JPH0344429B2 - - Google Patents
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、気体レーザのうち、放電励起型短パ
ルスレーザを対象とするものであつて、特にその
電極構造に関するものである。 〔従来の技術〕 レーザ発振を得るためには、レーザ媒質中で空
間的に均一な放電を行うことが必要条件である。 ところが、エキシマレーザやTEACO2レーザ
などの短パルスレーザにおいては、その動作圧力
が数気圧という高圧であるため、放電が収束した
アークになり易い。これを防ぐため、主放電に先
立つて予め主放電領域に均一に電子の種をばらま
いておく予備電離を行うことが通例となつてい
る。 以下、第７図〜第１０図をもとに従来の技術に
ついて説明する。 第７図は、例えば（佐藤他、エレクトロニク
ス：８月号、881P（1983））などに示されている
UV予備電離方式エキシマレーザ装置を示す断面
図であり、図において、１は高電圧電源、２はキ
ヤパシター、３は高抵抗、４はコイル、５はキヤ
パシター、６ａ，６ｂは予備電離ピン、７はギヤ
ツプ、８は陰極、９は陽極、１０は主放電域、１
１はスイツチである。 第８図は、後述するような上記従来例の欠点を
補うべく改良された他の従来例であり、例えば
（J.Lachambre et al.、IEEE Journal of
Quantum Electronics：vol.QE−９、No.４、
459P（1973）、M.Blanchard et al.、Journal of
Applied Physice：vol.45、No.３、1311P（1974））
などに示されているTEACO2レーザ装置を示す
断面図である。但し、第８図の回路系は、第７図
のものと同一のものとしたため、これら文献例と
は多少異なつている。図において、１２は誘導
体、１３はキヤパシター、１４は補助電極、１５
はメツシユ陰極、１６は予備放電域である。 第９図は、上記第８図の変形例であつて、例え
ば（Y.Pan et al.、The Review of Scientific
Instruments：vol.43、No.４、662p（1972））に示
されているTEACO2レーザ装置の電極部構造を
示す断面図である。図において、１７はパイレツ
クスガラス管、１８は導線、１９は予備放電空
間、２０は銅製給電部、２１はプラスチツク支持
台、２２は絶縁物である。 第１０図は第８図の他の変形例であり、各番号
は第８図および第９図中のものと同一部分を示
す。 次に、これらの従来例の動作について説明す
る。 第７図において、高電圧電源１から供給される
電荷は、まずキヤパシター２に蓄積される。次い
で、スイツチ１１が導通状態になると、キヤパシ
ター２からスイツチ１１、さらにアースラインを
介して陽極９と予備電離ピン６ｂを通り予備電離
ピン６ａ、キヤパシター５、コイル４を経てキヤ
パシター２にもどるという電流ループによつて、
キヤパシター２に蓄積されていた電荷は、キヤパ
シター５に移行される。この移行過程の際に、予
備電離ピン６ａ，６ｂ間に設けられた微小なギヤ
ツプ７においてアーク放電が起こり、このアーク
放電から紫外光が発生する。この紫外光によつて
主放電域１０において光電離が起こり（以下、紫
外光予備電離と称する）、主放電域１０に104〜
106個／cm2以上の電子が空間的に均一に供給され、
主放電の際に局部的にストリーマが成長するのを
押え、アーク放電を抑制する動きをする。一方、
この間にもキヤパシター５への電荷の移行は進行
しており、陰極８と陽極９の間の電圧は上昇して
いる。やがて、この電圧が破壊電圧に達すると、
上記予備電離の効果によつて主放電域１０におい
て空間的に均一なパルス放電が得られる。 第８図の動作は、予備電離部を除いて、第７図
と同様であるので、ここでは予備電離の動作機構
を説明する。スイツチ１１が導通状態になる以前
においては、メツシユ陰極１５と補助電極１４の
間にはほとんど電位差が生じていないが、スイツ
チ１１が導通状態となり、キヤパシター２からキ
ヤパシター５への電荷の移行が始まると、メツシ
ユ陰極１５と補助電極１４との間に高い電界が発
生し、予備放電空間１６において誘電体１２を介
した放電が起こる（以下、この過程を気中予備放
電と称する）。この放電より発生する紫外光は、
上記第７図のようなアーク放電からのものよりも
弱く、紫外光予備電離の効果も弱まるが、この従
来例の場合は、むしろ予備放電空間１６で生成し
た電子の一部がメツシユ陰極１５を通りぬけ主放
電域１０の空間のうちメツシユ陰極１５の近傍に
直接供給され、これが主放電を空間的に均一に起
こさせる種電子となるという予備電離機構が考え
られている。 第９図は第８図の変形で、補助電極を導線１８
として、これをプラスチツク支持台２１で支えら
れた誘電体であるパイレツクスガラス管１７中に
配置し、各導線１８を銅製の給電部２０に接合し
て同電位に保持しているものである。また、陰極
８は予備放電空間１９において気中予備放電が起
こりやすいように、複数の突起を設けた構造とな
つている。動作機構は上記第８図のものと同様で
ある。 第１０図は第８図における誘電体１２と補助電
極１４をガラス管１８と、その中に通された導線
１７で置き換えたものであり、動作機構は上記第
８図のものと同様である。 ところで、第８図ないし第１０図に示した従来
例において、陰極８またはメツシユ陰極１５とガ
ラス管１７または誘電体１２との間の距離（以
下、予備放電空間の厚みと称する）は、予備放電
空間１９または１６に投入される電力に影響し、
またそれ自身が予備放電空間１６または１９の体
積を決めるものであるから、結果として上記陰極
と平行な面で考えた単位面積当りの電子数を決め
る重要なフアクターである。 第８図の例においては、陽極９とメツシユ陰極
１５との距離に比べて、かなり小さい厚みの予備
放電空間１６が設けられているのが通常である。
この予備放電空間１６の厚みの影響を定量的に観
測した報告例はないが、以下のような傾向がある
ことは明らかである。すなわち、上記予備放電空
間１６の厚みが薄くなるほど、気中予備放電の開
始電圧は小さくなり、上記空間１６への投入電力
も小さくなつてしまう。したがつて、十分な予備
電離効果を得ようとする際には、ある程度の予備
放電空間１６の厚みを設ける必要がある。但し、
予備放電に消費される電力の主放電に消費される
電力に対する割合は、極力少なく押えておく方
が、レーザの電力効率の点からは好ましいので、
上記予備放電空間１６の厚みは、陽極９とメツシ
ユ陰極１５との間の距離（以下、主放電ギヤツプ
長と称する）に比較すれば十分短かいものにとど
めておく方が望ましい。 第９図および第１０図の実施例においても同様
に、ガラス管１７と陰極８もしくはメツシユ陰極
１５との間には、予備放電空間１９が設けられる
ような構造となつている。 次に、第８図ないし第１０図に示した従来例の
予備電離機構について、さらに詳しく言及する。 これらの従来例では第７図の従来例と異なり、
主放電を空間的に均一に起こすために種電子を主
放電域１０の空間全体に均一に供給するのでな
く、陰極の近傍にのみ供給している。この方式の
有効性は次のように説明される。すなわち、例え
ば（J.I.Levattre et al.、Journal of Applied
Physics：vol.51、No.１、210P（1980））に報告さ
れているように、アーク放電を抑制するために
は、空間電荷電界の効果により局所的にストリー
マが進展するのを防げば良いので、陰極近傍に種
電子を供給しておけば、第６図に示すように種電
子は陽極９に引つぱられて電子なだれ２３を形成
するが、やがて電子なだれ２３同志がオーバラツ
プすることにより空間電荷電界の局所的な勾配を
取り除き、ストリーマの暴走を防ぐことができる
のである。 したがつて、陰極と平行な面で考えた単位面積
当りの種電子の数を、できるだけ多く供給した方
が予備電離効果が大きいことになる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上のように構成されている従来の放電励起型
短パルスレーザ装置は、それぞれ次のような問題
点があつた。 第７図に示した装置は、主電極８，９の両側か
ら紫外光によつて予備電離を行う構造であり、紫
外光の浸透深さには限界があるため、主放電域１
０の幅を広げることができず、例えばエキシマレ
ーザにおいては６〜８mm×20〜25mmと言つた長方
形断面のレーザビームしか取り出すことができな
かつた。 第８図に示した従来例は、上記の問題点を解決
するために考えられた構造であり、メツシユ陰極
１５の背面から予備電離するため主放電域１０の
幅を広げることが可能となつている。先述したよ
うにこのタイプの従来例では、通常メツシユ陰極
１５が誘導体１２からある距離を離して設けられ
ている（M.Blanchard et al.、Journal of
Applied Physice：vol.45、No.３、1311P（1974）
の例では３mm）が、以下(イ)，(ロ)のような問題点を
有する。 (イ) メツシユ陰極１５と誘導体１２の間の空間で
生成する電子の内、できる限り多くの電子をメ
ツシユ陰極１５を通りぬけて主放電域に供給し
た方が予備電離効果の点で有利であることは明
らかである。そこで、予備電離空間１６の厚み
をできるだけ薄く、すなわち予備電離空間１６
の体積を小さくしてやれば、気中予備放電入力
密度が増し、メツシユ陰極１５に平行な平面で
考えた場合の単位面積当りの生成電子数を増す
ことになるし、生成した電子がメツシユ陰極１
５に達するまでに分子との衝突により散乱され
る割合やイオンとの再結合により消滅してしま
う割合が減少するので望ましい。しかしなが
ら、従来例においてすでに説明したように、気
中予備放電においては予備電離空間１６の厚み
を薄くして、かつ投入電力を変らない（もしく
は増す）ようにすることは不可能である。 (ロ) レーザのパルス発振を速い繰り返しで行なう
際には陰極１５がイオンの衝突により加熱され
るため、この熱の放散が重要となる。メツシユ
陰極１５と誘導体１２との間では、空間が狭
く、ほとんど対流がない状態であるので、温度
勾配に基づく熱伝達しか起こらない。したがつ
てメツシユ陰極１５と誘電体１２は、できるだ
け近接した方が有利であるが、上述した気中予
備放電の投入電力の減少という問題が生ずる。 第１０図の従来例においても同様の問題点があ
る。第９図の例では、気中予備放電で生じた電子
が主放電域に供給され易い形となつているが、陰
極８の長手方向（紙面に垂直な方向）にわたつて
陰極８の突起部とパイレツクスガラス管１７とを
正確に平行に保つこと、およびパイレツクスガラ
ス管１７の中心に導線１８をまつすぐに通すこと
が事実上難しく、陰極８の長手方向において気中
予備放電が起こりやすい所と起こりにくい所のむ
らが生じるという問題点や、陰極構造そのものが
複雑で製作が困難であるという問題点があつた。 この発明は、誘電体を介した放電を予備放電と
する放電励起型短パルスレーザ装置において、従
来の気中予備放電では切り離せなかつた予備放電
空間の厚みというフアクターと予備放電の投入電
力というフアクターとをそれぞれ独立なものと
し、それによつて予備放電を誘導体表面上のごく
薄い厚みの空間で発生させるという思想に基づい
てなされたもので、具体的には簡易な電離構造
で、かつ誘電体表面上で、主放電域に対応する部
分にわたつて均一で電力密度の高い予備放電を発
生させ、これにより安定性および信頼性が高く、
かつ大口径のレーザビームを取り出すことが可能
な短パルスレーザ装置を得ることを目的とするも
のである。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る放電励起型短パルスレーザ装置
は、レーザ光軸方向を長手方向とし、相対向して
配設された陰極と陽極よりなる主電極と、上記陰
極の背面部に存在し、誘電体を介して上記陰極と
対向する補助電極と、上記主電極間にパルス電圧
を印加するパルス回路と、上記パルス回路の一部
を形成するか、または上記パルス回路とは独立し
たものであつて、上記補助電極と陰極の間に電圧
を印加する回路とを備える放電励起型短パルスレ
ーザ装置において、上記陰極が複数個の開孔部を
有する導電体であり、かつ上記陰極と上記誘電体
とを密着させて配置し、上記誘電体表面に沿面放
電を生成させることにより、上記主電極間で発生
する主放電の種となる電子を分布させるように構
成したものである。 〔作用〕 このような陰極構成においては、予備放電は誘
導体１２の表面に沿つた方向に形成されるため、
放電の維持電圧（ある沿面距離を放電させる際の
放電場にかかる電圧）は、沿面距離によつて決ま
り、予備放電部の厚みには依存しない。したがつ
て、上記沿面距離を大きくとり維持電圧を大きく
することにより投入電力を増す一方、上記予備放
電部の厚みを薄くすれば、極めて微小な体積に大
きな放電電力を投入することが可能となり、放電
電力密度の増大に伴つて誘導体表面の単位面積当
りに生成する電子数が増加すると共に予備放電部
の厚みが薄いことから、上記電子の主放電空間へ
の供給も有利になる。また、放電電力密度を著し
く高めれば、紫外光の発行強度も強くなり、紫外
光予備電離の効果も、かなりプラスされ、上記電
子数のさらなる増加に寄与することになる。 また、複数個の開孔部が予備放電発生箇所を細
分して規制するため予備放電の遍在は起こりにく
く、すべての開孔部に均等に予備放電が起こる。 また、これらの作用に加えて、陰極と誘電体と
を直接接触させているので、第８図および第１０
図に示した従来例に比べて陰極の放熱が容易であ
り、早い繰り返しのパルスレーザ発振にも耐えう
る。 さらに、第９図の従来例に比べると陰極構造が
極めて簡単となり、かつ予備電離空間の厚みも精
度よく設定することができるという効果を得るこ
とができる。 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例として、この発明を
エキシマレーザに適用した場合を例にとり、図を
もとに説明する。 第１図ア，イはこの発明の一実施例に係る陰極
部を示すそれぞれ断面および平面図であり、陰極
部以外は第８図に示す従来例と同一である。図に
おいて、２４は複数個の開孔部２５を有する導電
体、すなわち陰極であり、陰極２４と誘電体１２
とは密着して配置されている。また、補助電極１
４は陰極２４の背面部に存在し、誘電体１２を介
して陰極２４と対向するように配置され、この例
では誘電体１２の内部に埋め込まれている。ただ
し、陰極２４の背面と陽極と対向する面の裏面を
言う。なお、この例では誘導体１２にはアルミナ
を用い、陰極２４はこのアルミナ１２上にニツケ
ルを20μｍの厚みでメツキすることにより形成さ
れた導電膜である。開孔部２５はエツチングによ
り形成されている。 回路系としては第８図に示した従来例と同様の
容量移行方式を用いた。従来例で説明したように
２つのキヤパシターの間で容量移行が行なわれ、
主電極間の電圧が上昇する間に、陰極２４と補助
電極１４との間に電圧が発生し、第４図ア，イに
それぞれ平面図および断面図で示すように陰極２
４の開孔部２５、かつ誘電体１２の表面で沿面放
電２６が起こる。この際、複数個の開孔部２５が
予備放電発生箇所を細分し、かつこの例では均等
に分布して規制するため、予備放電の遍在は起こ
りにくく、すべての開孔部２５に均等に予備放電
が起こる。この沿面放電２６は誘電体１２表面に
沿う方向に起こり、その伸展距離は放電ギヤツプ
にかかる電圧（これを以前に維持電圧と定義し
た。陰極２４と補助電極１４間にかかる印加電圧
とは異なる。）によつて定まる。したがつて維持
電圧は沿面放電２６が開孔部２５を埋めつくすま
で高くすることができ、陰極２４の厚み（沿面放
電２６の厚みにほヾ対応する）には依存しない。
この結果、本実施例においては陰極の厚みを20μ
ｍにまで薄くし、なおかつ十分な電極を予備放電
（本実施例では沿面放電）に投入することができ
る。下表１に、この際の実施諸条件の一例をまと
めると共に、第５図に放電状況の概略を断面図で
示す。
ルスレーザを対象とするものであつて、特にその
電極構造に関するものである。 〔従来の技術〕 レーザ発振を得るためには、レーザ媒質中で空
間的に均一な放電を行うことが必要条件である。 ところが、エキシマレーザやTEACO2レーザ
などの短パルスレーザにおいては、その動作圧力
が数気圧という高圧であるため、放電が収束した
アークになり易い。これを防ぐため、主放電に先
立つて予め主放電領域に均一に電子の種をばらま
いておく予備電離を行うことが通例となつてい
る。 以下、第７図〜第１０図をもとに従来の技術に
ついて説明する。 第７図は、例えば（佐藤他、エレクトロニク
ス：８月号、881P（1983））などに示されている
UV予備電離方式エキシマレーザ装置を示す断面
図であり、図において、１は高電圧電源、２はキ
ヤパシター、３は高抵抗、４はコイル、５はキヤ
パシター、６ａ，６ｂは予備電離ピン、７はギヤ
ツプ、８は陰極、９は陽極、１０は主放電域、１
１はスイツチである。 第８図は、後述するような上記従来例の欠点を
補うべく改良された他の従来例であり、例えば
（J.Lachambre et al.、IEEE Journal of
Quantum Electronics：vol.QE−９、No.４、
459P（1973）、M.Blanchard et al.、Journal of
Applied Physice：vol.45、No.３、1311P（1974））
などに示されているTEACO2レーザ装置を示す
断面図である。但し、第８図の回路系は、第７図
のものと同一のものとしたため、これら文献例と
は多少異なつている。図において、１２は誘導
体、１３はキヤパシター、１４は補助電極、１５
はメツシユ陰極、１６は予備放電域である。 第９図は、上記第８図の変形例であつて、例え
ば（Y.Pan et al.、The Review of Scientific
Instruments：vol.43、No.４、662p（1972））に示
されているTEACO2レーザ装置の電極部構造を
示す断面図である。図において、１７はパイレツ
クスガラス管、１８は導線、１９は予備放電空
間、２０は銅製給電部、２１はプラスチツク支持
台、２２は絶縁物である。 第１０図は第８図の他の変形例であり、各番号
は第８図および第９図中のものと同一部分を示
す。 次に、これらの従来例の動作について説明す
る。 第７図において、高電圧電源１から供給される
電荷は、まずキヤパシター２に蓄積される。次い
で、スイツチ１１が導通状態になると、キヤパシ
ター２からスイツチ１１、さらにアースラインを
介して陽極９と予備電離ピン６ｂを通り予備電離
ピン６ａ、キヤパシター５、コイル４を経てキヤ
パシター２にもどるという電流ループによつて、
キヤパシター２に蓄積されていた電荷は、キヤパ
シター５に移行される。この移行過程の際に、予
備電離ピン６ａ，６ｂ間に設けられた微小なギヤ
ツプ７においてアーク放電が起こり、このアーク
放電から紫外光が発生する。この紫外光によつて
主放電域１０において光電離が起こり（以下、紫
外光予備電離と称する）、主放電域１０に104〜
106個／cm2以上の電子が空間的に均一に供給され、
主放電の際に局部的にストリーマが成長するのを
押え、アーク放電を抑制する動きをする。一方、
この間にもキヤパシター５への電荷の移行は進行
しており、陰極８と陽極９の間の電圧は上昇して
いる。やがて、この電圧が破壊電圧に達すると、
上記予備電離の効果によつて主放電域１０におい
て空間的に均一なパルス放電が得られる。 第８図の動作は、予備電離部を除いて、第７図
と同様であるので、ここでは予備電離の動作機構
を説明する。スイツチ１１が導通状態になる以前
においては、メツシユ陰極１５と補助電極１４の
間にはほとんど電位差が生じていないが、スイツ
チ１１が導通状態となり、キヤパシター２からキ
ヤパシター５への電荷の移行が始まると、メツシ
ユ陰極１５と補助電極１４との間に高い電界が発
生し、予備放電空間１６において誘電体１２を介
した放電が起こる（以下、この過程を気中予備放
電と称する）。この放電より発生する紫外光は、
上記第７図のようなアーク放電からのものよりも
弱く、紫外光予備電離の効果も弱まるが、この従
来例の場合は、むしろ予備放電空間１６で生成し
た電子の一部がメツシユ陰極１５を通りぬけ主放
電域１０の空間のうちメツシユ陰極１５の近傍に
直接供給され、これが主放電を空間的に均一に起
こさせる種電子となるという予備電離機構が考え
られている。 第９図は第８図の変形で、補助電極を導線１８
として、これをプラスチツク支持台２１で支えら
れた誘電体であるパイレツクスガラス管１７中に
配置し、各導線１８を銅製の給電部２０に接合し
て同電位に保持しているものである。また、陰極
８は予備放電空間１９において気中予備放電が起
こりやすいように、複数の突起を設けた構造とな
つている。動作機構は上記第８図のものと同様で
ある。 第１０図は第８図における誘電体１２と補助電
極１４をガラス管１８と、その中に通された導線
１７で置き換えたものであり、動作機構は上記第
８図のものと同様である。 ところで、第８図ないし第１０図に示した従来
例において、陰極８またはメツシユ陰極１５とガ
ラス管１７または誘電体１２との間の距離（以
下、予備放電空間の厚みと称する）は、予備放電
空間１９または１６に投入される電力に影響し、
またそれ自身が予備放電空間１６または１９の体
積を決めるものであるから、結果として上記陰極
と平行な面で考えた単位面積当りの電子数を決め
る重要なフアクターである。 第８図の例においては、陽極９とメツシユ陰極
１５との距離に比べて、かなり小さい厚みの予備
放電空間１６が設けられているのが通常である。
この予備放電空間１６の厚みの影響を定量的に観
測した報告例はないが、以下のような傾向がある
ことは明らかである。すなわち、上記予備放電空
間１６の厚みが薄くなるほど、気中予備放電の開
始電圧は小さくなり、上記空間１６への投入電力
も小さくなつてしまう。したがつて、十分な予備
電離効果を得ようとする際には、ある程度の予備
放電空間１６の厚みを設ける必要がある。但し、
予備放電に消費される電力の主放電に消費される
電力に対する割合は、極力少なく押えておく方
が、レーザの電力効率の点からは好ましいので、
上記予備放電空間１６の厚みは、陽極９とメツシ
ユ陰極１５との間の距離（以下、主放電ギヤツプ
長と称する）に比較すれば十分短かいものにとど
めておく方が望ましい。 第９図および第１０図の実施例においても同様
に、ガラス管１７と陰極８もしくはメツシユ陰極
１５との間には、予備放電空間１９が設けられる
ような構造となつている。 次に、第８図ないし第１０図に示した従来例の
予備電離機構について、さらに詳しく言及する。 これらの従来例では第７図の従来例と異なり、
主放電を空間的に均一に起こすために種電子を主
放電域１０の空間全体に均一に供給するのでな
く、陰極の近傍にのみ供給している。この方式の
有効性は次のように説明される。すなわち、例え
ば（J.I.Levattre et al.、Journal of Applied
Physics：vol.51、No.１、210P（1980））に報告さ
れているように、アーク放電を抑制するために
は、空間電荷電界の効果により局所的にストリー
マが進展するのを防げば良いので、陰極近傍に種
電子を供給しておけば、第６図に示すように種電
子は陽極９に引つぱられて電子なだれ２３を形成
するが、やがて電子なだれ２３同志がオーバラツ
プすることにより空間電荷電界の局所的な勾配を
取り除き、ストリーマの暴走を防ぐことができる
のである。 したがつて、陰極と平行な面で考えた単位面積
当りの種電子の数を、できるだけ多く供給した方
が予備電離効果が大きいことになる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上のように構成されている従来の放電励起型
短パルスレーザ装置は、それぞれ次のような問題
点があつた。 第７図に示した装置は、主電極８，９の両側か
ら紫外光によつて予備電離を行う構造であり、紫
外光の浸透深さには限界があるため、主放電域１
０の幅を広げることができず、例えばエキシマレ
ーザにおいては６〜８mm×20〜25mmと言つた長方
形断面のレーザビームしか取り出すことができな
かつた。 第８図に示した従来例は、上記の問題点を解決
するために考えられた構造であり、メツシユ陰極
１５の背面から予備電離するため主放電域１０の
幅を広げることが可能となつている。先述したよ
うにこのタイプの従来例では、通常メツシユ陰極
１５が誘導体１２からある距離を離して設けられ
ている（M.Blanchard et al.、Journal of
Applied Physice：vol.45、No.３、1311P（1974）
の例では３mm）が、以下(イ)，(ロ)のような問題点を
有する。 (イ) メツシユ陰極１５と誘導体１２の間の空間で
生成する電子の内、できる限り多くの電子をメ
ツシユ陰極１５を通りぬけて主放電域に供給し
た方が予備電離効果の点で有利であることは明
らかである。そこで、予備電離空間１６の厚み
をできるだけ薄く、すなわち予備電離空間１６
の体積を小さくしてやれば、気中予備放電入力
密度が増し、メツシユ陰極１５に平行な平面で
考えた場合の単位面積当りの生成電子数を増す
ことになるし、生成した電子がメツシユ陰極１
５に達するまでに分子との衝突により散乱され
る割合やイオンとの再結合により消滅してしま
う割合が減少するので望ましい。しかしなが
ら、従来例においてすでに説明したように、気
中予備放電においては予備電離空間１６の厚み
を薄くして、かつ投入電力を変らない（もしく
は増す）ようにすることは不可能である。 (ロ) レーザのパルス発振を速い繰り返しで行なう
際には陰極１５がイオンの衝突により加熱され
るため、この熱の放散が重要となる。メツシユ
陰極１５と誘導体１２との間では、空間が狭
く、ほとんど対流がない状態であるので、温度
勾配に基づく熱伝達しか起こらない。したがつ
てメツシユ陰極１５と誘電体１２は、できるだ
け近接した方が有利であるが、上述した気中予
備放電の投入電力の減少という問題が生ずる。 第１０図の従来例においても同様の問題点があ
る。第９図の例では、気中予備放電で生じた電子
が主放電域に供給され易い形となつているが、陰
極８の長手方向（紙面に垂直な方向）にわたつて
陰極８の突起部とパイレツクスガラス管１７とを
正確に平行に保つこと、およびパイレツクスガラ
ス管１７の中心に導線１８をまつすぐに通すこと
が事実上難しく、陰極８の長手方向において気中
予備放電が起こりやすい所と起こりにくい所のむ
らが生じるという問題点や、陰極構造そのものが
複雑で製作が困難であるという問題点があつた。 この発明は、誘電体を介した放電を予備放電と
する放電励起型短パルスレーザ装置において、従
来の気中予備放電では切り離せなかつた予備放電
空間の厚みというフアクターと予備放電の投入電
力というフアクターとをそれぞれ独立なものと
し、それによつて予備放電を誘導体表面上のごく
薄い厚みの空間で発生させるという思想に基づい
てなされたもので、具体的には簡易な電離構造
で、かつ誘電体表面上で、主放電域に対応する部
分にわたつて均一で電力密度の高い予備放電を発
生させ、これにより安定性および信頼性が高く、
かつ大口径のレーザビームを取り出すことが可能
な短パルスレーザ装置を得ることを目的とするも
のである。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る放電励起型短パルスレーザ装置
は、レーザ光軸方向を長手方向とし、相対向して
配設された陰極と陽極よりなる主電極と、上記陰
極の背面部に存在し、誘電体を介して上記陰極と
対向する補助電極と、上記主電極間にパルス電圧
を印加するパルス回路と、上記パルス回路の一部
を形成するか、または上記パルス回路とは独立し
たものであつて、上記補助電極と陰極の間に電圧
を印加する回路とを備える放電励起型短パルスレ
ーザ装置において、上記陰極が複数個の開孔部を
有する導電体であり、かつ上記陰極と上記誘電体
とを密着させて配置し、上記誘電体表面に沿面放
電を生成させることにより、上記主電極間で発生
する主放電の種となる電子を分布させるように構
成したものである。 〔作用〕 このような陰極構成においては、予備放電は誘
導体１２の表面に沿つた方向に形成されるため、
放電の維持電圧（ある沿面距離を放電させる際の
放電場にかかる電圧）は、沿面距離によつて決ま
り、予備放電部の厚みには依存しない。したがつ
て、上記沿面距離を大きくとり維持電圧を大きく
することにより投入電力を増す一方、上記予備放
電部の厚みを薄くすれば、極めて微小な体積に大
きな放電電力を投入することが可能となり、放電
電力密度の増大に伴つて誘導体表面の単位面積当
りに生成する電子数が増加すると共に予備放電部
の厚みが薄いことから、上記電子の主放電空間へ
の供給も有利になる。また、放電電力密度を著し
く高めれば、紫外光の発行強度も強くなり、紫外
光予備電離の効果も、かなりプラスされ、上記電
子数のさらなる増加に寄与することになる。 また、複数個の開孔部が予備放電発生箇所を細
分して規制するため予備放電の遍在は起こりにく
く、すべての開孔部に均等に予備放電が起こる。 また、これらの作用に加えて、陰極と誘電体と
を直接接触させているので、第８図および第１０
図に示した従来例に比べて陰極の放熱が容易であ
り、早い繰り返しのパルスレーザ発振にも耐えう
る。 さらに、第９図の従来例に比べると陰極構造が
極めて簡単となり、かつ予備電離空間の厚みも精
度よく設定することができるという効果を得るこ
とができる。 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例として、この発明を
エキシマレーザに適用した場合を例にとり、図を
もとに説明する。 第１図ア，イはこの発明の一実施例に係る陰極
部を示すそれぞれ断面および平面図であり、陰極
部以外は第８図に示す従来例と同一である。図に
おいて、２４は複数個の開孔部２５を有する導電
体、すなわち陰極であり、陰極２４と誘電体１２
とは密着して配置されている。また、補助電極１
４は陰極２４の背面部に存在し、誘電体１２を介
して陰極２４と対向するように配置され、この例
では誘電体１２の内部に埋め込まれている。ただ
し、陰極２４の背面と陽極と対向する面の裏面を
言う。なお、この例では誘導体１２にはアルミナ
を用い、陰極２４はこのアルミナ１２上にニツケ
ルを20μｍの厚みでメツキすることにより形成さ
れた導電膜である。開孔部２５はエツチングによ
り形成されている。 回路系としては第８図に示した従来例と同様の
容量移行方式を用いた。従来例で説明したように
２つのキヤパシターの間で容量移行が行なわれ、
主電極間の電圧が上昇する間に、陰極２４と補助
電極１４との間に電圧が発生し、第４図ア，イに
それぞれ平面図および断面図で示すように陰極２
４の開孔部２５、かつ誘電体１２の表面で沿面放
電２６が起こる。この際、複数個の開孔部２５が
予備放電発生箇所を細分し、かつこの例では均等
に分布して規制するため、予備放電の遍在は起こ
りにくく、すべての開孔部２５に均等に予備放電
が起こる。この沿面放電２６は誘電体１２表面に
沿う方向に起こり、その伸展距離は放電ギヤツプ
にかかる電圧（これを以前に維持電圧と定義し
た。陰極２４と補助電極１４間にかかる印加電圧
とは異なる。）によつて定まる。したがつて維持
電圧は沿面放電２６が開孔部２５を埋めつくすま
で高くすることができ、陰極２４の厚み（沿面放
電２６の厚みにほヾ対応する）には依存しない。
この結果、本実施例においては陰極の厚みを20μ
ｍにまで薄くし、なおかつ十分な電極を予備放電
（本実施例では沿面放電）に投入することができ
る。下表１に、この際の実施諸条件の一例をまと
めると共に、第５図に放電状況の概略を断面図で
示す。
以上のように、この発明によれば、陰極が複数
個の開孔部を有する導電体であり、かつ上記陰極
と誘電体とを密着させて配置し、上記誘導体表面
に沿面放電を生成させることにより、主電極間で
発生する主放電の種となる電子を分布させるよう
に構成したので、予備放電の投入電力と予備放電
空間の厚みとを独立な因子として取扱うことがで
き、上記誘電体表面に投入電力密度の高い予備放
電を行なわしめることを可能にしたものであり、
さらに、複数個の開孔部が予備放電発生箇所を細
分して規制するため予備放電の遍在は起こりにく
く、これによつて広い主放電幅にわたつて均一な
グロー状放電を得ることができる。結果としてレ
ーザビームの大口径化および出力増加が可能にな
ると共に、電極構造の点でも簡易なものとなり、
また上記陰極の熱放散が楽になり、速い繰り返し
のレーザ発振にも耐えうるようになるなど、レー
ザの信頼性向上という効果も伴せて奏するもので
ある。
個の開孔部を有する導電体であり、かつ上記陰極
と誘電体とを密着させて配置し、上記誘導体表面
に沿面放電を生成させることにより、主電極間で
発生する主放電の種となる電子を分布させるよう
に構成したので、予備放電の投入電力と予備放電
空間の厚みとを独立な因子として取扱うことがで
き、上記誘電体表面に投入電力密度の高い予備放
電を行なわしめることを可能にしたものであり、
さらに、複数個の開孔部が予備放電発生箇所を細
分して規制するため予備放電の遍在は起こりにく
く、これによつて広い主放電幅にわたつて均一な
グロー状放電を得ることができる。結果としてレ
ーザビームの大口径化および出力増加が可能にな
ると共に、電極構造の点でも簡易なものとなり、
また上記陰極の熱放散が楽になり、速い繰り返し
のレーザ発振にも耐えうるようになるなど、レー
ザの信頼性向上という効果も伴せて奏するもので
ある。
第１図ア，イはそれぞれこの発明の一実施例に
係る陰極部分を示す断面図および模式平面図、第
２図ア，イはそれぞれこの発明の他の実施例に係
る陰極部分を示す断面図および模式平面図、第３
図はこの発明のさらに他の実施例に係る主電極部
を示す断面図、第４図ア，イはそれぞれ沿面放電
の様子を示す平面図および断面図、第５図は第１
図に示すその要部を示すこの発明の一実施例によ
る装置の主放電の様子を示す断面図、第６図は電
子なだれの進展機構を説明する説明図、第７図、
第８図はそれぞれ従来の放電励起型短パルスレー
ザ装置を示す断面図、第９図、第１０図はそれぞ
れ従来の放電励起型短パルスレーザ装置の主電極
部を示す断面図である。 図において、８，１５，２４は陰極、９は陽
極、１２は誘電体、１４は補助電極、２５は開孔
部、２６は沿面放電である。なお、各図中同一符
号は同一または相当部分を示すものとする。
係る陰極部分を示す断面図および模式平面図、第
２図ア，イはそれぞれこの発明の他の実施例に係
る陰極部分を示す断面図および模式平面図、第３
図はこの発明のさらに他の実施例に係る主電極部
を示す断面図、第４図ア，イはそれぞれ沿面放電
の様子を示す平面図および断面図、第５図は第１
図に示すその要部を示すこの発明の一実施例によ
る装置の主放電の様子を示す断面図、第６図は電
子なだれの進展機構を説明する説明図、第７図、
第８図はそれぞれ従来の放電励起型短パルスレー
ザ装置を示す断面図、第９図、第１０図はそれぞ
れ従来の放電励起型短パルスレーザ装置の主電極
部を示す断面図である。 図において、８，１５，２４は陰極、９は陽
極、１２は誘電体、１４は補助電極、２５は開孔
部、２６は沿面放電である。なお、各図中同一符
号は同一または相当部分を示すものとする。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザ光軸方向を長手方向とし、相対向して
配設された陰極と陽極よりなる主電極と、上記陰
極の背面部に存在し、誘電体を介して上記陰極と
対向する補助電極と、上記主電極間にパルス電圧
を印加するパルス回路と、上記パルス回路の一部
を形成するか、または上記パルス回路とは独立し
たものであつて、上記補助電極と陰極の間に電圧
を印加する回路とを備える放電励起型短パルスレ
ーザ装置において、上記陰極が複数個の開孔部を
有する導電体であり、かつ上記陰極と上記誘電体
とを密着させて配置し、上記誘電体表面に沿面放
電を生成させることにより、上記主電極間で発生
する主放電の種となる電子を分布させるように構
成したことを特徴とする放電励起型短パルスレー
ザ装置。 ２ 陰極として1μｍ〜３mmの厚みを有する開孔
性金属板を用いる特許請求の範囲第１項記載の放
電励起型短パルスレーザ装置。 ３ 陰極として1μｍ〜３mmの厚みを有する金属
メツシユを用いる特許請求の範囲第１項記載の放
電励起型短パルスレーザ装置。 ４ 陰極は誘電体表面に形成された開孔性導電膜
である特許請求の範囲第１項記載の放電励起型短
パルスレーザ装置。 ５ 陰極表面近傍における電界が陰極中心部から
遠ざかるにつれて徐々に緩和されるように、上記
陰極と誘電体を陽極方向に凸なる形状とした特許
請求の範囲第１項ないし第４項の何れかに記載の
放電励起型短パルスレーザ装置。 ６ 補助電極は誘電体の表面で陰極が密着されて
いる面の反対側の面に密着されているか、または
上記誘導体の内部に埋め込まれている特許請求の
範囲第１項ないし第５項の何かに記載の放電励起
型短パルスレーザ装置。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21284384A JPS6190486A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 放電励起型短パルスレ−ザ装置 |
| US06/782,568 US4686682A (en) | 1984-10-09 | 1985-10-01 | Discharge excitation type short pulse laser device |
| DE19853588118 DE3588118T2 (de) | 1984-10-09 | 1985-10-02 | Entladungsangeregter Laser zur Erzeugung kurzer Pulse |
| DE19853588088 DE3588088T2 (de) | 1984-10-09 | 1985-10-02 | Entladungsangeregter Laser zur Erzeugung kurzer Pulse |
| DE3587852T DE3587852T2 (de) | 1984-10-09 | 1985-10-02 | Kurzpulslaservorrichtung vom Entladungsanregungstyp. |
| DE19853588137 DE3588137T2 (de) | 1984-10-09 | 1985-10-02 | Entladungsangeregtes Lasergerät |
| EP93100550A EP0543795B1 (en) | 1984-10-09 | 1985-10-02 | Discharge excitation type short pulse laser device |
| EP85112484A EP0177888B1 (en) | 1984-10-09 | 1985-10-02 | Discharge excitation type short pulse laser device |
| EP93100578A EP0542718B1 (en) | 1984-10-09 | 1985-10-02 | Discharge excitation type short pulse laser device |
| EP94114362A EP0637106B1 (en) | 1984-10-09 | 1985-10-02 | Discharge excitation type laser device |
| CA000492327A CA1259122A (en) | 1984-10-09 | 1985-10-04 | Discharge excitation type short pulse laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21284384A JPS6190486A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 放電励起型短パルスレ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6190486A JPS6190486A (ja) | 1986-05-08 |
| JPH0344429B2 true JPH0344429B2 (ja) | 1991-07-05 |
Family
ID=16629254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21284384A Granted JPS6190486A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | 放電励起型短パルスレ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6190486A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988000403A1 (en) * | 1986-06-30 | 1988-01-14 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Gas laser |
| JPS63229777A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-26 | Mitsubishi Electric Corp | パルスレ−ザ装置 |
| JPH04221869A (ja) * | 1990-12-21 | 1992-08-12 | Mitsubishi Electric Corp | エキシマレーザ装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4729355U (ja) * | 1971-04-26 | 1972-12-04 | ||
| JPS4975093A (ja) * | 1972-10-17 | 1974-07-19 | ||
| JPS5810872A (ja) * | 1981-07-14 | 1983-01-21 | Toshiba Corp | 太陽電池の製造方法 |
| JPS5848485A (ja) * | 1981-09-16 | 1983-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | パルスレ−ザ発振器 |
-
1984
- 1984-10-09 JP JP21284384A patent/JPS6190486A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4729355U (ja) * | 1971-04-26 | 1972-12-04 | ||
| JPS4975093A (ja) * | 1972-10-17 | 1974-07-19 | ||
| JPS5810872A (ja) * | 1981-07-14 | 1983-01-21 | Toshiba Corp | 太陽電池の製造方法 |
| JPS5848485A (ja) * | 1981-09-16 | 1983-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | パルスレ−ザ発振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6190486A (ja) | 1986-05-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |