JPH0318072A - パルスレーザ装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、主電極の両側にビーキングコンデンサを配置
するパルスレーザ装置において、ピーキングコンデンサ
の配置・固定構造の改良に関するものである。

（従来の技術） 大気圧以上で稼働するＣＯ２やエキシマレーザは、連続
発振の低気圧ＣＯ２レーザと異なり、安定した持続グロ
ー放電を得ることができず、放電がパルス状となり、レ
ーザ発振もパルス発振となるため、一般にパルスレーザ
と称されている。

このようなパルスレーザにおいて、安定したパルス放電
を得るためには、主放電が始まる前に放電空間を充分に
予備電離する必要があり、この目的で、一般的に、予備
電離電極の微小アーク放電による紫外線照射が行なわれ
ている。この場合、放電励起回路としては、容量移行型
の自動予備電離方式が一般に採用されている。この容量
移行型の予備電離方式は、励起回路のコンデンサに蓄え
られたエネルギーを予備電離用電極の微小ギャップのア
ーク放電を介して主電極近くに配置されたピーキングコ
ンデンサに移行する方式で、このアーク放電からの紫外
線を予備電離源として利用するものである。この方式に
おいては、ピーキングコンデンサにエネルギーが蓄えら
れるにつれて、主電極間の電圧が高くなり、主電極の放
電開始電圧以上になると主放電が始まり、インピーダン
ス配分の関係から、ピーキングコンデンサのエネル゛ギ
ーが主放電部に急に流れ込む。このピーキングコンデン
サからのエネルギーの流れ込み時間は、特に、エキシマ
レーザやレーザガス圧の高いＴＥＭＡレーザにおける放
電の安定性を大きく左右する要因となっている。この点
について、以下に説明する。

第２図は、従来のパルスレーザ装置における放電部の構
造を示す図である。第２図に示すように、主電極１ａ，
ｌｂは、光軸２を挟み且つこの先軸２を中心として同軸
に対向配置されている。陰極側の主電極１ａは、その背
面の電位片３に固定され、電位片３はさらにその背面の
絶縁板４に固定されている。陽極側の主電極１ｂは、そ
の背面の電位板５に固定されている。なお、陰極側の絶
縁板４と陽極側の電位板５は、光軸２方向の両端に設け
られたエンドプレート（図示せず）に固定されている。

一方、主電極１ａ，ｌｂ間のレーザガスを予備電離する
ために、主電極１ａ，ｌｂの両側には、一対のピーキン
グコンデンサ６ａ，６ｂが対向配置されている。この場
合、ピーキングコンデンサ６ａ．６ｂは、その中心軸が
主電極１ａ，ｌｂの軸方向と平行で、且つ対向するピー
キングコンデンサ６ａ，６ｂ同士が同軸となるように配
置されている。また，，各ピーキングコンデンサ６ａ，
６ｂの対向する側の端面には、予備電離用電極７ａ，７
ｂがそれぞれ固定され、微小ギャップを挟んで対向配置
されている。この場合、各予備電離用電極７ａ，７ｂは
、固定された各ピーキングコンデンサ６ａ．６ｂと同軸
に配置され、従って対向するピーキングコンデンサ６ａ
，６ｂ同士が同軸となっている。なお、陰極側のピーキ
ングコンデンサ６ａは、陰極側の電位片３に固定され、
また、陽極側のビーキングコンデンサ６ｂは、陽極側の
電位板５に固定されている。

さらに、主電極１ａ，ｌｂ間のレーザガスを循環し、冷
却するためのファン８及び熱交換器９は、陽極側の電位
板５の背面の空間に配置されている。

以上のような主電極１ａ，ｌｂから熱交換器９に至る構
戊は全て、レーザガスを充填したタンク１０内に収納さ
れ、このタンク１０外部に、コンデンサｌ１、サイラト
ロン１２を備えた励起回路１３が配置されている。そし
て、陰極側の電位片３及び陽極側の電位板５は、それぞ
れ貫通端子１４ａ，１４ｂを介して励起回路１３に接続
されている。

以上のようなパルスレーザ装置において、パルス放電を
行う際には、励起回路１３にて、放電部に電圧を印加す
る。すると、予備電離用電極７ａ，７ｂ間のギャップが
非常に小さいため、予備電離用電極７ａ，７ｂ間におい
て、わずかな電圧によって放電が開始する。この結果、
放電部に印加された電荷は、陽極側の貫通端子１４ｂ一
陽極側の電位板５一陽極側のピーキングコンデンサ６ｂ
→陽極側の予備電離用電極７ｂ→陰極側の予備電離用電
極７ａ→陰極側のビーキングコンデンサ６ａ一陰極側の
電位片３一陰極側の貫通端子１４ａという経路（第２図
中破線にて示す経路２１・右側のみ図示）を通ってピー
キングコンデンサ６ａ，６ｂを充電する。この場合、予
備電離用電極７ａ，７ｂ間のギャップで持続アーク放電
が起こり、このアーク放電による紫外線照射によって周
囲のレーザガスが予備電離される。

このようにして、ピーキングコンデンサ６ａ，６ｂに電
荷が蓄積されるに従い、主電極１ａ，１ｂ間にかかる電
圧が次第に上昇し、放電開始電圧に達すると、主電極１
ａ，ｌｂ間でグロー放電が開始する。このように、主電
極１ａ，ｌｂ間で放電が開始すると、主電極１ａ，ｌｂ
間のギャップインピーダンスが急激に小さくなり、今ま
でピーキングコンデンサ６ａ，６ｂに蓄えられた電荷が
、陽極側のピーキングコンデンサ６ｂ＝陽極側の電位板
５→陽極側の主電極１ｂ＝陰極側の主電極１ａ→陰極側
の電位片３→陰極側のピーキングコンデンサ６ａ→陰極
側の予備電離用電極７ａ一陽極側の予備電離用電極７ｂ
という経路（第２図中実線にて示す経路２２・右側のみ
図示）を通って、主電極１ａ，ｌｂ間の放電空間に供給
される。

方、この時、励起回路１３からも、陽極側の貫通端子１
４ｂ一陽極側の電位板６一陽極側の主電極１ｂ一陰極側
の主電極１ａ一陰極側の電位片３一陰極側の貫通端子１
４ａという経路（第２図中２点鎖線にて示す経路２３）
によって、電荷が供給される。

（発四が解決しようとする課題） ところで、数気圧以上のレーザガス圧にて運転されるＴ
ＥＭＡ−ＣＯ２　レーザやエキシマレーザなどにおいて
は、放電が非常に不安定であるため、高密度励起、高速
励起が必要である。このような高圧のパルスレーザ装置
において、高ビークパワーのレーザ光を得るには、立上
がりの早い電流パルスエネルギーを短時間で主放電部に
注入することが重要となり、これに適したエネルギーの
大部分は、第２図中実線にて示す経路２２により、ピー
キングコンデンサ６ａ，６ｂから主放電部（主電極１ａ
．ｌｂ）に供給される。このようにピーキングコンデン
サ６ａ，６ｂから主放電部に注入されるエネルギーの立
上がりを早くするには、その経路２２のインダクタンス
を低くすることが要求されるが、第２図に示すような従
来の構造では、もはや一層の低インダクタンス化を図る
ことは不可能であり、従ってより早い立上がりの電圧・
電流を得ることはできなかった。

一方、第２図中２点鎖線にて示す経路２３により、励起
回路１３から主放電部に直接供給されるエネルギーは、
回路のインピーダンスが相対的に大きく、なだらかな立
上がりも持った波形となり、高ピークパワーのレーザ光
を得るには余り寄与しないばかりか、主放電部の持続グ
ロー電圧を持」二げ、アーキングの原因となっている。

さらに、放電部を収納するタンク１０の寸法は、ファン
８や熱交換器９の寸法やレーザガス循環に必要な断面積
などに左右される他、高電圧部である陰極側の電位片３
の端部Ｂとタンク１０との絶縁距離を確保するために大
型化するという欠点もあった。なお、これに対し、陽極
側の電位板５は、ほぼアース電位であるため、絶縁的に
問題とならない。

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するため
に提案されたものであり、その目的は、ピーキングコン
デンサから主放電部に流れ込む電流を急峻にすることに
より、放電が安定・高密度化され、高ピークパワーのレ
ーザ光を得られるようなパルスレーザ装置を提供するこ
とである。また、放電部をコンパクト化することにより
、装置を小型化することも目的の一つである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明によるパルスレーザ装置は、少なくとも一方の主
電極の両側に設けるピーキングコンデンサを、その中心
軸が主電極の軸方向と直交するように配置し、且つその
軸方向の一端にて主電極の側面に固定したことを特徴と
している。

（作用） オ発明のパルスレーザ装置においては、ピーキングコン
デンサを主電極の側面に直接固定することにより、ピー
キングコンデンサから主放電部に流入するエネルギーの
経路を低インダクタンス化できるため、電流を急峻化で
きる。

また、高電圧側のピーキングコンデンサを主電極の側面
に直接固定した場合、高電圧側の構成をコンパクト化で
き、装置を小型化できる。

（実施例） 以下に、本発明によるパルスレーザ装置の一実施例を、
第１図を参照して具体的に説明する。なお、第２図に示
した従来技術と同一部分には同一符号を付している。

第１図に示す実施例において、主電極１ａ，１ｂは、光
軸２を中心として対向配置されている。

陰極側の主電極１ａは、背面の絶縁板４に固定され、陽
極側の主電極１ｂは、電位板５に固定されており、陰極
側の絶縁板４と陽極側の電位板５は、光軸２方向の両端
に設けられたエンドプレート（図示せず）に固定されて
いる。

そして、陰極側の主電極１ａの両側には、陰極側のピー
キングコンデンサ６ａが、その中心軸が主電極の軸方向
と直交するように配置され、且つその軸方向の一端にて
陰極側の主電極１ａの側面に固定されている。一方、陽
極側の主電極１ｂの両側には、陽極側のピーキングコン
デンサ６ｂが、従来と同様、その中心軸が主電極の軸方
向と平行となるように配置され、陽極側の電位板５に固
定されている。陰極側のピーキングコンデンサ６ａの主
電極１ａと逆側の端面、及び陽極側のピーキングコンデ
ンサ６ｂの先端面には、予備電離用電極７ａ，７ｂがそ
れぞれ固定され、微小ギャップを挟んで対向配置されて
おり、対向するピーキングコンデンサ６ａ，６ｂ同士が
同軸となっている。

なお、以上の放電部以外の構成は従来技術と全く同様と
されている。即ち、主電極１ａ，ｌｂ間のレーザガスを
循環し、冷却するためのファン８及び熱交換器９は、陽
極側の電位板５の背面の空間に配置されている。また、
主電極１ａ，ｌｂから熱交換器９に至る構成は全て、レ
ーザガスを充填したタンク１０内に収納され、このタン
ク１０外部に、コンデンサ１１、サイラトロン１２を備
えた励起回路１３が配置されている。そして、陰極側の
電位片３及び陽極側の電位板５は、それぞれ貫通端子１
４ａ．１４ｂを介して励起回路ｌ３に接続されている。

以上のような構戊を有する本実施例のパルスレーザ装置
において、パルス放電を行う際には、励起回路１３にて
、放電部に電圧を印加する。すると、予備電離用電極７
ａ，７ｂ間のギャップが非常に小さいため、予備電離用
電極７ａ，７ｂ間においてわずかな電圧によって放電が
開始する。この結果、放電部に印加された電荷は、陽極
側の貫通端子１４ｂ一陽極側の電位板５一陽極側のピー
キングコンデンサ６ｂ→陽極側の予備電離用電極７ｂ＝
陰極側の予備電離用電極７ａ→陰極側のピーキングコン
デンサ６ａ→陰極側の主電極１ａ一陰極側の貫通端子１
４ａという経路（第１図中破線にて示す経路２４・右側
のみ図示）を通り、予備電離用電極７ａ，７ｂ間で微小
アーク放電（従って予備電離）を行いながら、ピーキン
グコンデンサ５ａ，５ｂを充電する。

そして、ピーキングコンデンサ６ａ，６ｂに電荷が蓄積
され、主電極１ａ，ｌｂ間にかかる電圧が放電開始電圧
に達すると、主電極１ａ，ｌｂ間でグロー放電が開始す
る。このように、主電極１ａ，ｌｂ間で放電が開始する
と、主電極１ａ，ｌｂ間のギャップインピーダンスが急
激に小さくなり、今までピーキングコンデンサ６ａ，６
ｂに蓄えられた電荷が、陽極側のピーキングコンデンサ
６ｂ＝陽極側の電位板５一陽極側の主電極１ｂ−陰極側
の主電極１ａ一陰極側のピーキングコンデンサ６ａ→陰
極側の予備電離用電極７ａ一陽極側の予備電離用電極７
ｂという経路（第１図中実線にて示す経路２５・右側の
み図示）を通って、主電極１ａ．ｌｂ間の放電空間に供
給される。一方、この時、励起回路１３からも、陽極側
の貫通端子１４ｂ→陽極側の電位板６一陽極側の主電極
１ｂ＝陰極側の主電極１ａ一陰極側の貫通端子１４ａと
いう経路（第１図中２点鎖線にて示す経路２６）によっ
て電荷が供給される。

以下に、本実施例の作用効果を説明する。

即ち、本実施例においては、特に、陰極側のビーキング
コンデンサ６ａを、陰極側の主電極１ａの側面に直接固
定しているため、電位片３を介して固定していた従来例
と比べて、ピーキングコンデンサ６ａから主電極間放電
部に流れ込む電流路の面積を小さくできる。このことは
、第１図及び第２図における電流経路２１．２４を比較
すれば明らかである。このように、電流路の面積が小さ
くなると、回路のインダクタンスが、面積の縮小割合に
ほぼ比例して小さくなるため、その分だけ急峻な電流パ
ルスを得ることができる。従って、本実施例においては
、従来に比べて安定で高密度の放電を得られ、高ピーク
パワーのレーザ光を得られるという利点がある。

これに対し、励起回路１３から主放電部に流れ込む電流
については、前記構戊だけでは改善できないが、前記構
成に加えて、例えば、励起回路１３のコンデンサ１１と
ピーキングコンデンサ６ａ，６ｂの容量比を適切に選択
し、或いは線路の低インダクタンス化を果すことによっ
て改善することが可能である。

また、陰極側のピーキングコンデンサ６ａを陰極側の主
電極１ａの側面に取付けているため、第２図の従来例で
使用していた主電極１ａとピーキングコンデンサ６ａと
を連結する電位片３が不要となっている。この結果、高
電圧部の構成をコンパクトにできるため、タンク１０の
寸法を小さくできる。即ち、従来列においては、ピーキ
ングコンデンサ６ａを主電極１ａと平行に配置していた
関係上、ピーキングコンデンサ６ａと主電極１ａとを、
絶縁的に充分な寸法だけ離して配置する必要があり、そ
のため、両者を取付ける電位片３の端部Ｂ（第２図）、
即ち高電圧部の端部が大きく突出していた。これに対し
、本実施例においては、ピーキングコンデンサ６ａを主
電極１ａと直交方向に配置し、且つ主電極１ａの側面に
直接固定していることから、ピーキングコンデンサ６ａ
と主電極１ａこの間の絶縁距離が不要となり、ほぼその
分だけ、ピーキングコンデンサ６ａの先端部Ａ（第１図
）、即ち高電圧部の端部の突出寸法が小さくなっている
。これに対し、高電圧部とタンク１０との間に必要な絶
縁距離は等しいため、本実施例においては、高電圧部の
端部の突出寸法が縮小された分だけ、タンク１０の寸法
を小さくでき、従って、パルスレーザ装置全体の小型化
に貢献できる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく
、例えば、陰極側のピーキングコンデンサ６ａを陰極側
の主電極１ａの側面に固定する代りに、陽極側のピーキ
ングコンデンサ６ｂを陰極側の主電極１ｂの側面に固定
しても同様な効果が得られることは明らかである。なお
、この場合、陽極側の電位板５はほぼアース電位である
から、タンク１０との間にほとんど絶縁距離は不要であ
り、従って、タンク１０の小型化の効果は余り期待でき
ない。さらに、陰極側と陽極側の両方のピキングコンデ
ンサ６ａ，６ｂを主電極１ａ，１ｂの側面に固定する構
成も勿論可能である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明においては、ピキングコン
デンサの配置◆固定構造の改良により、ピーキングコン
デンサから主放電部に流入するエネルギーの経路を低イ
ンダクタンス化でき、電流を急峻化できるため、特に高
気圧ＣＯ２パルスレーザやエキシマレーザなどにおいて
、安定した高密度の放電を得られ、高ピークパワーのレ
ーザ光を得られるようなパルスレーザ装置を提供できる
。

また、高電圧側のピーキングコンデンサを主電極の側面
に直接固定した場合、高電圧側の構成をコンパクト化で
きるため、装置を小型化できるという効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるパルスレーザ装置の放
電部を示す断面図であり、第２図は従来のパルスレーザ
装置の放電部を示す断面図である。 １ａ・・・陰極側の主電極、１ｂ・・・陽極側の主電極
、２・・・光軸、３・・・陰極側の電位片、４・・・絶
縁板、５・・・陽極側の電位板、６ａ・・・陰極側のビ
ーキングコンデンサ、６ｂ・・・陽極側のピーキングコ
ンデンサ、７ａ・・・陰極側の予備電離用電極、７ｂ・
・・陽極側の予備電離用電極、８・・・ファン、９・・
・熱交換器、１０・・・タンク、１２・・・サイラトロ
ン、１３・・・励起回路、１４ａ．１４ｂ・・・貫通端
子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対の主電極と、主電極の両側に配置されたピーキング
   コンデンサ、及びピーキングコンデンサに接続された予
   備電離用電極を備え、主電極間にレーザガス媒体を流し
   、主電極間にて放電を行い、主電極側方にレーザ光を取
   出すパルスレーザ装置において、 少なくとも一方の主電極の両側に設けるピーキングコン
   デンサを、その中心軸が主電極の軸方向と直交するよう
   に配置し、且つその軸方向の端面を主電極の側面に固定
   したことを特徴とするパルスレーザ装置。