JPH04193073A - パルスレーザ電源 - 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、レーザに用いるパルスレーザ電源に関わり、
特にスイッチ部において発生する損失の低減を図ったパ
ルスレーザ電源に関する。

（従来の技術） 近年パルス状のレーザ光を用いて物体の精密な加工を行
ったり、同位対元素の分離を行ったりするパルスレーザ
に対する産業上の需要が高まっている。パルスレーザの
励起を行うにはマイクロ秒以下の極超短パルスの電圧を
レーザ装置に印加し放電を行ねなければならないが、こ
のような短パルス電圧をスイッチによって直接作り出す
こ“とは困難であるため、半″導体スイッチなどによっ
て一次パルスをつくってコンデンサに充電しさらに可飽
和インダクタの飽和特性を利用してパルス幅の圧縮を行
ういわゆる磁気パルス圧縮回路がよく用いられている。

第４図は半導体スイッチと磁気パルス圧縮回路を組み合
わせた例である。初期において直流充電電源１０によっ
てコンデンサＣ；１に充電された電荷は半導体スイッチ
ＳＷの投入により放電リアクトルＬＤを通して放電され
第２のコンデンサＣ２に移行し、パルス充電が行われる
。コンデンサＣ２の電圧は可飽和リアクトルＳＬをパル
ス励磁する、この励磁作用により可飽和リアクトルＳＬ
が飽和するとインダクタンス値が激減し、コンデンサＣ
２の電荷が今度はピーキングコンデンサＣＰに移行する
。このとき可飽和リアクトルＳＬの飽和時のインダクタ
ンス値はきわめて小さいのでピーキングコンデンサＣＰ
への充電は高速化され、いわゆるパルス圧縮作用が行わ
れることになる。さらにピーキングコンデンサの充電に
よりレーザ放電ギャップ２０の極間電圧が１昇し、電極
間の絶縁が破壊されピーキングコンデンサＣＰに蓄積さ
れた電荷が回路インダクタンスｒ７Ｈを通しでレーザ媒
質中に流れレーザが励起される。

（発明が解決しようとする課題） このような容量移行型のパルス充電回路においては比較
的簡単な回路によって高速パルス電圧が得られるといつ
特徴を持っているが負荷からの反射エネルギーの処理と
いう点において充分でないところがあった。そのことを
再び第４図を参照しながら説明する、第４図においてピ
ーキングコンデンサＣＰに蓄積されたエネルギーとその
うち放電部に注入されるエネルギーの割合はレーザ放電
ギャップの放電インピーダンスＺＤとピーキングコンデ
ンサＣＰと回路インダクタンスＬＨで決まる回路インピ
ーダンスＺＣの比率に依って変わる。もし放電インピー
ダンスＺＤが回路インピーダンスＺＣとほぼ等しいとす
ると、インピーダンスの整合がとれているために１パル
スの電流で殆ど全てのエネルギーが放電部に注入される
。ところが実際には放電イノピーダンスの値はきわめて
小さくこの部分でのインピーダンス整合が充分とれない
場合がほとんどである。典型的な値としてＣＰ、ＬＨ，
ＺＤの大きさがそれぞれ２０ｎＦ、　１０ｎＨ。

０．１Ωとすると、　放電部に注入されるエネルギーは
ピーキングコンデンサに蓄積されたエネルギーの３５％
にすぎない。このような場合、放電インピーダンスが回
路インピーダンスに圧式てｌＪＸさいのでピーキングコ
ンデンサＣＰの電圧は放電により反転する。この逆極性
に充電されたエネルギーの一部はピーキングコンデンサ
ＣＰ、コンデンサ２、可飽和リアクトルＳＬという閉路
電流となり、コンデンサ２を充電する。このときの電流
の向きは当初ピーキングコンデンサを充電したときと同
じ向きであり、飽和した可飽和リアクトルをさらに飽和
させることになるのでインダクタンスは小さいままであ
り、容易に流れることができる。さらにコンデンサＣ２
に充電されたエネルギーはコンデンサＣ２とコンデンサ
Ｃ１、半導体スイッチＳＷ、放電リアクトルＬＤからな
る閉路に共振電流を流す。この閉路に流れる電流は半導
体スイッチＳＷの内部抵抗に依って減衰する。いいかえ
るとこの電流に依ってスイッチでの発生損失が増大する
。また、このレーザを高繰返しで動作させる場合、パル
ス間隔を短くするためには放電後半導体スイッチをでき
るだけ速くオフさせなければならないが、そのときにも
この共振電流を遮断する必要が生じるために、スイッチ
のターンオフ損失が発生することになる。このような半
導体スイッチ部における損失の増大は半導体スイッチの
温度を過度に上昇させ、信頼性を損なう結果となる。

本発明は上に述べた従来のパルスレーザ電源の欠点を解
消するためになされたものであって、その目的は電源回
路とレーザ放電部のインピーダンス整合がとれない場合
においてもスイッチ部に流れる振動性の電流が流れない
ようにし、スイッチ部で発生する損失が大きくならない
ようにし、信頼性の高いパルスレーザ電源を得ることに
ある６〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、磁気パルス圧縮回路を備えた
パルスレーザ電源において１、磁気パルス圧縮回路の前
段のコンデンサと並列にダイオードと抵抗の直列回路を
接続し、ダイオードの接続極性は充電電源によってコン
デンサが充電されたときにはその電圧を保持する極性と
する。

（作　用） このようにすると負荷から反射してきたエネルギーによ
ってピーキングコンデンサＣＰが逆充電された時に、ピ
ーキングコンデンサはダイオードと抵抗の直列回路を通
じて放電するのでコンデンサ２が再充電されることがな
くなり事後電流による半導体スイッチの損失が減少する
。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。なお、
従来例と同一部分については同一符号を付与し、その説
明を省略する。

本発明の一実施例においては抵抗１１とダイオード１２
の直列回路をコンデンサＣ２と並列にダイオード１２の
極性が最初の充電時にはコンデンサＣ２の電圧を保持す
るような極性となるようにとりつける。

また、抵抗１１の抵抗値ｒは ｒ＝Ｊ亘１乙罪 となるように選定される。二こに［、Ｓは可飽和リアク
トルＳＬの飽和したときのインダクタンス、　ｃｐはピ
ーキングコンデンサのキャパシタンスである。

本実施例においてはピーキング」ンデンサＣＰが電源イ
ンピーダンスと放電インピーダンスの不整合のために逆
充電されるところまでは従来例とまったく同じである。

途中半導体スイッチＳ　Ｗが導通する事によりコンデン
サＣ２が充電されるときにおいてもダイオード１２の極
性がコンデンサＣ７の充電電圧を保持する極性であるの
でまったく影響はない。さて従来例と同様にピーキング
コンデンサＣｐが逆充電されると今度はピーキングコン
デンサＣＰは抵抗１１、ダイオード１２、可飽和リアク
トルＳＬを通して放電する。このとき、可飽和リアクト
ルＳＬの飽和時インダクタンスとピーキングコンデンサ
で決まる回路インピーダンスと抵抗１１の間にはインピ
ーダンスの整合がとれているので、この放電電流は速や
かに減衰する。従って、放電部から反射したエネルギー
は抵抗１１によって吸収される。このため、半導体スイ
ッチｓｗに流れる電流も速やかに減衰する。第２図は本
実施例による半導体スイッチの電流波形を従来のレーザ
電源の電流波形と比較したものである。本実施例におい
ては負荷からの反射エネルギーを抵抗１１が吸収するた
め電流が速やかに減衰している。

以上説明したように、前述の実施例によれば。

コンデンサＣ２と並列に接続さ九た抵抗が負荷から反射
してきたエネルギーを吸収するので半導体スイッチに事
後電流が継続的に流れることを防止することができ、半
導体スイッチの発生損失が低減され、半導体スイッチの
過度の温度上昇が防止され、信頼性の高いパルスレーザ
電源を得ることができる。

なお本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば上記実施例では磁気パルス圧縮回路の段数を１段と
したが、これはスイッチのスイッチングスピード、レー
ザ負荷の要求するパルス電圧の立ち上がり速さに応じて
２段でも３段でも発明の作用効果に変わりはない。また
電源とスイッチとコンデンサの組み合わせ方についても
本発明の主旨を損なわない範囲で種々考えることができ
る。例えば第３図に示すような半導体スイッチとパルス
トランスを使用した充電方式にも本発明は適用でき、こ
れもまったく同様の作用効果を持つ。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば負荷からの反射エネ
ルギーを吸収する要素を付加したのでスイッチに流れる
事後電流を低減することができ。

スイッチで発生する損失を低減でき、スイッチの過度の
温度上昇を防止でき、信頼性の高いパルスレーザ電流を
得ることができる。

【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
明の詳細な説明するための波形図。第３図は本発明の他
の実施例を示す回路図。第４図は従来のパルスレーザ電
源の回路図である。 １０・・・直流充電電源、　２０・レーザ放電ギャップ
、１１・・・抵抗、　　　　　　１２・ダイオード、Ｓ
Ｗ・スイッチ、　　ＬＤ・・放電リアクトル、ＳＬ−可
飽和リアクトル、 ｃ、、Ｃ２・・コンデンサ、 ＣＰ・・ピーキングコンデンサ。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）充電電源に対して直列に接続された可飽和インダ
   クタと、前記充電電源に対して並列に接続されたコンデ
   ンサとからなるパルス幅圧縮回路と、このパルス幅圧縮
   回路に前記充電電源を断続的に接続するスイッチ手段と
   を備え、前記パルス幅圧縮回路に出力端に接続されたレ
   ーザ負荷を繰り返し放電励起するためのパルスレーザ電
   源において、パルス幅圧縮回路における可飽和インダク
   タの前段のコンデンサと並列にダイオードと抵抗の直列
   回路を接続し、前記ダイオードの接続極性は前記充電電
   源によって前記前段コンデンサが充電された時にはその
   電圧を保持する極性としたことを特徴とするパルスレー
   ザ電源。
2. （２）前記請求項（１）においてダイオードに直列に接
   続される抵抗の値としては概略、√（可飽和インダクタ
   の飽和時インダクタンス／パルス幅圧縮回路の後段のコ
   ンデンサのキャパシタンス） となるようにしたことを特徴とするパルスレーザ電源。