JPH03227582A - 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、パルスレーザ装置に係り、特に、その放電部
及び電源構成に改良を施したパルスレーザ装置に関する
ものである。

（従来の技術） 放電励起方式のガスレーザ装置では、レーザガス中で空
間的に均一なグロー放電を発生させてレーザ発振を得て
いるが、横方向励起パルスＣＯ２レーザやエキシマレー
ザを始めとするパルスレーザ装置では、レーザガス圧力
が大気圧量４二であり、さらに、電子付着性の強いガス
成分を含んでいるため、上記グロー放電を均一に点弧す
ることは困難である。このため、グロー枚重点弧に先立
って予備電離を行うと共に、高速のパルス電圧を放電部
に印加してグロー放電を形成するのが一般的である。

第３図は、従来のパルスレーザ装置の放電部構成及び励
起電源回路の一例を示す図である。即ち、一対の主電極
１，２が対向して配設され、主電極１．２で囲まれた空
間内にレーザガスが充填されている。また、主電極２は
接地されている。一方、主電極１には予備電離ｆＩｉｔ
ｆ＋３ａが接続され、両者は電気的に同電位になってい
る。この予備電離電極３ａと予備電離電極３ｂとは、ギ
ャップ４を介してレーザガス中に対向して配設されてい
る。また、予備電離電極３ｂは主電極１と絶縁されてレ
ーザガス中から引き出され、コンデンサＣｓ５ｇ、：接
続されている。さらに、充電用インダクタンス６の一端
は予備電離電極３ｂとコンデンサＣｓ５に共通接続され
、他端は接地されている。また、コンデンサＣｓ５はス
イッチ７を介して接地されると共に、充電抵抗８を介し
て高圧電源ＨＶ９に接続されている。さらに、主電極１
．２間にはコンデンサＣｂｌＯが接続されている。そし
て、これらのコンデンサ及びインダクタンス類は、一つ
もしくは複数個が並列に接続されて構成されている。ま
た、紙面に垂直方向には光共振器（図示せず）が配設さ
れている。

この様に構成された従来のパルスレーザ装置は、以下に
述べるように動作する。即ち、切間状態においては、ス
イッチ７は開いており、高圧電源１１ｖ９−充電抵抗８
−コンデンサＣｓ５−充電用−ｆンダクタンス６−接地
の経路で、コンデンサＣｓ５は充電されている。一方、
コンデンサＣｂｌＯは充電されていないので、主電極ｌ
は接地電位となっている。次いで、スイッチ７が閉じら
れると、コンデンサＣｓ５のスイッチ７側の電位は接ｌ
ＩＩ！電位となるので、コンデンサＣｓ５の予／ｆａ′
Ｆｆ１離電極３ｂ側の電位は、コンデンサＣｓ５に充電
された極性と逆の極性で予ｍｍｐｔｉ、電極３ｂに加わ
る。−方、予備電離電極３ａは接地電位なので、ギャッ
プ４には高電圧が加わり、ギャップ４でスパーク放電が
発生する。このスパーク放電により発生する紫外線によ
って、主ＩＩｆ！ｌ、２間のレーザガスが予備電離され
る。また、コンデンサＣｓ５に蓄えられた電荷は、スイ
ッチ７−コンデンサＣｓ５−予備電離電極３ｂ−ギャッ
プ４−子備電離電極３ａ−主電極１−コンデンサＣｂｌ
Ｏの経路で流れ、コンデンサＣｂ　１０が充電されてい
く。この様にしてコンデンサＣｂｌＯの電圧が１−昇し
て、主電極１．２間に加わる電圧がレーザガスの放電破
壊電圧以上に達すると、主電極１，２間にグロー放電１
１が形成され、レーザガスが励起され、図示していない
光共振器の作用でレーザ光が紙面垂直方向に出射される
。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の様な従来のパルスレーザ装置において
は、主電極１．２によって構成される主放電空間を一様
に予備電離することが、主放電の安定性や発振効率を高
める上で重要な課題とな−）でいる。そのため、予備電
離電極３をできるだけ主放電空間に近付け、予＃Ｉ電離
電極の配設位置及び紙面垂直方向の間隔等を最適化する
必要があった。また、予＃Ｉ電離電極において点弧させ
るスパーク放電から発生する不純物ガスや金属粒子が、
主放電の安定性の低下やレーザガスの寿命低減をもたら
していた。さらに、予備電離電極３はスパーク放電によ
って損耗するため、スパーク放電の開始時間がばらつき
、レーザ出力の変動が増加するといった欠点があった。

また、寿命がきた予備電離電極３を適宜交換する必要が
あった。さらに、予備電離電極はレーザガス中に突出し
て配設されるため、主電極近傍のガス流速分布を乱す結
果となり、主放電電流の注入密度に粗密ができ、放電安
定性の低下や発振効率の低下を招いていた。

この様に、従来の予備電離方式においては、予備電離電
極の長寿命化が図れず、レーザ運転動作範囲の拡大、発
振効率の向」二が実現できなかった。

本発明は、以上の欠点を解消するために提案されたもの
で、その目的は、−様な予備電離を可能として、レーザ
発振効率を向上させ、また、予備電離電極の長寿命化を
図り、レーザ放電とレーザ出力の長期安定化を可能とし
た、高性能で長寿命のパルスレーザ装置を提供すること
にある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、レーザガス循環用送風機と熱交換機を備えた
レーザ風胴内に一対の主電極を対向配置し、前記主電極
間にレーザガスを循環させるパルスレーザ装置において
、前記主電極のレーザガス流路の上流側に予備放電発生
用電極を配置し、この予備放電発生用電極を予備電離用
電源に接続し、また、前記主電極を主電源に接続し、前
記両電源をそれらの大切を制御するタイミング制御装置
に接続したことを特徴とするものである。

（作用） 本発明のパルスレーザ装置においては、主放電空間と離
れた部位に配設された予備放電発生用電極において予備
電離放電を点弧し、この予備電離放電によって生成され
るプラズマを、レーザ風胴内を循環するガス流によって
主放電空間に導くことによって、予備電離放電を得るこ
とができる。

また、予備放電発生用電極条件を主放電電極と独立して
設定することが可能となり、適宜必要量の予備電離プラ
ズマを発生させることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。なお、第３図に示した従来型と同一
の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

本実施例においては、第１図に示した様に、レーザガス
循環用送風機１．２と熱交換機１３を備えたレーザ風胴
１４内に、一対の主電極１，２が対向配置され、前記主
電極１．２間にレーザガス１５を循環させるように構成
されている。また、−対の予備放電発生用電極１６が、
前記主電極１゜２のレーザガス流路の」二流側に対向配
置され、レーザ風胴１４の外部に設けられたＴ−備電離
用電源１７に接続されている。さらに、主電極１．２は
主電源１８に接続され、前記予６ｉ電離用重源１７と共
にタイミング制御装Ｆｔ１９に接続されている。

なお、前記予備放電発生用電極１６は、中心導体の表面
を高誘電率材料で被覆して構成されている。

また、主電極１，２に近接する部位には、絶縁物２０が
配設されている。さらに、紙面垂直方向には、磁界発生
装置と光共振器（図示せず）が配設されている。

この様な構成を有する本実施例のパルスレーザ装置は、
以下に述べる様に作用する。即ち、初期状態では、主電
極１．２及び予備放電発生用電極１６には電圧は加わっ
ていない。そして、第２図に示す時刻１−０において、
タイミング制御装置１９からの指令によって予備電離用
電源１７が動作し、時刻１＝０からｔ＝１までの間、予
備放電発生用電極１６に高電圧パルスが印加される。こ
の予備放電発生用電極】６の表面は高誘電率材料で覆わ
れているので、一対の予備放電発生用電極１６間には、
時刻ｔ−０からｔ−１までの間、−様なパルス状予備グ
ロー放電２１ａが発生する。

このパルス状予備グロー放電２１ａは、循環するレーザ
ガス流の作用でガス流路の下流側に移動していく。そし
て、時刻ｔ＝２で予備放電発生用電極１６と主電極１．
２の中間（第２図中２１ｂで示す位！りまで移動し、時
刻ｔ＝３では主電極１゜２間に到達する。一方、主電源
１８には、前記時刻ｔ−３においてタイミング制御装置
１９から指令が送られ、時刻ｔ−３からｔ−４までの間
、主電極１，２間に主放電パルス電圧が印加される。

その結果、主電極１．２間にグロー放電１１が点弧し、
図示していない光共振器の作用によって、紙面垂直方向
にレーザ光が出射される。この様な予備電離放電及び主
放電が、タイミング制御装置１９からの指令に基づいて
、所定の間隔をおいて繰り返し点弧される。即ち、第２
図に示した様に、ｔ＝６において、タイミング制御装置
１９からの指令によって予備電離用電源１７が動作し、
時刻ｔ＝６からｔ＝７までの間、予備放電発生用電極１
６に高電圧パルスが印加され、一方、主電源１８には、
時刻ｔ＝９においてタイミング制御装置１９から指令が
送られ、時刻ｔ−９からｔ−１０までの間、主電極１．
２間に主放電パルス電圧が印加される。また、予備電離
用電源１７と主電源１８とが共にタイミング制御装置１
９に接続されているため、予備放電発生用電極条件を主
放電電極と独立して設定することが可能となり、適宜必
要量の予備電離プラズマを発生させることができる。

なお、レーザ風胴１４内に設置されたレーザガス循環用
送風機１２の作用で、第１図中の矢印方向にレーザガス
１５の流路が形成され、また、熱交換機１３によって、
土竜ｔｉｉ１．２間のグロー放電により発生する熱を除
去することができるように構成されている。

この様に、本実施例によれば、主電極１．２と離れた位
置に配設した一対の予備放電発生用電極１６において予
備電離放電を点弧し、この子！電離放電によって生成さ
れるプラズマを、レーザ風胴１４内を循環するレーザガ
ス流によって主放電空間に導き、予備電離効果が得られ
るようにしたため、従来のスパーク放電を不要とするこ
とができる。その結果、スパーク放電による不純物ガス
や金属粒子の発生を防止することができるので、主放電
の安定性を維持し、レーザガスの寿命の低減を防止する
ことができる。また、スパーク放電が発生しないので、
予備放電発生用型ＩＩＶ！１６がｌａ耗することがなく
、予備放電発生用電極１６の寿命を長期間にわたって維
持することが可能となる。

さらに、予備放電発生用電極１６が主電極から離れた位
置に配設されているため、主電極近傍のガス流速分布を
乱すこともなく、放電の安定性及び発振効率の向」二が
実現できる。また、Ｐ備放電発生用電極条件を主放電電
極と独立して設定することが可能となり、適宜、必要量
のＴ−備電離プラズマを発生させることができる。

なお、本発明は上述［７た実施例に限定されるものでは
なく、予備グロー放電の発生手段としては、高周波電磁
界によるもの、電子線によってプラズマを発生ずるもの
、紫外線照射によってプラズマを発生するもの等、種ｌ
・の手段を適用することができる。

「発明の効果１ 以」二述べた様に、本発明によれば、主電極のレーザガ
ス流路の上流側に予備放電発生用電極を配置し、この予
備放電発生用電極を予備電離用電源に接続し、また、主
電極を主電源に接続し、さらに両電源をそれらの大切を
制御するタイミング制御装置に接続することによって、
−様な予備電離を可能として、レーザ発振効率を向」二
させ、また、予備電離電極の長寿命化を図り、レーザ放
電とレーザ出力の長期安定化を可能とした、高性能で長
寿命のパルスレーザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパルスレーザ装置の一実施例を示す構
成図、第２図は第１図に示した実施例の作用を示す図、
第３図は従来のパルスレーザ装置の一例を示す構成図で
ある。 １．２・・・主電極、３ａ、３ｂ・・・予備電離効果、
４・・・ギャップ、５・・・コンデンサＣｓ、５・・・
充電用インダクタンス、７・・・スイッチ、８・・・充
電抵抗、９・・・高圧電源ＨＶ、１０・・・コンデンサ
Ｃｂ、１１・・・グロー放電、１２・・・レーザガス循
環用送風機、１３・・・熱交換機、１４・・・レーザ風
胴、１５・・・レーザガス、１６・・・予備放電発生用
電極、１７・・・予備電離用電源、１８・・・主電源、
１９・・・タイミング制御装置、２０・・・絶縁物。 １つダイミンク”？１４Ｐ舊−１ （ 第 図 第 ２ 図 へり 第　３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　レーザガス循環用送風機と熱交換機を備えたレーザ風
   胴内に一対の主電極を対向配置し、前記主電極間にレー
   ザガスを循環させるパルスレーザ装置において、 前記主電極のレーザガス流路の上流側に予備放電発生用
   電極を配置し、この予備放電発生用電極を予備電離用電
   源に接続し、また、前記主電極を主電源に接続し、前記
   両電源をそれらの入切を制御するタイミング制御装置に
   接続したことを特徴とするパルスレーザ装置。