JPH0439977A - パルスレーザ発振装置 - 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」 （産業上の利用分野） 本発明は、励起電源回路に改良を施した連続繰返し動作
のパルスレーザ発振装置に関するものである。

（従来の技術） レーザ技術における近年の著しい技術進歩に伴い、各種
の産業分野において、連続繰返し動作のパルスレーザ発
振装置が使用されており、その−層の開発が要求されて
いる。このようなパルスレーザ発振装置のうち、特に、
ガスを媒介としたレーザにおいて、良好なレーザ発振を
得るためには、レーザ媒質中で空間的に均一な放電の生
成を必要とするが、Ｔ　Ｅ　Ａ　Ｃ０２レーザ、エキシ
マレーザなどの短パルスレーザ光を発生させるパルスレ
ーザ装置においては、その動作ガス圧力が散気圧もの高
圧力であり、さらに、電子付着性の強いＣＯ２ガスある
いはハロゲンカスを含むため、放電が集中し、アーク放
電になりやすい。これを防止し、均一な放電を生成する
ために、主放電に先立って予備電離を行うと同時に、高
速のパルス電圧を印加して短時間に放電を生成させる方
法か一般的に採用されている。

第３図は、従来のパルスレーザ発振装置の電極部構造と
励起電源回路の一例を示すものである。

まず、第３図において、放電部ａはレーザ媒質中に配置
され、第１の主電極１に対向して第２の主電極２が配設
され、両生電極の両側に、紙面垂直方向に複数個のスパ
ーク放電ギャップ３が配設されている。

また、第３図の励起電源回路の構成は以下の通りである
。すなわち、第１、第２の主電極１，２間には、スパー
ク放電ギャップ３を介してコンデンサＣ２が接続されて
いる。また、放電部ａには、残留インダクタンスを含む
回路インダクタンスＬｄを介して、コンデンサＣ１、ス
イッチＳＩが接続され、このコンデンサＣ１の一端は、
抵抗Ｒを介して高電圧電源Ｖｃに接続され、他端はイン
ダクタンスＬを介して接地されている。

さらに、第３図において、第１、第２の主電極１．２の
長平方向（紙面の垂直方向）両端部には、光共振器（図
示せず）が配設されている。

このように構成された従来のパルスレーザ発振装置の動
作を以下に説明する。

すなわち、高電圧電源Ｖｃ−抵抗抵抗ニーコンデンサ−
インダクタンスＬの経路で、コンデンサＣ１が充電され
る。

そして、スイッチＳ１が閉じられると、コンデンサＣ１
に充電された電圧が第１、第２の主電極１．２間に印加
される。また、このときスパーク放電ギャップ３には、
コンデンサＣ１の電圧が加わるため、スパーク放電ギャ
ップ３の一部が放電する。そしてその後、一定の時間内
に全てのスパク放電ギャップ３が放電し、このスパーク
放電によって発生する紫外線により、対向する第１、第
２の主電極１，２間のレーザガスが予備電離される。

このようにしてスパーク放電ギャップ３が放電すると、
コンデンサＣ１の電荷はコンデンサＣ２に移動する。コ
ンデンサＣ２の電圧が上昇して（ると、第１、第２の主
電極１，２間の電圧が高くなり、第１、第２の主電極１
，２間にグロー放電が点弧する。このグロー放電により
レーザガスが励起され、図示していない光共振器の作用
により、レーザ光が紙面垂直方向に発生する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような構成を有する従来のパルス
レーザ発振装置においては、レーザ光が発生した後も、
回路の振動電圧が第１、第２の主電極１．２間に加わり
、この結果、場合によっては第１、第２の主電極１．２
間にアーク放電が発生する。このアーク放電は、グロー
放電を繰返し発生させる場合に、後に続くグロー放電の
発生に悪影響を及ぼし、繰返し周波数を制限してしまう
。

この点を、第１、第２の主電極１，２間に加わる電圧の
時間変化を示した第４図に基づいて説明する。

まず、第３図のパルスレーザ発振装置においては、前述
の通り、高電圧電源Ｖｃ−抵抗抵抗ニーコンデンサ−イ
ンダクタンスＬの経路で、コンデンサＣ１が充電され、
スイッチＳ１が閉じられると、コンデンサＣ１に充電さ
れた電圧が、第１、第２の主電極１，２間に印加される
。

この場合、第４図に示すように、第１、第２の主電極１
，２間には、はぼコンデンサＣ２の電圧が加わり、主電
極間のレーザガスの放電特性で決まる電圧に達した時刻
Ｔａで第１、第２の主電極１．２間にグロー放電が発生
する。グロー放電が発生すると、第１、第一２の主電極
１．２間の電圧は低下し、グロー放電のインピーダンス
とグロー放電を流れる電流の積により。第１、第２の主
電極１，２間にｂの期間電圧が発生する。

また、グロー放電が発生した時刻Ｔａで、コンデンサＣ
１に残留している電荷はグロー放電に流れる。

この後、第１、第２の主電極１．２間の電圧が０に近付
いた時刻Ｔｂてグロー放電は消滅するが、コンデンサＣ
１に残った電圧により、回路に振動電圧か発生し、第１
、第２の主電極１．２間にはＣの期間振動電圧が加わる
。この振動電圧により、第１、第２の主電極１，２間の
レーザガスが時刻Ｔｃで放電破壊すると、アーク放電と
なり、局所的に大きな振動電流が流れる。この局所的に
大きな振動電流により、主電極１，２間のレーザガスが
局部的に加熱され、レーザガスの密度分布に大きな粗密
が発生する。

そして、以上のように、第１、第２の主電極１゜２間の
レーザガス密度分布に大きな粗密が存在すると、再びス
イッチＳ１を閉じ、第１、第２の主電極１，２間に電圧
を印加してグロー放電を発生させる場合に−様なグロー
放電を発生できないため、安定したレーザ発振を行うこ
とができず、レーザ出力が低下してしまう。従って、安
定したレーザ発振をさせるためには、十分な時間間隔を
持って繰返し放電させる必要があり、繰返し周波数が制
限されてしまう。

さらに、グロー放電が消滅した後に回路に発生する振動
電圧は、コンデンサＣＩの充電電圧Ｖｃに大きく影響さ
れる。そのため、レーザ出力を可変する目的で充電電圧
Ｖｃを変化させた場合には、充電電圧により回路の振動
電圧発生状況が変わってしまい、安定して繰返しレーザ
発振動作を行わせることができない。

以上のように、従来のパルスレーザ発振装置においては
、グロー放電消滅後に回路に振動電圧が発生し、アーク
放電が発生してレーザガスの粗密分布を生じるため、繰
返し放電させる場合にレーザ出力が低下したり、繰返し
周波数が制限される欠点が存在していた。また、充電電
圧を変化させると、振動電圧の発生状況が変化してしま
うため、安定して繰返しレーザ発振動作を行わせること
ができない欠点も存在していた。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するため
に提案されたもので、その目的は、グロー放電消滅後に
回路に発生する振動電圧を抑制し、しかも充電電圧を変
化した場合にも振動電圧を回路条件に合わせて有効に抑
制可能とし、グロー放電消滅後におけるアーク放電の発
生を防止することにより、短時間内に繰返し安定したレ
ーザ発振動作が可能であるような、優れたパルスレーザ
発振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） 本発明のパルスレーザ発振装置は、一対の対向する主電
極を容器内に配置し、この主電極間に電圧を印加するコ
ンデンサ及びその充電電源を備えたパルスレーザ発振装
置において、主電極と並列に可変インピーダンス素子を
接続し、この可変インピーダンス素子とコンデンサの充
電電源とを分圧器を介して接続したことを特徴としてい
る。

（作用） 本発明のパルスレーザ発振装置によれば、可変インピー
ダンス素子を主電極と並列に接続し、さらに、この可変
インピーダンス素子のインピーダンス値をコンデンサの
充電電源と接続した分圧器出力にて変化させることによ
り、グロー放電消滅後にコンデンサに残った電圧を適切
に制御できるため、回路に発生する振動電圧を抑制し、
しかも充電電圧を変化した場合にも振動電圧を回路条件
に合わせて有効に抑制可能であり、グロー放電消滅後に
おけるアーク放電の発生を防止できる。

（実施例） 以下、本発明によるパルスレーザ発振装置の一実施例を
第１図を参照して具体的に説明する。なお、第３図に示
した従来技術と同一の部材には同一の符号を付して、説
明は省略する。

本実施例においては、第１図に示すように、主電極１，
２間に回路インダクタンスＬｄを介してインダクタンス
Ｌｖと可変抵抗Ｒｖが接続されている。また、高電圧電
源Ｖｃと接地間に分圧器Ｖｄが接続され、この分圧器Ｖ
ｄの出力と可変抵抗Ｒｖの抵抗値制御部４とが接続され
ている。

このように構成された本実施例のパルスレーザ発振装置
の動作を以下に説明する。

まず、高電圧電源Ｖｃ−抵抗抵抗ヨーコンデンサＣイン
ダクタンス−可変抵抗Ｒｖの経路で、コンデンサＣ１が
充電される。

そして、スイッチＳ１が閉じられると、コンデンサＣ１
に充電された電圧が、回路インダクタンスＬｄを介して
第１、第２の主電極１，２間に印加される。また、この
ときスパーク放電ギャップ３には、コンデンサＣ１の電
圧が加わるため、スパーク放電ギャップ３の一部が放電
する。そしてその後、一定の時間内に全てのスパーク放
電ギャップ３が放電し、このスパーク放電によって発生
する紫外線により、対向する第１、第２の主電極１．２
間のレーザガスが予備電離される。

このようにしてスパーク放電ギャップ３が放電すると、
コンデンサＣ１の電荷はコンデンサＣ２に移動する。コ
ンデンサＣ２の電圧が上昇してくると、第１、第２の主
電極１．２間の電圧が高くなり、第１、第２の主電極１
，２間にグロー放電が点弧する。

この場合、スイッチＳ１を閉じた後に、第１、第２の主
電極１，２間に加わる電圧の時間変化は、第２図のよう
になる。

すなわち、第２図に示したようにスイッチＳ１が閉じら
れると、第１、第２の主電極１，２間に電圧が加わり、
時刻Ｔａでグロー放電が発生し、この後すの期間コンデ
ンサＣ１に残留している電荷はグロー放電に流れる。

この後、第１、第２の主電極１，２間の電圧が０に近付
いた時刻Ｔｂでグロー放電は消滅するが、コンデンサＣ
１には電圧が残る。従来技術においては、前述した通り
、この残留電圧により、回路に振動電圧が発生していた
が、本実施例においては、このコンデンサＣ１の残留電
圧を、インダクタンスＬｖと可変抵抗Ｒｖにより制御す
ることで、回路における振動電圧の発生を防止できる。

従って、第１、第２の主電極１，２間に振動電圧が加え
られることはないため、レーザ発振後に第１、第２の主
電極１，２間にアーク放電は発生せず、第１、第２の主
電極１，２間のレーザガスは、速やかに均一な密度分布
に復帰できる。

また、可変抵抗Ｒｖの抵抗値は、分圧器Ｖｄにより、高
電圧電源Ｖｃの電圧値に応じて最適に制御できるため、
コンデンサＣＩの充電電圧を変化させて、レーザ発振出
力を変化させる場合にも、回路における振動電圧の発生
を確実に防止できる。

このように、本実施例によれば、第１、第２の主電極１
．２間にグロー放電が発生した後における振動電圧の発
生を防止でき、アーク放電の発生を防止できるため、第
１、第２の主電極１，２間のレーザガス密度は速やかに
均一な状態に復帰する。従って、短時間のうちに再びス
イッチ８１を閉じて主電極１，２間に電圧を印加してグ
ロー放電を発生させた場合においても、−様なグロー放
電を発生させることができ、短時間内に繰返し安定した
レーザ発振動作を行わせることが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のパルスレーザ発振装置に
よれば、可変インピーダンス素子を主電極と並列に接続
し、さらに、可変インピーダンス素子のインピーダンス
値を、コンデンサの充電電源と接続した分圧器出力によ
り変化させるという手段によって、グロー放電消滅後に
回路に発生する振動電圧を抑制し、しかも充電電圧を変
化した場合にも振動電圧を回路条件に合わせて有効に抑
制可能とし、クロー放電消滅後におけるアーク放電の発
生を防止することができるため、従来技術に比べて、短
時間内に繰返し安定したレーザ発振動作か可能であるよ
うな、優れたパルスレーザ発振装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパルスレーザ発振装置の一実施例を示
す回路図、第２図は第１図のパルスレーザ発振装置の主
電極間電圧を示す電圧波形図、第３図は従来のパルスレ
ーザ発振装置の一例を示す回路図、第４図は第３図のパ
ルスレーザ発振装置の主電極間電圧を示す電圧波形図で
ある。 １・・・第１の主電極、２・・・第２の主電極、３・・
・スパーク放電ギャップ、４・・・抵抗値制御部、ａ・
・・放電部、ｃｌ、ｃ２・・・コンデンサ、Ｌ、Ｌｖ・
・・インダクタンス、Ｌｄ・・・回路インダクタンス、
Ｒｖ・・・可変抵抗、Ｓｌ・・・スイッチ、Ｖｃ・・・
高電圧電源、Ｖｄ・・・分圧器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対の対向する主電極を容器内に配置し、この主電極間
   に電圧を印加するコンデンサ及びその充電電源を備えた
   パルスレーザ発振装置において、前記主電極と並列に可
   変インピーダンス素子を接続し、この可変インピーダン
   ス素子と前記コンデンサの充電電源とを分圧器を介して
   接続したことを特徴とするパルスレーザ発振装置。