JPH04280485A - Ｌｃ反転形パルスレーザ励起回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザ，炭酸
ガスレーザなどをのＵＶ自動予備電離形パルスレーザを
対象に、レーザを高速繰り返し励起させるＬＣ反転形パ
ルスレーザ励起回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、ＵＶ自動予備電離形パルスレーザ
の励起回路として、従来より実施されている容量移行形
励起回路を図４に示す。図において、１は直流電源、２
は保護インダクタ、３は充電用キャパシタ、４は充電用
インダクタ、５はサイラトロン管などのスイッチ素子、
６はピーキングキャパシタ、７は予備電離ギャップ、８
はレーザの主電極、９，１０は励起回路の分布インダク
タである。

【０００３】かかる構成で、直流電源１により保護イン
ダクタ２，充電用インダクタ４を介して充電用キャパシ
タ３を充電し、充電完了後にスイッチ素子５を投入する
と、充電用キャパシタ３の充電電荷がピーキングキャパ
シタ６に移行するとともに、この電荷移行過程で予備電
離ギャップ７が放電し、ここに発生したＵＶ光が主電極
８の陰極近傍に照射されて、主電極８が安定したグロー
放電を起こすために必要な初期電子を供給する。そして
、ピーキングキャパシタ６の電位が主電極８の放電開始
電圧を超えるとグロー放電が発生し、このエネルギーに
よりレーザガスが励起してレーザ発振を開始する。なお
、充電用キャパシタ３の充電エネルギーをピーキングキ
ャパシタ６に移行させて効率的に主電極８に与えるため
には、充電用インダクタ４，分布インダクタ９，１０の
インダクタンス値をそれぞれＬ４，Ｌ９，Ｌ１０として
、これらの間にはＬ４　＞Ｌ９　＞Ｌ１０の関係が必要
である。

【０００４】次に、前記の容量移行形励起回路とは別方
式の従来におけるＬＣ反転形励起回路を図５に示す。な
お、図中で１１はインダクタ、１２，１３はキャパシタ
である。このＬＣ反転形励起回路で充電用インダクタ４
，分布インダクタ９，１０，および電源１に並列接続し
たインダクタ１１のインダクタンス値をそれぞれＬ４，
Ｌ９，Ｌ１０，　Ｌ１１として、これらの間にＬ４　＞
Ｌ１１＞Ｌ９　＞Ｌ１０の関係が成立するように回路常
数を定めれば、直流電源１によりキャパシタ１２，１３
を充電した後にスイッチ素子５を閉じると、回路には反
転電流Ｉ１　が流れ、キャパシタ１２の電圧が反転する
。これにより、予備電離ギャップ７が放電してキャパシ
タ６に移行電流Ｉ２　が流れるとともに、予備電離ギャ
ップ７に発生したＵＶ光が主極８の陰極近傍に照射され
て、主電極８に対してグロー放電を起こすために必要な
初期電子を供給する。 そして、ピーキングキャパシタ６の電位が主電極８の放
電開始電圧を超えると、主放電電流Ｉ３　が流れて主電
極８でグロー放電が発生し、このエネルギーによりレー
ザガスが励起してレーザ発振を開始する。このＬＣ反転
形励起回路は、前記した容量移行形励起回路と比べて、
励起回路を構成する部品点数は多くなるが、直流電源１
の出力電圧が半分で済み、スイッチ素子５の負担が少な
くて済む利点がある。

【０００５】しかして、前記励起回路のスイッチ素子５
にサイラトロン管を用いてレーザを高速繰り返し励起さ
せる際の電流上昇率ｄｉ／ｄｔが数ｋＡ／μｓ以上であ
ると、サイラトロン管自身の負担が大きくて電極の腐食
，封入ガスの劣化などが著しく、このために長時間に亙
り安定した高速繰り返し動作が望めない。そこで、パル
スレーザ励起回路の長寿命、高出力化を図る手段として
可飽和インダクタを併用した磁気パルス圧縮法などが従
来より提唱されており、また、可飽和インダクタとエネ
ルギー蓄積キャパシタからなる複数段の磁気パルス圧縮
回路と、スイッチ素子として長寿命な半導体スイッチを
組合わせたパルスレーザ励起回路が例えば特開昭６３−
１９７３９０号公報で提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のパル
スレーザ励起回路のスイッチ素子として市販のサイリス
タを使用してオン，オフを繰り返し行わせるには、サイ
リスタ動作特性の制約からその電流上昇率を数百Ａ／μ
ｓ以下に抑える必要があり、このために前記のパルスレ
ーザ励起回路では、磁気パルス圧縮回路に複数段の可飽
和インダクタ，蓄積キャパシタを縦続接続してパルス圧
縮を行うようにしている。しかしながら、可飽和インダ
クタの段数を増すと、スイッチ動作に伴うインダクタの
鉄損によりエネルギー移行効率が低下するという問題が
ある。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみなれたもので
あり、スイッチ素子として半導体スイッチの採用を可能
にしつつ、しかも簡易な回路構成で高いパルス圧縮率，
エネルギー移行効率が得られるようにしたＬＣ反転形パ
ルスレーザ励起回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、ＵＶ自動予備電離形パルスレーザを対象とする本発
明のＬＣ反転形パルスレーザ励起回路においては、可飽
和インダクタを用いたＬＣ反転回路の反転手段として可
飽和トランスを備え、かつ該可飽和トランスの１次側に
遅延インダクタを接続して構成するものとする。

【０００９】また、前記の励起回路において、回路構成
をより簡略化するために、予備電離ギャップを可飽和ト
ランスの２次側巻線とＬＣ反転回路との間に接続するこ
とができる。さらに、可飽和トランス，可飽和インダク
タの飽和タイミングを可調整とするために、可飽和トラ
ンス，可飽和インダクタには直流逆バイアス電流を流す
リセット巻線を設けるのがよい。

【００１０】

【作用】上記のパルスレーザ励起回路において、直流電
源により充電用キャパシタを充電した後に、スイッチ素
子をオン動作させると、充電用キャパシタに蓄えられて
いた電荷が、遅延インダクタ，可飽和トランスの１次側
巻線に流れ、可飽和トランスの２次側に接続されたＬＣ
反転回路のキャパシタが可飽和トランスの昇圧比に応じ
て充電される。ここで、可飽和トランスは、その２次側
電圧が最大となった時に飽和するよう設計，調整されて
おり、この飽和に伴って２次側に接続したキャパシタの
電位が反転して電荷を後段へ移行させるとともに、可飽
和インダクタでパルス幅を圧縮し、かつ予備電離ギャッ
プの動作によりレーザ主電極がグロー放電してレーザ発
振させる。ここで、前記の遅延インダクタのインダクタ
ンス値を適正に決めることにより、スイッチ素子として
半導体スイッチの使用が可能になる。

【００１１】また、予備電離ギャップを可飽和トランス
２次側巻線とＬＣ反転回路との間に接続することにより
ピーキングキャパシタが省略できる。さらに、可飽和ト
ランス，可飽和インダクタにリセット巻線を施して適当
な直流逆バイアス電流を流すことにより、その飽和タイ
ミングの調整制御が可能となる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。なお、図中で図５に対応する同一部品には同符号が
付してある。まず、図１の実施例において、ＬＣ反転回
路の反転手段として可飽和トランス１４を備え、かつ該
可飽和トランス１４の１次側には遅延インダクタ１５が
接続され、また、２次側の反転回路にはキャパシタ１２
，１３とともに可飽和インダクタ１６が接続してある。 そして、前記可飽和トランス１４，可飽和インダクタ１
６にはそれぞれ直流逆電流を流すリセット巻線を備えて
いる。ここで、図３は可飽和インダクタ１６の構成を示
すものであり、１７は磁心、１８は主巻線、１９がリセ
ット巻線である。また、スイッチ素子５にはサイリスタ
などの半導体スイッチが使用されている。

【００１３】かかる構成で、直流電源１により充電用キ
ャパシタ３を充電し、その充電完了後にスイッチ素子５
をトリガしてオン動作させると、充電用キャパシタ３に
蓄えられていた電荷が遅延インダクタ１５と可飽和トラ
ンス１４の１次側巻線を通じて流れ、可飽和トランスの
２次側巻線に接続されたキャパシタ１２，１３が可飽和
トランス１４の昇圧比に応じて充電される。この場合に
、スイッチ素子５に流れる電流の上昇率ｄｉ／ｄｔは、
各キャパシタの容量，遅延インダクタのインダクタンス
値，可飽和トランスの漏れインダクタンス値により決る
ので、遅延インダクタ１５のインダクタンス値をスイッ
チ素子５として半導体スイッチの使用が可能となるよう
に範囲に決めておく。また、可飽和トランス１４は、あ
らかじめその２次側電圧が最大となった時に飽和するよ
うに前記のリセット巻線のバイアス電流が調整されてお
り、該可飽和トランスの飽和に伴ってキャパシタ１２の
電位が反転する。さらに、可飽和インダクタ１６は前記
の電位反転が完了した時点（この時点で、可飽和インダ
クタ１６には可飽和トランス１４の出力電圧の２倍の電
圧がかかっている）で飽和するようにあらかじめ調整（
リセット巻線１９のバイアス電流を調整しておく）され
ており、可飽和インダクタ１６が飽和すると、キャパシ
タ１２，１３の電荷が可飽和インダクタ１６を通じてピ
ーキングキャパシタ６に移行するとともに、この際に予
備電離ギャップ７の放電で発生したＵＶ光がレーザ主電
極８の陰極近傍に照射される。そして、ピーキングキャ
パシタ６の電位が主電極８の放電開始電圧を超えると主
電極がグロー放電し、レーザガスが励起させてレーザ発
振する。なお、可飽和トランス１４，可飽和インダクタ
１６に設けたリセット巻線に流す直流逆バイアス電流を
変えることにより飽和タイミングの制御が可能であり、
したがって充電電圧を変えた場合でもエネルギーの移行
効率が低下しないように調整できる。

【００１４】上記の励起回路により、スイッチ素子５の
繰り返し動作で与えたパルス幅を、可飽和トランス１４
で約１／１０、可飽和インダクタ１６で約１／５まで圧
縮できることが確認されている。

【００１５】次に、本発明の異なる実施例を図２に示す
。すなわち、ＬＣ反転回路の反転手段として可飽和トラ
ンス１４を用いる点は図１の実施例と同様であるが、特
に異なる点として予備電離ギャップ７が可飽和トランス
１４の２次側巻線とＬＣ反転回路部との間に接続されて
いる。このように構成することで、図１におけるピーキ
ングキャパシタ６が省略できる。なお、この実施例では
、可飽和インダクタ１６には一方向の電流を流す整流キ
ャパシタの機能を持たせる必要があるので、あらかじめ
可飽和インダクタ１６に備えたリセット巻線１６（図３
参照）に流す逆バイアス電流を適当な値に調整して可飽
和インダクタを飽和させないようにしておくものとする
。

【００１６】

【発明の効果】本発明によるＬＣ反転形パルスレーザ励
起回路は、以上説明したように構成されているので次記
の効果を奏する。まず、従来の磁気パルス圧縮回路と比
べてパルス圧縮率が高く、可飽和トランス，可飽和イン
ダクタを１段用いるだけでの少ない回路構成部品でレー
ザ励起に要する高速立ち上がりパルスが得られ、かつエ
ネルギー移行効率も向上する。さらに、スイッチ素子と
してサイリスタなどの半導体スイッチが使用できるので
、長期間に亙り安定した高速繰り返し動作が可能であり
、信頼性の大幅な向上化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるパルスレーザ励起回路図

【図２】図１と異なる実施例の回路図

【図３】可飽和インダクタの構成図

【図４】従来における容量移行形励起回路の回路図

【図
５】従来におけるＬＣ反転形励起回路の回路図

【符号の説明】

１　　　　直流電源 ３　　　　充電用キャパシタ ４　　　　充電用インダクタ ５　　　　スイッチ素子 ６　　　　ピーキングキャパシタ ７　　　　予備電離ギャップ ８　　　　レーザの主電極 １４　　　　可飽和トランス １５　　　　遅延インダクタ １６　　　　可飽和インダクタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチ素子，ＬＣ反転回路，予備電離ギ
   ャップを組合わせてレーザを高速繰り返し励起させるＬ
   Ｃ反転形パルスレーザ励起回路において、可飽和インダ
   クタを含むＬＣ反転回路の反転手段として可飽和トラン
   スを備え、かつ該可飽和トランスの１次側に遅延インダ
   クタを接続したことを特徴とするＬＣ反転形パルスレー
   ザ励起回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載のパルスレーザ励起回路に
   おいて、予備電離ギャップを可飽和トランスの２次側巻
   線とＬＣ反転回路との間に接続したことを特徴とするＬ
   Ｃ反転形パルスレーザ励起回路。
3. 【請求項３】請求項１に記載のパルスレーザ励起回路に
   おいて、可飽和トランス，可飽和インダクタが直流逆バ
   イアス電流を流すリセット巻線を備えていることを特徴
   とするＬＣ反転形パルスレーザ励起回路。