JPH04237178A - ガスレーザ発振装置 - 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］ 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明はＴＥＡＣＯ２　レーザ、
ＴＥＭＡＣＯ２　レーザ、エキシマガスレーザなどのレ
ーザ発振装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】主放電を均一に発生させるための予備電
離電極を設けたガスレーザ発振装置の放電回路構成につ
いては、特開昭６２−１５２１８９号公報などに開示さ
れている。図３は上記開示された回路と同種の容量移行
形ＵＶ自動予備電離方式のものである。すなわち、一端
側が接地された高圧直流電源部（１）　と、充電抵抗（
２）　と、充電コンデンサ（３）　と、波形成形用コイ
ル（４）　およびピーキングコンデンサ（５）　とで回
路が構成されている。充電抵抗（２）　と充電コンデン
サ間にトリガ電極（６）　を備えたスパークギャップス
イッチからなる主スイッチ（７）　が一端を接地側にし
て接続され、この主スイッチ（７）　の閉成で形成され
たＬＣ回路内にピーキングコンデンサ（５）　と並列に
放電抵抗（８）　および放電インダクタ（９）　とが接
続されている。上記ＬＣ回路にたとえばＴＥＡＣＯ２　
レーザやエキシマレーザなどのガスレーザ管（１０）が
接続されている。このガスレーザ管（１０）　　の内部
には主放電電極である陰極（１１）、陽極（１２）およ
び均一な主放電の発生を容易にするための予備電離電極
（１３）が設けられている。なお、（１４）はトリガ電
極（６）　にトリガパルスを供給するパルス発生部であ
る。 【０００３】上記の構成において、主スイッチ（７）　
のトリガ電極（４）　にパルス発生部（１４）からのト
リガパルスが印加されると、この充電スイッチ（５）　
がスパーク放電で導通し、波形成形用コイル（４）　お
よびピーキングコンデンサ（５）　の存在でＬＣ回路が
構成される。これによって充電コンデンサ（３）　に蓄
えられている電荷が主スイッチ（７）　、波形成形用コ
イル（４）　を介してピーキングコンデンサ（５）　に
移行され、上記ＬＣ回路の作用で高電圧に充電される。 ガスレーザ管（１０）　　においては予備電離電極（１
３）の予備放電で陰極（１１）、陽極（１２）間の主放
電空間が予備電離される。一方、主放電電極（陰極（１
１）　　、陽極（１２））　ではプラズマパラメータで
きまるある一定電圧に達したときに絶縁破壊し、主放電
が発生する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記主放電電極の両端
には図４に示す電圧波形が発生する。この電圧波形から
分かるように、初期のスパイク部（Ｓ）　に続く部分（
以下、テール部と略す）に充電コンデンサ（３）　の残
留電荷による電圧（Ｖｘ）が現れる。この電圧は主放電
電極間に、励起作用にほとんど寄与せずまた、電極を損
傷し、ガスレーザ媒質の劣化を早めるなどの好ましくな
い作用を及ぼすアーク放電を生ぜしめる原因となる。上
記残留電荷は放電抵抗（８）　、放電インダクタ（９）
　を介して放電されるが、残留電荷を早く減衰させるた
めには放電抵抗（８）　、放電インダクタ（９）　から
なるインピーダンスを比較的小さくする必要があるが、
しかし小さくすればピーキングコンデンサ（５）　に印
加される電圧も下がってしまうという問題もあった。ま
た、特に、レーザ出力として短パルス波形を得ようとす
ると、充電コンデンサ（３）　とピーキングコンデンサ
（９）　との間の整合をとろうとしても、充電コンデン
サ（３）　の電荷の残留が避けられない。 さらに、整合がとれ切れずに主放電の間隔が長くなり、
出力波形も急峻なものが得られにくい問題があった。本
発明は上記の問題を解決するためになされたもので、ア
ーク放電のない短パルスレーザ発振を得るガスレーザ発
振装置を提供することを目的とする。［発明の構成］【
０００５】 【課題を解決するための手段】一端側を接地した高圧直
流電源と、この高圧直流電源の電荷を充電する充電コン
デンサと、この充電コンデンサと上記一端側とに接続さ
れた主スイッチと、この主スイッチの閉成で上記充電コ
ンデンサとＬＣ回路を形成する波形成形コイルとおよび
ピーキングコンデンサと、このピーキングコンデンサの
充電電荷を受ける放電部と、この放電部で発生したレ−
ザ光を共振する光共振器とを備えたガスレーザ発振装置
において、上記充電コンデンサの低電圧側と接地端との
間に接続された副スイッチと、上記主スイッチの閉成後
所定時間遅延させて上記副スイッチを閉成させる遅延回
路部とを備えたもので、遅延時間は各コンデンサの容量
、波形成形用コイルのリアクタンス等から定められる。 【０００６】 【作用】所定時間遅れて副スイッチが動作すると、充電
コンデンサの残留電荷が短絡し、副放電抵抗にて消費さ
れて陰極、陽極間の電圧は急激に減少する。 【０００７】 【実施例】以下、実施例を示す図面にしたがって本発明
を説明する。図１は本発明のー実施例で、図３と共通す
る部分には同一符号を付して説明する。すなわち、図３
とは、充電コンデンサ（３）　と波形成形コイル（４）
　との間に、放電抵抗（８）　、放電インダクタ（９）
　とは別に副放電抵抗（１５）とギャップスイッチから
なる副スイッチ（１６）を並列に設けて充電コンデンサ
（３）　、主スイッチ（７）　とで回路を構成した点、
およびパルス発生部（１４）からのパルスを所定時間、
すなわち、レーザ発振直後になるまで副スイッチ（１６
）におけるトリガ電極（１７）の作動を遅らせる遅延回
路部（１８）を設けた点が異なる。また、この遅延回路
部（１８）においては放電開始時刻ｔ１から副スイッチ
（１６）を閉じる動作時刻ｔ２　は次のように設定され
ている。 すなわち、充電コンデンサ（３）　およびピーキングコ
ンデンサ（５）　の容量をそれぞれＣ１、Ｃ２　、放電
波形用コイルのインダクタンス分をＬ、ピーキングコン
デンサ（５）から陰極（１１）　　に至る線路のインダ
クタンス分をｌ、充電コンデンサ（３）　の充電電圧を
Ｖａとすると、陰極（１１）　　に現れる電圧波形Ｖｋ
は次式で表される。 　　　　Ｖｋ＝Ｃ１　Ｖａ（１ーｃｏｓｗ１　ｔ）／Ｃ
１　＋Ｃ２　……………（１） 　　ただし、 ｗ１　＝｛（Ｃ１　＋Ｃ２　）／Ｃ１　Ｃ２　Ｌ｝１／
２　　ここで、ガスレーザ管（１０）　　のガスレーザ
媒質の封入圧力や混合ガス比によって決まる放電開始電
圧をＶｂとすると、方電開始時刻ｔ１　は次式を満足す
る。 　　　　Ｖｂ＝Ｃ１　Ｖａ（１ーＣＯＳｗ１　ｔ１　）
／Ｃ１　＋Ｃ２　…………（２） 【０００８】一方、副スイッチ（１６）を閉じる動作時
刻ｔ２　は放電開始ｔ１　とともにピーキングコンデン
サ（５）　に蓄えられていた電荷がインダクタンス分を
ｌを介して陰極（８）　を流れる十分な時間とすれば、
次式で表すことができる。 　　　　ｔ２　＝ｔ１　＋２π・（Ｃ２　ｌ）１／２　
………………………………（３） 　　すなわち、主スイッチ（５）　の動作時刻をｔｏ　
＝０とすれば、上記ｔ２　は次式で表すことができる。 【０００９】 　　　　ｔ２　＝｛（Ｃ１　Ｃ２　Ｌ）／（Ｃ１　＋Ｃ
２　）｝１／２　×ＣＯＳー１　｛１ー（Ｖｂ　　　　
　　　　　　／Ｖａ）・（Ｃ１　＋Ｃ２　）／Ｃ１　｝
＋２π・（Ｃ２　ｌ）１／２　……（４）　　 【００１０】上記一実施例では、Ｃ２　　＝１０ｎＦを
用い、線路のインダクタンスｌはほぼ１０ｎＨであった
ので、ｔ２　ーｔ１　＝６．３ｎＳ　となる。また、Ｃ
１　＝３０ｎＦ、Ｌ＝１　μＨ　、Ｖａ＝２０ｋＶと実
測値Ｖｂ＝２５ｋＶを上記（２）　式に代入すれば、ｔ
１　＝１．６２ｎＳとなる。すなわち、ｔ２　＝２２４
ｎＳ　の時刻で副スイッチ（１６）を動作させると、安
定なレーザ発振を行うことができた。 【００１１】上記の構成で、高圧直流電源（１）　から
の電荷が主コンデンサ（３）　に充電される。この状態
で、主スイッチ（７）　に対し、時刻ｔｏ　＝ｔ１　に
おいてパルス発生部（１４）からのトリガパルスがトリ
ガ電極（６）　に加えられ、スパーク放電で主スイッチ
（７）　が導通する。この導通で、波形成形用コイル（
４）　およびピーキングコンデンサ（５）　の存在でＬ
Ｃ回路が構成される。これによって充電コンデンサ（３
）　に充電されていた充電電荷がピーキングコンデンサ
（９）　に移行し、上記ＬＣ回路の作用でピーキンクコ
ンデサ（５）　は高電圧に充電される。一方、予備電離
電極（１３）による予備電離作用を経て主放電電極（陰
極（１１）　　、陽極（１２））　では、プラズマパラ
メータできまるある一定電圧に達したときに絶縁破壊し
、主放電が発生する。この主放電でガスレーザ管（１０
）　　に封入されているガスレーザ媒質が励起され、図
示せぬ光共振器間でレーザ発振が行われる。このレーザ
発振において、上記（４）式で定まる時刻ｔ２　におい
て遅延回路部（１８）における遅延制御が解除され、ト
リガ電極（１７）にトリガパルスが送られて副スイッチ
（１６）が閉じられる。これによって、充電コンデンサ
（３）　の残留電荷が短絡し、副放電抵抗（１５）にて
消費されてしまい、陰極（１１）　　、陽極（１２）間
の電圧は急激に減少する。レーザパルス発振後も主放電
が持続している場合は副スイッチ（１６）の投入後は主
放電は消滅する。この結果、主放電電極の両端には図２
に示すように、テール部に電圧が生じない電圧波形とな
り、アーク放電が抑制できた。 【００１２】なお、上記実施例では主スイッチとしてス
パークギャップスイッチを用いたが、これに限定される
ことなく、サイラトロン、真空管スイッチ、半導体スイ
ッチ素子などの他のスイッチ素子に置換えても支障ない
。また、副スイッチ投入時のスイッチングサージが問題
となる場合には副スイッチに直列に小さなインダクタ、
抵抗を接続しても良い。 【００１３】 【発明の効果】以上説明したように、アーク放電が抑制
されたことで、ガスレーザ物質の劣化が抑えられ、レー
ザ動作のためのガス寿命が増大し、また同時に主放電電
極のアーク輝点による損傷も抑えられるため、レーザ装
置全体として寿命も増し、安定したレーザ発振ができる
ようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】本発明の一実施例における電圧波形図である。

【図３】従来例を示す回路図である。

【図４】従来例における電圧波形図である。

【符号の説明】

（１）　…高圧直流電源、（３）　…充電コンデンサ、
（４）　…波形成形用コイル、（５）…ピーキングコン
デンサ、（７）　…主スイッチ、（１０）…ガスレーザ
管（放電部）、（１４）…パルス発生部、（１６）…副
スイッチ、（１８）…遅延回路部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一端側を接地した高圧直流電源と、こ
   の高圧直流電源の電荷を充電する充電コンデンサと、こ
   の充電コンデンサと上記一端側とに接続された主スイッ
   チと、この主スイッチの閉成で上記充電コンデンサとＬ
   Ｃ回路を形成する波形成形コイルおよびピーキングコン
   デンサと、このピーキングコンデンサの充電電荷を受け
   る放電部と、この放電部で発生したレ−ザ光を共振する
   光共振器とを備えたガスレーザ発振装置において、上記
   充電コンデンサの低電圧側と接地端との間に接続された
   副スイッチと、上記主スイッチの閉成後所定時間遅延さ
   せて上記副スイッチを閉成させる遅延回路部とを備えた
   ことを特徴とするガスレーザ発振装置。
2. 【請求項２】　　上記遅延回路部の遅延時間は、充電コ
   ンデンサの容量をＣ１、ピーキングコンデンサの容量を
   Ｃ２　、波形成形用コイルのインダクタンスをＬ、ピー
   キングコンデンサから放電部に至る線路のインダクタン
   スをｌ、主コンデンサの充電電圧をＶａ、放電部の放電
   開始電圧をＶｂとしたとき、｛（Ｃ１　Ｃ２　Ｌ）／（
   Ｃ１　＋Ｃ２　）｝１／２　×ＣＯＳー１　｛１ー（Ｖ
   ｂ／Ｖａ）・（Ｃ１　＋Ｃ２　）／Ｃ１　｝＋２π・（
   Ｃ２　ｌ）１／２　から求められる時間としたことを特
   徴とする請求項１記載のガスレーザ発振装置。