー(部分反射鏡)7とは光共振器を形成
し、レーザ出力8は出力ミラー7より取り出される。
レーザガス9は送気管10の中を循環しており、放電6
及びレーザガスを循環させるプロア(送風機)12によ
り温度上昇したレーザガス9は熱交換器11により冷却
される。
第6図口は一般的な高速軸流形DC励起発振器の構成を
示し、ガラスなどの誘電体よりなる放電管13の両端に
は電極14が設けられている。電極14には直流高圧電
源45の出力、例えばDC26KV  1COmA程度
が供給されている。電極14にはさまれた放電管13内
の放電空間には矢印で示すような方向に放電16が行な
われる。
放電空間の両端に固定配置されたりアミラー(全反射鏡
)16と出力ミラー(部分反射鏡)17とは光共振器を
形成し、レーザ出力18は出力ミラー17よシ取シ出さ
れる。
レーザガス19は送気管20の中を循環しており、放電
16及びレーザガスを循環させるブロア(送風機)22
により温度上昇したレーザガス19は熱交換器21によ
り冷却される。
第6図の高周波電源1は第7図のRF電源23に相当し
、第7図について説明すると高周波出力を発生するRF
電源23の出力は同軸ケーブル24で負荷とのマツチン
グをとるだめのマツチングボックス26に伝送される。
マツチングボックス26の出力は並列負荷とのバランス
をとるために設けられたカップリングコンデンサ26〜
28に供給され、カンブリングコンデンサ26〜28に
は放電管29〜31が振続されている。
第8図について説明すると、発振回路32の出力はスイ
ッチ回路33を経た後RF高出力大きさをコントロール
する減衰回路34に入力される。
減衰回路34の出力はプリアンプ35に入力され、プリ
アンプ36の出力はドライバ36に入力される。ドライ
バ36の出力は真空管などを用いた増幅回路37に入力
され、増幅回路37の出力は同調回路(タンク回路)3
8に入力される。同調回路38の出力は電力検出回路3
9を経た後、同軸ケーブル用コネクタ4Qから外部に出
力される。
また、起動回路41の出力はパルスモードまたはCWモ
ードの波形設定回路42に入力され、波形設定回路42
からはパルスモード時のパルス周波数、パルス幅が設定
された、あるいはCWモード時の通電、出力期間が設定
された信号が出力される。
スイッチ回路33は波形設定回路42の出力に連動して
開閉し、スイッチ回路33が開の場合はRF高出力瞬時
に遮断、OFFする。
RF高出力大きさ、即ちレーザ出力の大きさを設定する
パワー設定回路44の出力は、誤差増幅回路43の非反
転端子に入力される。一方誤差増幅器43の反転端子に
は電力検出回路39の出力が入力され、誤差増幅器43
の出力は減衰器34に入力される。減衰器34の入力は
0〜5vなどと変化し、入力が高い程RF出カは大きく
、RF畠力をコントロールスル。
第9図について説明すると、第9図の高圧発生回路66
は、第6図の直流高圧電源45に相当する。第9図にお
いてレーザ出力の大きさを設定するパワー設定回路46
の出力は、(第2の)スイッチ回路4γを経て誤差増幅
回路48の非反転端子に与えられる。一方誤差増幅回路
48の反転端子にはレーザパワーの大きさを検出するレ
ーザパワー検出回路64の出力が入力され、誤差増幅回
路48の出力は、パワー設定信号に対してレーザ出力を
リニアに出力するためにレベルシフト回路を内蔵したバ
イアス回路49に入力される。バイアス回路49の出力
は増幅回路60に入力され増幅器、路60の出力は真空
管67を駆動する駆動回路61に入力される。また、起
動回路62の出力は、第8図の起動回路41と同様にパ
ルスモードまたはCWモードの波形設定回路53に入力
される。
(第2の)スイッチ回路47は波形設定回路63の出力
に連動して開閉し、(第2の)スイッチ回路47が開の
場合は、高圧発生回路66から放電管56に印加されて
いる直流高圧は瞬時に遮断、OFFする。
発明が解決しようとする課題 パルスモードまたはCWモードの波形の立ち上り時、波
形設定回路の出力の立ち上シから電力検出回路またはレ
ーザパワー検出回路の出力の立ち上りまでに、検出信号
の応答遅れを生じ、波形の立ち上り部分でピーク値に大
きなオーバシュート、ダンピングのリップルを生じる。
RF励起CO2ガスレーザ装置の場合、RF小出力立ち
上りが5μsなどと要求され立ち上りが極めて速いため
波形の立ち上9部分でオーバシュートを発生し、このオ
ーバシュートするピーク値とパワー設定回路の出力が誤
差増幅回路で比較増幅されるので、フィードバックする
誤差増幅回路の出力がダンピングを発生し、RF小出力
波形の立ち上りごとにダンピングを発生する。一方DC
励起CO2ガスレーザ装置の場合、検出回路をレーザパ
ワー検出回路とした場合、レーザパワー検出回路の検出
信号の応答遅れが25m8程度と極めて遅いため、この
レーザパワー検出回路出力とパワー設定回路の出力が誤
差増幅回路で比較増幅されるのでフィードバックする誤
差増幅回路の出力がオーバシュート、ダンピングを発生
し、レーザ出力も波形の立ち上りごとにオーバシュート
、ダンピングを発生する。
本発明は従来の欠点を除去し、RF小出力立ち上り、レ
ーザ出力の立ち上り部分でオーバシュート、ダンピング
が発生しないピーク値コントロールを実現したものであ
る。
課題を解決するだめの手段 上記の問題点を解決するために本発明のCO2ガスレー
ザ制御装置は、高周波出力を放電管に注入し、高周波放
電によって励起されたガスからレーザ光を発生させるよ
うにしたCO□ガスレーザ制御装置において、レーザ出
力の大きさを設定するパワー設定回路と、パルスモード
またはCWモードの波形を設定する波形設定回路と、波
形設定回路の出力に連動して開閉する第2のスイッチ回
路と、高周波出力を前記パワー設定回路で設定された大
きさとなるようにフィードバック制御する誤差増幅回路
と、高周波出力の大きさを検出する電力検出回路と、ス
ロープ出力を得るためのスロープ回路とを具備し、前記
パワー設定回路の出力と前記波形設定回路の出力とを前
記第2のスイッチ回路に入力し、該第2のスイッチ回路
の出力を前記スロープ回路に入力し、該スロープ回路の
出力と前記電力検出回路の出力とを前記誤差増幅回路に
入力してなるものである。
また、ある決められたレーザ出力の大きさを設定する固
定バイアス回路と、前記波形設定回路の出力の立ち上り
より一定時間遅れて出力が立ち上るパワー切換遅延回路
と、該パワー切換遅延回路の出力に連動して前記固定バ
イアス回路の出力と前記パワー設定回路の出力とを切換
えるパワー切換回路とを具備し、前記波形設定回路の出
力を前記パワー切換遅延回路に入力し、該パワー切換遅
延回路の出力と、前記固定バイアス回路の出力と、前記
パワー設定回路の出力とを前記パワー切換回路に入力し
、該パワー切換回路の出力を前記誤差増幅回路に入力し
てなるものである。
また、前記パワー切換回路の出力と前記波形設定回路の
出力とを前記第2のスイッチ回路に入力し、該第2のス
イッチ回路の出力を前記スロープ回路に入力し、該スロ
ープ回路の出力を前記誤差増幅回路に入力してなるもの
である。
また、直流高圧を放電管に印加し、DCグロー放電によ
って励起されたガスからレーザ光を発生させるようにし
たC○2ガスレーザ装置の制御装置において、特許請求
の範囲第1項記載の電力検出回路をレーザパワーの大き
さを検出するレーザパワー検出回路に置き換えてなるも
のである。
また、特許請求の範囲第3項記載の電力検出回路を前記
レーザパワー検出回路に置き換えてなるものである。
また、前記スロープ回路のスロープ時定数を可変可能と
なるようにスロープ回路内に調整器を設け、該調整器で
高周波電力の立ち上り部分に放電管点弧のだめのイグナ
イトパルスを発生させ、イグナイトパルスのピーク値を
可変できるようにしてなるものである。
また、前記スロープ回路のスロープ時定数を可変可能と
なるようにスロープ回路内に調整器を設け、該調整器で
レーザ出力の立ち上り部分に放電管点弧のためのイグナ
イトパルスを発生させ、イグナイトパルスのピーク値を
可変できるようにしてなるものである。
また、前記電力検出回路に替えて、レーザパワーの大き
さを検出するレーザパワー検出回路を用いてなるもので
ある。
また、前記レーザパワー検出回路に替えて、前記放電管
放電電流を検出する放電電流検出回路を用いてなるもの
である。
作用 上記の手段において、第2のスイッチ回路とスロープ回
路とを設け、波形設定回路の出力と連動させて第2のス
イッチ回路の開閉を行なうようにしたので、波形設定回
路の出力の立ち上りよシ誤差増幅回路に入力されるパワ
ー設定回路の出力はスロープ波形となる。よってスロー
プ状に徐々にパワー設定が行なわれるので波形立ち上り
部分でのオーバシュート、ダンピングは発生しない。ま
た、パワー切換遅延回路と固定バイアス回路とパワー切
換回路とを設け、波形設定回路の出力の立ち上りより、
一定時間は小さなある決められた固定バイアス回路の出
力を、一定時間経過後は正規のパワー設定回路の出力を
誤差増幅回路に入力するようにしたので、誤差増幅回路
の入力はステップ状となる。よって最初は小さなパワー
設定で、次に正fiのパワー設定でステップ状にパワー
設定が行なわれるのでこの場合も波形立ち上り部分での
オーバシュート、ダンピングは発生しない。
実施例 第1図はRF励起CO2ガスレーザ装置の場合の本発明
の一実施例、第2図は第1図とは別の本発明の一実施例
を示す。第3図はDC励起CO2ガスレーザ装置の場合
の本発明の一実施例、第4図は第3図とは別の本発明の
一実施例を示す。第6図は従来の第8図と本発明の第1
図、第2図の要部波形図である。
第1図〜第4図で、第6図と第7図と同一のものについ
ては同一番号を付与[、である。
第8図と第1図と第2図と第5図の要部波形図とを対比
して説明すると、まず第8図において、第6図イに示す
ような波形設定回路42の出力が立ち上ると、第6図口
に示すような誤差増幅回路43の反転端子に、減衰回路
34〜電力検出回路39までの信号伝達遅れ時間t、6
7を持った電力検出回路39の出力が入力される。
第5図・・はその時の誤差増幅回路43の出力である。
第6図口に示すように電力検出器39の出力がオーバシ
ュート、ダンピングを発生しているので、同軸ケーブル
コネクタ40からのRF高出力同じく、オーバシュート
、ダンピングを発生する。それに対して、第1図の第2
のスイッチ回路68とスロープ回路59を第8図に対し
て追加すると、誤差増幅回路43の反転端子には第6図
口に示すような電力検出回路39の出力が入力される。
信号伝達遅れ時間tD68はtD67と同じ値となる。
一方誤差増幅回路43の非反転端子には、t5P70と
いうスロープ時定数を持ったE、、69がスロープ回路
59より出力されて、入力されている。
第6図へはその時の誤差増幅回路43の出力である。ス
ロープ状にパワー設定が行なわれるので第6図口に示す
ように電力検出回路39の出力は僅かなオーバシュート
のみでダンピングは発生していない。よってRF高出力
同じく僅かなオーバシュートのみでダンピングは発生し
ない。
また、第1図に対して、第6図のパワー切換遅延回路6
Qと、固定バイアス回路61とパワー切換回路θ2とを
さらに追加すると、誤差増幅回路43の反転端子には第
6図トに示すような電力検出回路39の出力が入力され
る。信号伝達遅れ時間t、71はt、6B、t、67と
同じ値である。−方誤差増幅回路43の非反転端子には
、パワー切換遅延回路6oで設定される遅延時間t□7
4の期間中tgPというスロープ時定数を持ったEt工
、。
72がスロープ回路69より出力され、入力されている
。遅延時間t、74経過後は、誤差増幅回路43の非反
転端子にはt、、76というスロープ時定数を持ったに
、、’73がスロープ回路69より出力され、入力され
る。
Etls、72.EsP69.H,、’73のスロープ
時定数tspはスロープ回路5って設定されるので同じ
値である。第6図りはその時の誤差増幅回路43の出力
である。最初は小さなパワー設定で次に正規のパワー設
定でステップ状にパワー設定が行なわれるので第6図ト
に示すように電力検出回路39の出力はオーバシュート
もダンピングも発生していない。よってRF高出力同じ
くオーバシュートもダンピングも発生しない。
通常ts、70.ts、75.tx74はt、67を目
安に設定、即ち、電力立ち上げ系と同じスロープで立ち
上げてやれば大きくはずれることはない。
第2図において第2のスイッチ回路68、スロープ回路
69を設けず、パワー切換回路62の出力を直接誤差増
幅回路43に入力してもよく、この場合第2図の構成で
得られるRF高出力対して僅かなオーバシュートがみら
れるのみでダンピングは発生しない。
一方DC励起CO2ガスレーザ装置の場合の第3図、第
8図については、第1図と第3図において、第1図の電
力検出回路39が第3図ではレーザパワー検出回路64
に置き換わっているのみで他の構成は同じである。ただ
、第1図のスロープ回路69は数μsecの時定数(例
えば2μsec )と設定されるのに対して、第3図の
スロープ回路63は数1o m5ec (例えば2 s
 m5ec )と設定される点が異なる。
同様に第2図と第4図において、前述の第1図と第3図
との違い以外に第2図のパワー切換遅延回路60の遅延
時間は数μ560の時定数(例えば2μ5ec)と設定
されるのに対して、第4図のパワー切換遅延回路64の
遅延時間は数10m5elO(例えば2 s m5ec
)と設定される点が異なる。
また、第2図の固定バイアス回路61と第4図の固定バ
イアス回路66は、パワー設定回路の定格出力に対し、
20〜30チ程度のパワー設定とし、波形の立ち上りの
最初は電力立ち上げ系と、フィードバック系が閉じるだ
めの小さな電力パワーに設定する。
なおRF励起の場合電力検出回路の出力をフィードバッ
クし、DC励起の場合レーザパワー検出回路の出力をフ
ィードバックするのが一般的であるが、これはDC励起
の場合、放電電極が放電管の内部にあるため電極が消耗
しやすく、電極が消耗した場合、同一放電電流でフィー
ドバック制御してもレーザパワーは低下するので、レー
ザパワーフィードバックを採用するのが一般的である。
それに対して、RF励起の場合は放電電極が放電管の外
周にあり、電極は消耗しないので電力フィードバックを
採用するのが一般的である。
壕だ、スロープ回路のスロープ時定数を可変可能となる
ようにスロープ回路内に調整器を設け、スロープ時定数
を小さくすることで波形の立ち上シ部分に発生するオー
バシュート出力を放電管点弧のためのイグナイトパルス
として利用してもよい。
また、第1図、第2図の電力検出回路39に替えて、レ
ーザパワーの大きさを検出する高応答のレーザパワー検
出回路を用いてもよい。
また、第3図、第4図のレーザパワー検出回路54に替
えて、放電管の放電電流を検出する放電電流検出回路を
用いてもよい。
発明の効果 以上のように本発明においては信号伝達遅れ時間に相当
するスロープ時定数を持った設定信号を与えるようにし
たので波形立ち上り部分での大きなオーバシュート、ダ
ンピングは発生しない。
また、別の手段として信号伝達遅れ時間に相当する期間
は固定バイアス回路で小さな設定信号を与え、その後は
、パワー設定回路で正規の設定信号をパワー切換回路で
切換えて与えるようにしたので同様に波形立ち上り部分
での大きなオーバシュート、ダンピングは発生しない。
【図面の簡単な説明】
第1図はRF励起CO2ガスレーザ制御装置の場合の本
発明の一実施例を示す回路図、第2図は第1図とは別の
本発明の実施例を示す回路図、第3図はDC励起CO□
ガスレーザ制御装置の場合の本発明の実施例を示す回路
図、第4図は第3図とば別の本発明の実施例を示す回路
図、第6図は第1図、第2図の要部の信号波形図、第6
図はRF励起およびDC励起発振器の斜視図、第7図は
従来のRF励起CO2ガスレーザ制御装置の構成図、第
8図は同制御ブロック図、第9図は従来のDC励起CO
□ガスレーザ制御装置の制御ブロック図を示す。 39・・・・・・置方検出回路、41・・・・・・起動
回路、42・・・・・・波形設定回路、43・・・・・
・誤差増幅回路、44・・・・・・パワー設定回路、6
B・・・・・第2のスイッチ回路、69・・・・・・ス
ロープ回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)高周波出力を放電管に注入し、高周波放電によっ
    て励起されたガスからレーザ光を発生させるようにした
    CO_2ガスレーザ制御装置において、レーザ出力の大
    きさを設定するパワー設定回路と、パルスモードまたは
    CWモードの波形を設定する波形設定回路と、波形設定
    回路の出力に連動して開閉する第2のスイッチ回路と、
    高周波出力を前記パワー設定回路で設定された大きさと
    なるようにフィードバック制御する誤差増幅回路と、高
    周波出力の大きさを検出する電力検出回路と、スロープ
    出力を得るためのスロープ回路とを具備し、前記パワー
    設定回路の出力と前記波形設定回路の出力とを前記第2
    のスイッチ回路に入力し、該第2のスイッチ回路の出力
    を前記スロープ回路に入力し、該スロープ回路の出力と
    前記電力検出回路の出力とを前記誤差増幅回路に入力し
    、高周波電力波形の立ち上り部分にリップルを生じない
    ようにしたことを特徴とするCO_2ガスレーザ制御装
    置。 (2)ある決められたレーザ出力の大きさを設定する固
    定バイアス回路と、前記波形設定回路の出力の立ち上り
    より一定時間遅れて出力が立ち上るパワー切換遅延回路
    と、該パワー切換遅延回路の出力に連動して前記固定バ
    イアス回路の出力と前記パワー設定回路の出力とを切換
    えるパワー切換回路とを具備し、前記波形設定回路の出
    力を前記パワー切換遅延回路に入力し、該パワー切換遅
    延回路の出力と、前記固定バイアス回路の出力と、前記
    パワー設定回路の出力とを前記パワー切換回路に入力し
    、該パワー切換回路の出力を前記誤差増幅回路に入力し
    、高周波電力波形の立ち上り部分にリップルを生じない
    ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のCO_2ガスレーザ制御装置。 (3)前記パワー切換回路の出力と前記波形設定回路の
    出力とを前記第2のスイッチ回路に入力し、該第2のス
    イッチ回路の出力を前記スロープ回路に入力し、該スロ
    ープ回路の出力を前記誤差増幅回路に入力し、高周波電
    力波形の立ち上り部分にリップルを生じないようにした
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記
    載のCO_2ガスレーザ制御装置。 (4)直流高圧を放電管に印加し、DCグロー放電によ
    って励起されたガスからレーザ光を発生させるようにし
    たCO_2ガスレーザ装置の制御装置において、特許請
    求の範囲第1項記載の電力検出回路をレーザパワーの大
    きさを検出するレーザパワー検出回路に置き換えたこと
    を特徴とするCO_2ガスレーザ制御装置。 (5)特許請求の範囲第3項記載の電力検出回路を前記
    レーザパワー検出回路に置き換えたことを特徴とする特
    許請求の範囲第4項記載のCO_2ガスレーザ制御装置
    。 (6)前記スロープ回路のスロープ時定数を可変可能と
    なるようにスロープ回路内に調整器を設け、該調整器で
    高周波電力の立ち上り部分に放電管点弧のためのイグナ
    イトパルスを発生させ、イグナイトパルスのピーク値を
    可変できるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のCO_2ガスレーザ制御装置。 (7)前記スロープ回路のスロープ時定数を可変可能と
    なるようにスロープ回路内に調整器を設け、該調整器で
    レーザ出力の立ち上り部分に放電管点弧のためのイグナ
    イトパルスを発生させ、イグナイトパルスのピーク値を
    可変できるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第4項記載のCO_2ガスレーザ制御装置。 (8)前記スロープ回路のスロープ時定数および前記パ
    ワー切換遅延回路の遅延時間を、前記誤差増幅器出力が
    入力される回路から誤差増幅器に入力する回路までの被
    制御回路およびフィードバック回路の信号伝達遅れ時間
    に、またはそれ以上に設定することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに記載のCO_2
    ガスレーザ制御装置。(9)前記電力検出回路に替えて
    、レーザパワーの大きさを検出するレーザパワー検出回
    路を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項また
    は第2項または第3項または第6項または第8項記載の
    CO_2ガスレーザ制御装置。 (10)前記レーザパワー検出回路に替えて、前記放電
    管放電電流の大きさを検出する放電電流検出回路を用い
    たことを特徴とする特許請求の範囲第4項または第5項
    または第7項または第8項記載のCO_2ガスレーザ制
    御装置。
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