JPH0388376A - ガスレーザ装置 - 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） この発明はレーザ管内に封入されたガスレーザ媒質を陰
極と陽極とからなる主電極で発生する主放電によって励
起してレーザ光を出力させるガスレーザ装置に関する。

（従来の技術） たとえば紫外域に発振波長をもつガスレーザ装置として
のエキシマレーザにおいては、陰極′と陽極との間に電
気エネルギを注入し過ぎたり、放電空間部に主放電によ
って生じた生成物が多く存在していたりすると、陰極と
陽極との間で生じる主放電がグロー放電からアーク放電
に移行してレーザ光が放出されなくなる。したがって、
陰極と陽極との間の放電空間部で発生する主放電の状態
をモニタし、レーザ光の放出状態を観察する必要がある
。

従来、このようなガスレーザ装置は第４図と第５図とに
示すように構成されていた。すなわち、図中１はガスレ
ーザ媒質が封入されたレーザ管である。このレーザ管１
内には主電極を構成する陰極２と陽極３とが離間対向し
て配設されている。

上記陰極２は上記レーザ管１に形成された開口部１ａを
閉塞した上部取付板４の下面に取付けられ、上記陽極３
は上部取付板４と平行に離間対向して配設された下部取
付板５の上面に取付けられている。上記陰極２の両側に
は予備電離電極としての上部ピン電極７が配設され、上
記陽極３の両側には同じく予備電離電極としての下部ビ
ン電極８が下部取付板５に下端を固定して配設されてい
る。

上記上部ピン電極７は上記上部取付板４に固定されてい
る。この上部ピン電極７の上端にはピーキングコンデン
サ９が接続されているとともに、下端は上記下部ビン電
極８の上端に離間対向している。

上記陰極２および上記上部ピン電極７と上記上部取付板
４とは電気的に絶縁され、上記陽極３は上記下部取付板
５と電気的に導通されている。そして、上記陰極２とピ
ーキングコンデンサ９とはそれぞれ高圧電源１１のマイ
ナス側に接続され、上記下部取付板５はプラス側に接続
されている。

上記高圧電源１１には、この高圧電源１１を作動させる
ためのパルス信号を発生するパルス発生器１０が接続さ
れている。

上記レーザ管１の軸方向両端には第４図に示すように光
共振器を形成する出力ミラー１２と反射ミラー１３とが
離間対向して配置されている。

さらに、上記レーザ管１内にはガスレーザ媒質を第５図
に矢印で示す方向に循環させる送風手段１４と、ガスレ
ーザ媒質を所定温度に維持するための熱交換器１５とが
配設されている。

このような構成のガスレーザ装置において、高圧電源１
１がパルス発生器１０からのパルス信号で作動して電気
エネルギが供給されると、まず上部ピン電極７と下部ビ
ン電極８との対向する端面間で放電が生じ、ＵＶ光（紫
外光）が発生する。

そのＵＶ光は陰極２と陽極３との間の放電空間部１６を
予備電離する。放電空間部１６の予備電離が進み、陰極
２と陽極３との間の電圧が高くなると、これら電極２．
３間で主放電が発生し、レーザ光が放電方向と直交する
方向に出力されることになる。

上記放電空間部１６で発生する主放電の発光強度は上記
反射ミラー１３側に配置された光センサ１７によって検
出される。つまり、光センサ１７には主放電によって発
生する光がたとえば光ファイバ１８などによって導かれ
るようになっている。

つまり、光ファイバ１８は一端を上記レーザ１内の放電
空間部１６に導入され、他端を上記光センサ１７に対向
させて配設されている。

上記光センサ１７には比較器１９とモニタ２１とが順次
接続されている。上記比較器１９では、光センサ１７に
よって検出された主放電の発光強度が予め設定された基
準レベルｈと比較される。

主放電の発光強度のピーク値は一般的には第６図に曲線
Ａで示すグロー放電よりも曲線Ｂで示すアーク放電の方
が高い。したがって、基準レベルｈはグロー放電のピー
ク値よりも高く、アーク放電のピーク値よりも低い値に
設定され、それによって放電空間部１６にアーク放電が
発生すれば、光センサ１７からは基準レベルｈよりも大
きな信号が入力されることになるから、そのことがモニ
タ２１に出力されて表示されるようになっている。

ところで、エキシマレーザにおいては、アーク放電とグ
ロー放電とにおける発光強度のピーク値にほとんど差が
なく、シかもグロー放電でもそれぞれの主放電ごとのピ
ーク値が変動するため、そのピーク値が基準レベルｈを
越えてしまうことがある。また、逆にアーク放電でも基
準レベルｈを越えない場合もある。したがって、これら
のことにより、比較器１９に設定された基準レベルｈと
光センサ１７で検出された主放電の発光強度とを単に比
較するだけでは、放電空間部１６における放電状態を適
確に判定することができないということがあった。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来のガスレーザ装置においては、放電空
間部で発生している主放電・がグロー放電であるのかア
ーク放電であるのかを適確に判定することができないと
いうことがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、放電空間部に生じる主放電がアーク
放電であるのかグロー放電であるのかを適確に判定する
ことができるようにしたガ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及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、ガスレーザ媒質が封入されたレ
ーザ管と、このレーザ管内に対向して配設された主電極
と、この主電極に電気エネルギを供給する高圧電源と、
この高圧電源を作動させるためのパルス信号を出力する
パルス発生器と、このパルス発生器からのパルス信号が
入力されると所定時間遅延してパルス信号を出力する遅
延パルス発生器と、上記放電空間部で発生する主放電の
発光強度を検出する光センサと、この先センサからの信
号を基準レベルと比較して比較信号を出力する比較器と
、この比較器からの比較信号と上記遅延パルス発生器か
らのパルス信号とが入力されるＡＮＤ回路と、このＡＮ
Ｄ回路からの出力を表示する表示手段とを具備する。

このような構成とすることで、グロー放電あるいはアー
ク放電時の発光強度のピーク値によらずに放電空間部で
発生した主放電がグロー放電であるかアーク放電である
かを判定することができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照し
て説明する。なお、第４図と第５図とに示す構成と同一
部分には同一記号を付して説明を省略する。

すなわち、この発明のガスレーザ装置においては、光フ
ァイバ１８によって放電空間部１６から導かれた主放電
の光は光センサ１７に入力され、この先センサ１７によ
って主放電の発光強度が検出される。この先センサ１７
によって検出された発光強度は比較器１１に人力され、
この比較器１１に後述する値に設定された設定値ｈ１と
比較される。

上記比較器１１にはＡＮＤ回路３１を介して表示手段と
してのモニタ２１が接続されている。また、ＡＮＤ回路
３１には遅延パルス発生器３２が接続され、この遅延パ
ルス発生器３２には高圧電源１１を作動させるパルス発
生器１０からのパルス信号が入力されるようになってい
る。それによって、遅延パルス発生器３２からは所定時
間、たとえば放電空間部１６で主放電が点弧されてから
約２５０ｎｓ程度経過すると、上記ＡＮＤ回路３１にパ
ルス信号が入力されるようになっている。

上記比較器１１に設定された設定値り、は第２図あるい
は第６図に示すようにグロー放電やアーク放電時の発光
強度のピーク値よりも十分低く、アーク放電時に必ず生
じる発光の波尾ｔを検出できる発光強度の値に設定され
ている。この波尾ｔは主放電が点弧されてから約ＨＯｎ
ｓ程度経過することによって消滅することが実験的に測
定されている。

このような構成のガスレーザ装置において、レーザ光を
出力させるためにパルス発生器１０からのパルス信号に
よって高圧電源１１を作動させると、まず上部ピン電極
７と下部ピン電極８との間に生じる放電によって放電空
間部１６が予備電離されたのち、陰極２と陽極３との間
で主放電が発生してガスレーザ媒質が励起され、出力ミ
ラー１２からレーザ光が放電方向と直交する方向に出力
されることになる。

このように、放電空間部１６で主放電が点弧されると、
そのときの発光強度が光ファイバ１８を介して光センサ
１７で検出される。この光センサ１７で検出された検出
値は比較器１１で設定値り、と比較され、その比較値が
ＡＮＤ回路３１に入力される。また、パルス発生器１ｏ
からのパルス信号は高圧電源１１だけでなく、遅延パル
ス発生器３２にも入力されたのち、所定時間である２５
０ｎｓ程度遅延して上記ＡＮＤ回路３１に入力される。

上記放電空間部１６で点弧された主放電がアーク放電で
あれば、光センサ１７からは第２図（ａ）に示す状態の
発光強度が検出され、こ・の検出信号Ｓ１が比較器１１
で設定値り、と比較される。この設定値ｈ１はアーク放
電の波尾ｔを検出することができる大きさに設定されて
いるから、比較器１１からＡＮＤ回路３１には、第２図
（ｂ）で示す信号Ｓ２が主放電が点弧されてから約８０
０ｎｓ経過するまで出力されることになる。

上記放電空間部１６に主放電が点弧されてから約２５０
ｎｓ経過すると、遅延パルス発生器３２から上記ＡＮＤ
回路３１に第２図（ｃ）に示す信号’Ｓｓが出力される
。この信号Ｓｓと上記信号Ｓ２とは約５０ｎｓの間重合
する。したがって、ＡＮＤ回路３１からは第２図（ｄ）
で示すように信号Ｓ４が所定時間出力されることになる
から、この信、号Ｓ４がモニタ２１に表示されることに
よって放電空間部１６で生じた主放電がアーク放電であ
ることが判定できる。

一方、放電空間部１６で生じた主放電がグロー放電の場
合には、光センサ１０は第３図（ａ）に示°す状態の発
光強度が検出され、この検出信号Ｓ、が比較器１１に設
定された設定値ｈ１と比較される。グロー放電の場合、
アーク放電のように波尾ｔがないから、比較器１１から
ＡＮＤ回路３１には、第３図（ｂ）で示す信号Ｓ６が放
電空間部１６に主放電が点弧されてから約２００ｎｓ経
過するまで出力される。

一方、放電空間部１６に主放電が点弧されてから約２５
０ｎｓ経過すると、遅延パルス発生器３２から上記ＡＮ
Ｄ回路３１に第３図（ｃ）に示す信号Ｓ７が出力される
。しかしながら、主放電が点弧されてから約２００ｎｓ
で消滅する比較器１１からの信号Ｓ６と、主放電が点弧
されてから約２５０ｎｓ経過してからＡＮＤ回路３１に
入力される信号Ｓ７とでは５０ｎｓの時間的ずれがある
ため重合することがない。したつがって、ＡＮＤ回路３
１に信号Ｓ６と信号Ｓ７とが入力されても、このＡＮＤ
回路３１からは第３図（ｄ）に示すように信号がなんら
出力されることがないから、モニタ２１にもなにも表示
されず、それによって放電空間部１６で生じた主放電が
グロー放電であることが判定できる。

すなわち、このようにして放電空間部１６で生じる主放
電がアーク放電であるかグロー放電であるかを判定する
ようにすれば、各放電の発光強度のピーク値に大きな差
がなかったり、その放電の発光強度のピーク値が変動し
ても、確実に判定することができる。

なお、上記一実施例では放電空間部で発生する主放電の
光を光ファイバによって光センサに導いて発光強度を検
出するようにしたが、光センサを放電空間部内に設けた
り、出力ミラー側から出力される光の一部をハーフミラ
−などを用いてサンプリングして検出してもよく、その
検出手段はなんら限定されるところでない。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、光センサからの信号を基
準レベルと比較する比較器からの比較信号と、パルス発
生器からのパルス信号を遅延パルス発生器で遅延させた
パルス信号とをＡＮＤ回路に入力し、このＡＮＤ回路か
らの出力によって放電空間部で発生する主放電がアーク
放電であるかグロー放電であるかを判別するようにした
。したがって、アーク放電とグロー放電とで発光強度の
ピーク値に大きな差がなかったり、グロー放電の各点弧
ごとに発光強度のピーク値が変動したりしても、放電空
間部で発生した主放電がアーク放電であるのかグロー放
電であるのかを適確に判別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すガスレーザ装置の光
軸方向に沿う断面図、第２図は同じくアーク放電時にお
ける光センサの出力とＡＮＤ回路からの出力との関係の
説明図、第３図は同じくグロー放電時における光センサ
の出力とＡＮＤ回路からの出力との関係の説明図、第４
図は従来のガスレーザ装置の光軸方向に沿う断面図、第
５図は同じく光軸方向と直交する方向の断面図、第６図
はグロー放電とアーク放電との発光強度と時間との関係
を示す説明図である。 １・・・レーザ管、２・・・陰極、３・・・陽極、１０
・・・パルス発生器、１１・・・高圧電源、１７・・・
・光センサ、１９・・・比較器、２１・・・モニタ（表
示手段）３ １・・・ＡＮＤ回路、 ３２・・・遅延パルス発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスレーザ媒質が封入されたレーザ管と、このレーザ管
   内に配設された主電極と、この主電極に電気エネルギを
   供給する高圧電源と、この高圧電源を作動させるための
   パルス信号を出力するパルス発生器と、このパルス発生
   器からのパルス信号が入力されると所定時間遅延してパ
   ルス信号を出力する遅延パルス発生器と、上記放電空間
   部で発生する主放電の発光強度を検出する光センサと、
   この光センサからの信号を基準レベルと比較して比較信
   号を出力する比較器と、この比較器からの比較信号と上
   記遅延パルス発生器からのパルス信号とが入力されるＡ
   ＮＤ回路と、このＡＮＤ回路からの出力を表示する表示
   手段とを具備したことを特徴とするガスレーザ装置。