JPH0461513B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ装置に関し、更に詳述すれば
気体レーザのうち、放電励起により短パルスレー
ザを発生する放電励起短パルスレーザ装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種のレーザ装置は例えば第３図に示
す如き構造のものが、JAPANESE JOURNAL
OF APPLIEDPHYSICS VoI 24，No11，1985
に開示されている。第３図において、昇圧用変圧
器１の１次巻線１ｐの両端には、コンデンサ２と
サイリスタ３との直列回路を接続しており、サイ
リスタ３のカソードは接地されている。サイリス
タ３のアノードには抵抗４の一端が接続されてい
る。昇圧用変圧器１の２次巻線１ｓの両端には、
コンデンサ５を接続している。このコンデンサ５
には可飽和リアクトル６とコンデンサ７との直列
回路を並列接続している。

コンデンサ７には可飽和リアクトル８とコンデ
ンサ９との直列回路を並列接続している。そして
前記コンデンサ９の一端は可飽和リアクトル１０
を介して、レーザ筐体１１内に設けた第１の主電
極１２とこの主電極１２と対向配置されている補
助電極１３とに接続されており、またコンデンサ
９の他端は前記第１の主電極１２と補助電極１３
との間に配設され、第１の主電極１２と補助電極
１３との間で予備電離放電を発生させるメツシユ
構造の第２の主電極１４に接続されている。更に
第１及び第２の主電極１２と１４との間には、放
電用コンデンサ１５と並列接続されたリアクトル
１６の両端が接続されている。

なお、前記コンデンサ２，５，７，９と昇圧用
変圧器１と、可飽和リアクトル６，８，１０とに
よりパルス充電回路が形成されている。１７は第
１の主電極１２と第２の主電極１４との間で発生
する主放電の放電励起部を示している。

一般にレーザ発振を行わせるためには、レーザ
媒質中において空間的に均一な主放電の放電励起
部を発生させる必要がある。しかし乍ら、TEA
CO₂レーザ又はエキシマレーザ等のような、短パ
ルスレーザ光を発生するレーザ装置では、その動
作時圧力が数気圧であるため、均一な放電は収束
してレーザ発振を行わせ難い。そのため、主放電
に先立ち、予め主放電領域に電子を均一に散在さ
せる予備電離放電を行わせている。

このようなレーザ発振において、レーザ出力を
高めるためには、主放電の放電開始電圧を高くす
る必要があるが、この放電開始電圧は第５図に示
すように、パルス電圧の立上り時間が短い程高く
なる。それ故、パルス電圧の立上り時間を短くす
ることによりレーザ出力を高めている。

このようなレーザ発振の動作は、第３図及び第
４図に基づいて以下に説明する如くなる。昇圧用
変圧器１の１次巻線１ｐに図示しない電源を接続
することにより、抵抗４を通してコンデンサ２が
充電される。その後、サイリスタ３に点弧信号を
与えることによりコンデンサ２の放電電流が昇圧
用変圧器１の１次巻線１ｐに流れて昇圧用変圧器
１により昇圧されてコンデンサ５のパルス電圧
V₅が第４図ａに示す如くその立上り時間T₅を要
して充電される。コンデンサ５のパルス電圧V₅
がピーク値に達した時点で可飽和リアクトル６が
飽和し、コンデンサ５に充電されていた電荷はコ
ンデンサ７に移行してコンデンサ７を充電する。

このコンデンサ７が充電されるパルス電圧V₇
は第４図ｂに示す如くその立上り時間T₇は、コ
ンデンサ５が充電される立上り時間T₅の約1/2〜
１／１０になつている。

可飽和リアクトル６，８，１０によりコンデン
サ７，９，１５が充電されるパルス電圧V₇，V₉
〔第４図ｂ，ｃ参照〕，V₁₅〔第４図ｄ参照〕の立
上り時間T₇，T₉，T₁₅は順次短くなつている。例
えばT₅が8μsecに対してT₁₅は0.1μsecとなつてい
る。このT₅の8μsecはサイリスタ１２のスイツチ
ング時間により定まる。このようにして従来のレ
ーザ装置は立上りが急峻なパルス電圧を得るべく
コンデンサ及び可飽和リアクトルからなる回路を
複数段設けている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述したレーザ装置では、立上りが急峻なパル
ス電圧を得るために、複数個の可飽和リアクトル
を用いているから耐久性の点ですぐれているが、
可飽和リアクトルが嵩ばつて装置が極めて大型化
し、また高価になる等の問題がある。

本発明は前述した問題に鑑み、可飽和リアクト
ルを１個用いるのみで装置の小型化を図り得て、
安価に製作できるレーザ装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のレーザ装置は、立上りが緩やかなパル
ス電圧を第１の主電極と第２の主電極との間に印
加し、そのパルス電圧がピーク値に達する前にお
いて、第１の主電極と補助電極との間に接続した
補助スイツチを閉路することにより、補助電極に
補助パルス電圧を印加して予備電離放電を発生さ
せて主放電を誘発するように構成するものであ
る。

〔作用〕

第１の主電極と第２の主電極との間に、可飽和
リアクトルで制御された立上り時間が緩やかなパ
ルス電圧が印加される。このパルス電圧がピーク
値に達する前において、第１の主電極と補助電極
との間に接続した補助スイツチが閉路して第２の
主電極と補助電極との間に立上りが急峻な補助パ
ルス電圧が印加される。この補助パルス電圧が印
加されたことにより、第２の主電極と補助電極と
の間に電子を均一に散在させることになり、予備
電離放電が行われて主放電を誘発し主放電に至ら
しめる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によつて詳
述する。第１図は本発明に係るレーザ装置の電気
回路図である。図において、昇圧用変圧器１の１
次巻線１ｐには、コンデンサ２とサイリスタ３と
の直列回路を接続しており、サイリスタ３のカソ
ードは接地され、アノードには抵抗４の一端が接
続されている。

昇圧用変圧器１の２次巻線１ｓの両端にはコン
デンサ５が接続されている。コンデンサ５の両端
には可飽和リアクトル６と、リアクトル１６と放
電用コンデンサ１５とが並列接続された回路との
直列回路が接続されている。また放電用コンデン
サ１５の両端は第１の主電極１２と第２の主電極
１４に夫々接続されている。第１の主電極１２と
補助電極１３との間には可飽和リアクトルからな
る補助スイツチ１８が接続されている。この補助
スイツチ１８は第１の主電極１２と、第２の主電
極１４との間に印加されたパルス電圧がピーク値
になる前に閉路して立上りの急峻な補助パルス電
圧を補助電極１３に与えるように構成されてい
る。補助電極１３と第２の主電極１４との間には
リアクトル１９が接続されている。このように構
成したレーザ装置は、昇圧用変圧器１の１次巻線
１ｐに、抵抗４の他端と接地された端部との間に
交流電源（図示せず）を接続することにより、コ
ンデンサ２が抵抗４を通して充電される。その
後、サイリスタ３を点弧させると、その放電電流
が１次巻線１ｐを流れて、昇圧用変圧器１により
昇圧されてコンデンサ５が第２図ａに示す如く緩
やかな立上りのパルス電圧V₅となつて充電され
る。コンデンサ５のパルス電圧V₅がピーク値に
達すると可飽和リアクトル６が飽和する。そのた
めコンデンサ５のパルス電圧V₅は、第１の主電
極１２と第２の主電極１４との間に加わつて第
１、第２の主電極１２，１４まのパルス電圧V₁₅
は第２図ｂに示すように、コンデンサ５のパルス
電圧V₅の立上りより急峻な立上りで上昇する。
この両主電極１２，１４間のパルス電圧V₁₅がピ
ーク値に達する前に補助スイツチ１８が閉路して
立上りが急峻な補助パルス電圧が第２の主電極１
４と補助電極１３との間に、第２図ｃに示す如き
パルス電圧V₁₈が印加される。そのため、主放電
領域に電子が均一に散在して予備電離放電が行わ
れて、この予備電離放電が基になつて第１の主電
極１２と第２の主電極１４との間に主放電１７が
誘発されて、主放電が行われる。

即ち、主放電１７の放電開始電圧は第１と第２
の主電極１２と１４との間に印加されるパルス電
圧V₁₅の立上り時間に依存せずに確実に主放電１
７を行わせることができ、高出力のレーザ光が得
られる。リアクトル１９は補助スイツチ１８が閉
路されるまで補助電極１３の電位を第２の主電極
１４と同電位に保つ。この補助スイツチ１８の可
飽和リアクトルは、第２の主電極１４と補助電極
１３との間に予備電離放電を行わせるものである
から、その大きさは全体から見れば極く僅かな大
きさであつて、可飽和リアクトルを複数個使用し
た場合に比べて装置が大幅に小型化する。

前記補助スイツチ１８は可飽和リアクトルの代
わりに火花ギヤツプ、サイラトロンを用いてもよ
い。また補助電極１３と第２の主電極１４との間
に接続したリアクトルの代わりに抵抗値が小さい
抵抗器を用いることができる。そして補助スイツ
チ１８が火花ギヤツプもしくはサイラトロンの場
合にはリアクトル１９を省略できる。

なお、主放電を行わせるべくパルス電圧を発生
させるパルス充電回路のスイツチにサイリスタ３
と可飽和リアクトル６とを用いているが、双方を
サイリスタとしてもよい。またサイリスタの代わ
りに例えば静電誘導トランジスタ、静電誘導サイ
リスタ、トランジスタ等を用いることができる。
更に昇圧用変圧器１は、交流電源が高電圧を供給
するものであれば使用しなくてもよい。

また、本実施例において、第２の主電極１４と
補助電極１３との間に誘電体を介在させることに
より、予備電離放電をより均一に発生させること
ができる。更に、第２の主電極１４はメツシユ構
造であり、補助電極１３は主放電１７に対して第
２の主電極１４の背面に位置するものを示した
が、第２の主電極１４はメツシユ構造に限定され
るものではなく、また補助電極１３は第１と第２
の主電極１２と１４との間、もしくはその側方で
あつてもよい。更にまた、レーザ筐体１１は鉛の
如き宇宙線が透過しない材質のもので構成する
か、それをレーザ筐体１１の内、外壁面に貼付け
た構造とするのが望ましく、レーザ出力の安定を
図ることができる。

このように宇宙線を遮蔽することは、緩やかな
パルス電圧の立上り過程において宇宙線が侵入し
てくる機会が多く、宇宙線が通過した部分には電
子、イオン等が生成されて、主放電が宇宙線の通
過域に集中するのでレーザ発振の妨げを防止する
ことになる。

〔効果〕 以上詳述した如く、本発明は補助スイツチを設
けてこの補助スイツチを第１と第２の主電極との
間に印加されたパルス電圧のピーク値に達する前
に閉路して補助パルス電圧を補助電極と第１の主
電極との間に印加して、予備電離放電を行わせて
主放電を誘発することができる。したがつて、従
来のように主放電を行わせるための立上りが急峻
なパルス電圧を作り出す多数の可飽和リアクトル
を必要としない。そのためレーザ装置を小型化し
得るとともに安価に製造することがきでる等の優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザ装置の電気回路
図、第２図は主放電及び予備電離放電を行わせる
パルス電圧の波形図、第３図は従来のレーザ装置
の電気回路図、第４図は主放電を行わせるパルス
電圧の波形図、第５図はパルス電圧の立上り時間
と放電開始電圧との関係を示すグラスである。 ２……コンデンサ、３……スイツチ（サイリス
タ）、５……コンデンサ、６……スイツチ（可飽
和リアクトル）、１１……レーザ筐体、１２……
第１の主電極、１３……補助電極、１４……第２
の主電極、１５……放電用コンデンサ、１８……
補助スイツチ。なお、図中、同一符号は同一、又
は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ筐体内に対設された第１の主電極及び
   第２の主電極並びに該第２の主電極に近接配置さ
   れた補助電極と、前記第１及び第２の主電極間に
   接続された放電用コンデンサと、該放電用コンデ
   ンサに間歇的に電圧を印加するパルス充電回路と
   を備えているレーザ装置において、 前記パルス充電回路はスイツチとコンデンサと
   を含み、前記第１の主電極と前記補助電極との間
   に接続された補助スイツチを備えており、該第１
   の主電極と第２の主電極との間に前記放電用コン
   デンサから印加されたパルス電圧がピーク値に達
   する前に前記補助スイツチが閉路されて主放電を
   誘発する予備電離放電を行わせるように構成され
   ていることを特徴とするレーザ装置。 ２ スイツチはサイリスタ、トランジスタ、静電
   誘導サイリスタ、静電誘導トランジスタ若しくは
   可飽和リアクトルのいずれか、又はそれらの組合
   せである特許請求の範囲第１項記載のレーザ装
   置。 ３ パルス充電回路はスイツチとコンデンサと変
   圧器とを含む特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載のレーザ装置。 ４ レーザ筐体は宇宙線を遮蔽するシールド材か
   らなる特許請求の範囲第１，２又は第３項に記載
   のレーザ装置。 ５ レーザ筐体は宇宙線を遮蔽するシールド材を
   筐体壁面に貼付けている特許請求の範囲第１，２
   又は第３項記載のレーザ装置。 ６ 補助スイツチは可飽和リアクトル、火花ギヤ
   ツプ、又はサイラトロンである特許請求の範囲第
   １，２，３，４又は第５項記載のレーザ装置。 ７ レーザ筐体内に対設された第１の主電極及び
   第２の主電極並びに該第２の主電極に近接配置さ
   れた補助電極と、前記第１及び第２の主電極間に
   接続された放電用コンデンサと、該放電用コンデ
   ンサに間歇的に電圧を印加するパルス充電回路
   と、前記第１の主電極と補助電極との間に接続さ
   れ、前記第１の主電極と第２の主電極との間に前
   記放電用コンデンサから印加されたパルス電圧が
   ピーク値に達する前に閉路する補助スイツチとを
   備えているレーザ装置において、 前記第２の主電極と、前記補助電極との間に誘
   電体を配設していることを特徴とするレーザ装
   置。