JPH0342710B2

JPH0342710B2 -

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Publication number: JPH0342710B2
Application number: JP61061008A
Authority: JP
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1991-06-28
Also published as: FR2579382B1; JPS61224383A; FR2579382A1; US4698819A; DE3606578A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザー管特にガスレーザ管あるい
は金属蒸気レーザー管用電源装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザー管を用いる場合には、まずレーザー媒
体のイオン化（以下前駆イオン化と呼ぶ）を行
い、次にこの前駆イオン化されたプラズマに大電
力パルスを加えてレーザーを励起させることが必
要であることは周知である。これは、分布反転す
なわち励起された分子の数が低エネルギーレベル
の分子のそれを上まわる励起状態への分子の遷移
の生じる時間内に行われる。レーザー放出は、こ
の励起された分子が低レベル状態にもどる際に生
じる。

横励起型ガスレーザー、例えばエキシマ
（excimer）レーザーの場合には、レーザー媒体
の前駆イオン化にはＸ線または紫外線が頻々用い
られる。しかしながら、Ｘ線あるいは紫外線によ
る前駆イオン化装置は高価であり且つ大型であ
り。更に金属蒸気レーザーの場合には、高周波放
電（１〜100KHz）、低放電電流（100〜1000A）
および縦励起、すなわちレーザビームの出力方向
に平行な電界の使用のためにＸ線または紫外線を
前駆イオン化に用いることが出来ない。この種の
レーザーでは、前駆イオン化を放電により行うの
が普通である。前駆イオン化中に共振回路により
得られるエネルギーは部分的にコンデンサに蓄え
られ、レーザー管内に放電がはじまるときにレー
ザー管に放出される。しかしながら、このコンデ
ンサの放電は制御不能であり、従つて放電の瞬間
にプラズマが充分にイオン化されないことも生じ
うる。その場合には、レーザー管のインピーダン
スは、例えば電界（100V／cmと200V／cmの間で
最適となる）あるいはプラズマに送り込まれるエ
ネルギーの密度（1mJ／cm³が最適）のような放電
パラメータの最適化には望ましくない状態とな
る。

更に、金属蒸気レーザーで高出力を得ようとす
れば、レーザー管の容積を増さなければならな
い。従つて、プラズマ単位体積当りのレーザー出
力エネルギーが減少することになるが、その場合
には次のような現象が生じる。

イ）プラズマ内の再結合に要する時間が長くな
り、そして低放電周波数の使用が不可欠とな
る。これにより、通常繰返し周波数によりきま
る残留イオン化損失が生じる。それ故、管内に
放電が生じるまでの時間がますます長くなる。

ロ）励起回路が管の容積に比例する性能をつく
り出さねばならない。これは、放電周波数の低
下とは相いれないものである。

ハ）レーザー管の寸法を増大する場合には、管
のインダクタンスが増加し、抵抗が減少する。
その結果、電流の立上り時間が長くなり、そし
て分布反転が維持出来る約50nsの最大時間より
一般に長くなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のガスレーザーにおける上記したＸ線ある
いは紫外線あるいは放電を利用しての励起に固有
の欠点を解決することが本発明の目的であり、レ
ーザー媒体の適正な前駆イオン化およびレーザー
管内での高速励起を生じさせるような放電をつく
り出すことの出来るレーザー管用の電源装置を提
供する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、本発明により、レーザー管の電
極用前駆イオン化パルスを供給するための第１回
路と、レーザー管の電極用励起パルスを供給する
ための第２回路と、前記第１回路と第２回路とを
切離すための分離手段とを有するレーザー管用電
源装置において、単一の直流電源装置が前記の第
１回路および前記の第２回路に接続されているこ
と、および前記分離手段が前記前駆イオン化パル
スと前記励起パルスとを同期化させるトリガー可
能なスイツチを含むことにより達成される。

〔作用〕

この電源装置によれば、前駆イオン化パルスが
レーザー管を望ましい状態にし、励起パルスがレ
ーザー媒体内に必要な時間だけ分布反転をつくり
出すことが出来る。

上記同期化手段は前駆イオン化回路と励起回路
との間に配置されるトリガー可能なスイツチから
成る。これによれば、励起放電の瞬間がスイツチ
をトリガーすることだけで決定出来る。

このスイツチは磁気的に動作するものであれば
よく、その場合にはスイツチのコアを飽和させる
ことによりトリガーを自動的に行うことが出来
る。

他の実施例によれば、この磁気的に動作するス
イツチのリセツト電流を調整する装置を設ける。
これによりレーザー管の励起パルスをトリガーす
る時点をリセツト電流の適正な決定により管の動
作条件に容易に合わせることが出来るようにな
る。

本発明の第一の実施例においては、電源装置は
前駆イオン化回路と励起回路とに共通のインダク
タンスと阻止ダイオードを有する。前駆イオン化
回路は、前駆イオン化インダクタンスを介して阻
止ダイオードとパルストリガー装置とに接続する
第１端子を有する前駆イオン化コンデンサを含ん
でいる。レーザー管の一端子に接続するこのコン
デンサの第２端子は、レーザー管に並列のインピ
ーダンスと磁気動作するスイツチの第１端子とに
接続する。励起回路は第１励起コンデンサを含
み、その第１端子は励起インダクタンスを介して
阻止ダイオードに接続し、第２端子は上記スイツ
チの第２端子とレーザー管に並例となつた第２励
起コンデンサとに接続する。従つて、前駆イオン
化相において前駆イオン化コンデンサがレーザー
管に前駆イオン化パルスを送り込み、第１励起コ
ンデンサが第２励起コンデンサに送られるべきエ
ネルギーを得るようになつており、励起相におい
ては磁気動作するスイツチのコアが飽和すると直
ちに第２励起コンデンサが励起パルスを送り出す
ようになつている。

前駆イオン化回路は、可飽和コアを有する昇圧
変圧器の１次巻線を含んでいる。この１次巻線の
第１端子はパルス形成装置のレーザー管、それに
並列のインピーダンスおよびトリガー可能なスイ
ツチの第１端子に接続する。この励起回路は可飽
和コアを有する変圧器の２次巻線を含み、この巻
線はスイツチの第２端子に接続するインダクタン
スに直列となつており、その第２端子はレーザー
管の第２端子に接続する。従つて、この変圧器の
１次巻線を通る前駆イオン化電流の流路は、スイ
ツチのリセツトおよび変圧器コアの連続した非飽
和をもたらすものであり、それにより前駆イオン
化パルスの終端においてこの励起回路はレーザー
管に励起パルスを送り込む態勢となる。

〔実施例〕

第１図に示す電源装置は、直流電源１およびそ
れに接続するインピータンス２とコンデンサ３か
らなるフイルタ回路を含んでいる。このフイルタ
回路には、前駆イオン化回路（第１回路）と励起
回路（第２回路）に共通のインダクタンス４と阻
止ダイオード５からなる装置が接続する。前駆イ
オン化回路は前駆イオン化コンデンサ６を含み、
このコンデンサの第１端子７は前駆イオン化コイ
ル９を介してインダクタンス４とサイラトロンの
ようなパルストリガー装置８に接続し、第２端子
１０はレーザー管１２の第１端子１１と、磁気的
に動作するスイツチ１５の第１端子１４と、この
管に並列のインピーダンス１３とに接続する。レ
ーザー管１２の第２端子は、接地点を介してイン
ダクタンス１３の第２端子とパルストリガー装置
８に接続する。

この実施例では、前駆イオン化回路はレーザー
管１２とインピーダンス１３とに並列のコンデン
サ１６を含んでいる。

励起回路は第１励起コンデンサ１７を含み、そ
の第１端子１８は励起インダクタンス１９により
インダクタンス４に接続し、第２端子２０はスイ
ツチ１５の第２端子２１とレーザー管１２に並列
の第２励起コンデンサ２２に接続する。

磁気的に動作するスイツチ１５は、前駆イオン
化回路を励起回路から切離すためのトリガー可能
なスイツチであり、後述する前駆イオン化パルス
と励起パルスの同期化装置を構成する。

一方、更にスイツチ１５のリセツト電流を調整
するための装置が設けてある。この装置は可変イ
ンピーダンス回路を含んでおり、例えばエミツタ
とコレクタに直列となつたインダクタンス２４と
ダイオード２５からなる保護回路を有するトラン
ジスタ２３で構成出来る。

この実施例の動作を次に述べる。

サイラトロン８がトリガーされない期間、すな
わちその格子にパルスがない期間には、インピー
ダンス１３を通じて前駆イオン化コンデンサ６が
直流電源１により充電される。励起コンデンサ１
７もスイツチ１５、インピーダンス１３、ダイオ
ード２５、インダクタンス２４およびトランジス
タ２３からなる回路を通じて充電する。励起コン
デンサ１７の充電電流は、スイツチ１５がそのリ
セツトによりその磁心が非飽和となり開くと同時
に生じる。他方、スイツチ１５の閉成時点は、い
くつかのフアクタ、すなわち磁気回路のパラメー
タ（横断面積、巻回数、磁気回路の長さ）、その
端子における電圧変動、リセツト時と飽和時間の
磁心の磁気誘導の変動によりきまるものであるこ
とは周知である。磁気誘導の変動自体は、リセツ
ト電流によりきまるものである。これらパラメー
タは構造により固定されるものであり、そして電
圧変動は全体の回路により同じく決定されるもの
であることを考慮すると、スイツチ１５の閉成時
点はリセツト電流によつてのみ決定される。本発
明によれば、このリセツト電流は、インダクタン
ス２４とダイオード２５により保護されるトラン
ジスタ２３で形成される可変インピーダンスへ流
れるコンデンサ１７の充電電流の部分により決定
される。それ故、トランジスタ２３に入る電流部
分はスイツチ１５には流れないことは明らかであ
る。従つて、スイツチ１５の磁心の磁気誘導の変
動、すなわちスイツチ１５の閉成時点はトランジ
スタ２３の利得によりきまる。

サイラトロン８の格子にパルスがある時はこの
スイツチは閉成し、それによりインダクタンス９
により抑えられる前駆イオン化コンデンサ６の放
電によつて前駆イオン化パルスが発生する。この
放電の初期にレーザー管１２のインピーダンスは
極めて大であり、前駆イオン化コンデンサ６によ
り与えられるエネルギーはコンデンサ１６に部分
的に蓄えられる。レーザー管１２が部分的に導通
状態となると、コンデンサ１６は、このコンデン
サ１６をレーザー管１２に接続する回路のインダ
クタンスの低下により、レーザー管１２に高速で
放電し、レーザー管１２の前駆イオン化を完了す
る。

レーザー管１２の前駆イオン化状態におけるサ
イラトロン８の閉成により、第１励起コンデンサ
１７から第２励起コンデンサ２２への電荷の転移
が生じる。これに関し、第１および第２励起コン
デンサ１７，２２は、好適には同一または同程度
の容量を有すべきである点に注意しなければなら
ない。コンデンサ１７から２２への電荷の転移
は、インダクタンス１９により比較的低速で行わ
れる。

第２励起コンデンサ２２の端子電圧が充分高く
且つレーザー管の端子電圧が充分低い、すなわち
前駆イオン化−放電の終期において、スイツチ１
５に電流が流れはじめる。スイツチ１５の磁心が
飽和すれば、そのスイツチは閉じ、すなわちその
インダクタンスはレーザー管１２のそれより著し
く小さくなる。このときコンデンサ２２は、レー
ザー管１２に急激に放電して励起パルスを形成す
る。

従つて、前駆イオン化パルスと励起パルスの同
期化は、スイツチ１５をトリガーすることによ
り、そして特にこのスイツチの特性にもとづきそ
のリセツト電流を決定することにより得られる。
またインダクタンス９と１９は、組込まれている
回路内の電流の上昇を抑えてサイラトロン８を保
護するだけでなく、前駆イオン化パルスと励起パ
ルスの同期化の調整をも可能にするものがある。

第２図は、本発明の他の実施例を示すものであ
る。図中、第１図と同一参照数字で示される部分
は、第１図と同じものを示している。

前の実施例におけると同様に、第２図の電源装
置はフイルタ回路の前に直流電源１を有してい
る。このフイルタは、インピーダンス２とコンデ
ンサ３からなる。この直流電源１は低圧共振回路
２６に接続されており、回路２６は周知のように
可飽和共振コイル２７、阻止ダイオード３１、コ
ンデンサ２８、インダクタンス２９、パルストリ
ガーサイリスタ３０（好適には数個のサイリスタ
３０を使用してそれらに加わる電位差を小さくす
る）、阻止ダイオード５４および保護インピーダ
ンス５５から構成されている。共振回路２６は昇
圧変圧器の１次巻線３２に接続し、その２次巻線
はカスケード接続した一連のパルス圧縮段３５．
１，３５．２…３５．ｎに接続する。圧縮段３
５．１は磁気的に動作するスイツチ３６．１とコ
ンデンサ３７．１を含み、高圧共振回路を形成
し、これは変圧器３３の２次巻線３４からのパル
スと比較してより幅の狭いパルスを発生する。ス
イツチ３６．１は、リセツト回路３９．１に接続
するリセツトループ３８．１を有する。リセツト
回路３９．１は、周知のように、可飽和共振コイ
ル４．１、阻止ダイオード４５．１、コンデンサ
４１．１、可変インピーダンス４２．１、インダ
クタンス４３．１、リセツトパルスをトリガーす
るためのサイリスタ４４．１および充電ダイオー
ド５６．１からなる。

このカスケード接続されたすべての圧縮段は、
圧縮段３５．１と同様の構成を有するが、利得は
段間に充分高いエネルギー転移を得るために段か
ら段に減少するものであり、それと同時に高圧パ
ルスの圧縮を行うものである。段数は元のパルス
の幅の関数として決定されるものであつて、段３
５．ｎからの最終パルスはレーザー管１２の特性
によりきまる。特にガスレーザーについては、段
数ｎは最終パルスの幅が約150〜200nsとるように
決定される。

この実施例では、前駆イオン化回路は可飽和磁
心４７を有する昇圧変圧器の１次巻線４６を含
み、この巻線４６はパルス形成装置の最終のスイ
ツチ３６．ｎの出力端子に接続する第１端子４８
と、レーザー管１２の端子、それに並列のインピ
ーダンス１３およびスイツチ１５の第１端子１４
に接続する第２端子５３とに接続する。励起回路
は、スイツチ１５の第２端子２１に接続する励起
インダクタンス１９に直列の変圧器４７の第２巻
線４９と、励起コンデンサ２２とからなり、コン
デンサ２２の第１端子はスイツチ１５の第２端子
２１に、そして第２端子は接地回路を通じレーザ
ー管１２の第２端子に接続する。

同様に、この回路はスイツチ１５のリセツト電
流の取出しループを有する。このループはトラン
ジスタ２３を含み、このトランジスタのエミツタ
−コレクタ回路はインダクタンス２４とダイオー
ド２５に直列に接続する。可飽和磁心４７を有す
る変圧器は、直流電源５１から連続的に給電され
る飽和ループ５０を含み、このループ５０の電流
は、可変抵抗５２により調整される。

この実施例は、次のように動作する。

サイリスタ３０によるパルストリガーがない場
合、飽和ループ５０の直流電流が変圧器４７の磁
心を飽和させ、１次および２次巻線４６と４９が
分離される。パルスがサイリスタ３０によりトリ
ガーされると、そのパルスは変圧器３３にそして
圧縮段３５．１，３５．２，…３５．ｎへと入
り、磁気的に動作するスイツチ３６．１，３６．
２，…３６．ｎを次々に閉じさせる。スイツチ３
６．ｎが閉じた時点で、コンデンサ３７．ｎがレ
ーザー管１２に放電を開始してそれを前駆イオン
化状態にさせ、それと同時にスイツチ１５のリセ
ツトを行う。それ故、リセツト電流がスイツチ１
５とトランジスタ２３を通り、ループ、励起イン
ダクタンス１９および２次巻線４９へと流れる。
ループ５０の電流より高い前駆イオン化電流によ
り、変圧器４７の可飽和磁心の飽和解除が保証さ
れる。変圧器４７が非飽和となると、コンデンサ
３７．ｎ内のエネルギーの大部分が、励起コンデ
ンサ２２を変圧器４７の変圧比に従う電圧まで充
電するために使用される。励起コンデンサ２２の
電圧がレーザー管１２のそれより高くなると、ス
イツチ１５が閉じる時点まで電流がスイツチ１５
に流れはじめ、励起コンデンサ２２のレーザー管
１２への急激な放電を可能にしそして励起パルス
を発生する。

第１の実施例におけるように、この実施例で
も、スイツチ１５の閉成時点は、トランジスタ２
３のインピーダンスによりきまるスイツチ１５の
リセツト電流により前もつて調整される。

この第２の実施例は、第１の実施例のサイラト
ロン８の代りに半導体装置により形成しうるもの
であり、そしてそれ故素子寿命が長いことから第
１の実施例よりも経済的である。

当然本発明は、これら二つの実施例に限定され
るものではなく、種々の変更が可能である。特に
磁気的に動作するスイツチ１５は、複数のそのよ
うなスイツチを用いて形成してもよく、あるいは
等価なトリガー可能なスイツチを用いてもよい。

同様に、スイツチ１５のリセツト電流のループ
内のトランジスタ２３も、可変インピーダンスを
与えることの出来る他の装置に置換えることが出
来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小型且つ安価な前駆イオン化
装置が得られ、そのコンデンサの放電の制御は極
めて容易となる。また残留イオン化損失が少く、
レーザー管自体を大型にする必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図は本発明の他の実施例を示す回路図である。１…直流電源、２…インピーダンス、８…サイ
ラトロン、１２…レーザー管、１３…インピーダ
ンス、１５…磁気的に動作するスイツチ、２６…
低電圧共振回路、２７…可飽和共振コイル、３０
…サイリスタ、３２…１次巻線、３３…昇圧変圧
器、３４…２次巻線、３５．１…３５．ｎ…圧縮
段、３６．１…３６．ｎ…磁気的に動作するスイ
ツチ、３８．１…３８．ｎ…リセツトループ、３
９．１…３９．ｎ…リセツト回路、４０．１…４
０．ｎ…可飽和共振コイル、４２．１…４２．ｎ
…可変インピーダンス、４４．１…４４．ｎ…サ
イリスタ、４６…１次巻線、４７…可飽和磁心、
４９…２次巻線、５０…飽和ループ、５１…直流
電源、５２…可変抵抗、５５…インピーダンス。

Claims

【特許請求の範囲】１レーザー管の電極用前駆イオン化パルスを供
給するための第１回路と、レーザー管の電極用励
起パルスを供給するための第２回路と、前記第１
回路と第２回路とを切離すための分離手段とを有
するレーザー管用電源装置において、ａ）単一の直流電源装置１が前記の第１回路
４，６；３６．ｎ，４６および前記の第２回路
１７，２２；４９，２２に接続されているこ
と、およびｂ）前記分離手段が前記前駆イオン化パルスと
前記励起パルスとを同期化させるトリガー可能
なスイツチ１５を含むことを特徴とするレーザー管用電源装置。２前記トリガー可能なスイツチが磁気的に作動
されるスイツチであることを特徴とする、特許請
求の範囲第１項記載の電源装置。３前記スイツチ１５のリセツト電流２３用の調
整装置を更に含むことを特徴とする、特許請求の
範囲第２項記載の電源装置。４前記調整装置が前記スイツチ１５に接続する
閉回路内に配置される可変インピーダンス回路２
３を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第３
項記載の電源装置。５前記可変インピーダンス回路が直列接続する
インダクタンス２４とダイオード２５により保護
されるトランジスタ２３から成ることを特徴とす
る、特許請求の範囲第４項記載の電源装置。６電源装置が前記第１回路と第２回路内に配置
されるインダクタンス４と阻止ダイオード５を更
に含むこと、上記第１回路が前駆イオン化インダ
クタンス９を介して上記阻止ダイオード５と前記
トリガー措置８に接続する第１端子７と前記レー
ザー管１２の端子１１、このレーザー管に並列の
インピーダンス１３および前記スイツチ１５の第
１端子に接続する第２端子１０を有する前駆イオ
ン化コンデンサ６を含んでいること、そして上記
第２回路が励起インダクタンス１９を介して上記
阻止ダイオードに接続する第１端子１８と上記ス
イツチ１５および上記レーザー管１２に並列の第
２励起コンデンサ２２に接続する第２端子２１を
有する第１励起コンデンサ１７を含んでいること
を特徴とする、特許請求の範囲第３項記載の電源
装置。７前記パルス形成装置が、昇圧変圧器３３の１
次巻線３２に接続する低電圧共振回路２６と、上
記変圧器３３の２次巻線３４に接続する１群のパ
ルス圧縮段３５．１〜３５．ｎとを含んでいるこ
と、および前記パルストリガー装置３０が上記低
電圧共振回路２６に組込ま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５項の１つに
記載する電源装置。８前記圧縮段３５．１〜３５．ｎの夫々がコン
デンサ３７．１〜３７．ｎおよびリセツトループ
３８．１〜３８．ｎを有する磁気的に動作するス
イツチ３６．１〜３６．ｎからなる共振回路を含
むことを特徴とする、特許請求の範囲第７項記載
の電源装置。９前記第１回路が、可飽和コア４７を有し前記
パルス形成装置３６．ｎに接続する第１端子４８
と前記レーザー管１２の端子、このレーザー管に
並列のインピーダンス１３および前記スイツチ１
５の第１端子１４に接続する第２端子５３を有す
る昇圧変圧器の１次巻線を含んでいること、およ
び前記第２回路が、上記スイツチの第２端子２１
に接続する励起インダクタンスに直列となつた上
記変圧器の２次巻線４９と、上記スイツチの第２
端子２１に接続する第１端子と、上記レーザー管
の第２端子に接続する第２端子を有するコンデン
サ２２とから成ることを特徴とする、特許請求の
範囲第７項または第８項記載の電源装置。