JPH05175581A - High repetition pulse laser electrode - Google Patents

High repetition pulse laser electrode

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JPH05175581A
JPH05175581A JP34340591A JP34340591A JPH05175581A JP H05175581 A JPH05175581 A JP H05175581A JP 34340591 A JP34340591 A JP 34340591A JP 34340591 A JP34340591 A JP 34340591A JP H05175581 A JPH05175581 A JP H05175581A
Authority
JP
Japan
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electrode
laser
main electrode
main
high repetition
Prior art date
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Pending
Application number
JP34340591A
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Japanese (ja)
Inventor
Mina Sakano
美菜 坂野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To enhance a cooling efficiency by preventing a temperature rise of a high repetition pulse laser electrode. CONSTITUTION:A capillary 12 having about several mm of a diameter is formed longitudinally as a cooling member in a first main electrode 2, and both ends are extended from an opposite surface to the surface opposed to a discharge region main electrode out of the main electrode. Both ends of the capillary 12 extended out of the main electrode are connected to a circulator 14 arranged out of a laser chamber 1 through a tube 13 to form one closed circuit. Insulating fluid to become cooling medium is filled in the capillary 12. The fluid in the capillary 12 is always circulated in the closed circuit by the operation of the circulator 14. The fluid includes, for example, fluorocarbon, insulating oil, etc.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はレーザーガスを強制的に
循環させてレーザ発振を行う高繰返しパルスレーザ装置
に係り、特に、その放電部構造に改良を施した高繰返し
パルスレーザ電極に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-repetition pulse laser device for oscillating a laser by forcibly circulating a laser gas, and more particularly to a high-repetition pulse laser electrode having an improved discharge part structure. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、レーザガスを強制的に循環させ
てレーザ発振を行う高繰返しパルスレーザ装置は、アノ
ード及びカソードを構成する一対の主電極が、密閉容器
内に一定間隔をおいて対向する位置に配設され、これら
主電極間にレーザ発振の方向と直交する方向にレーザガ
スが強制的に循環されるように構成されている。そし
て、そのレーザガスを、前記一対の主電極間に生じるグ
ロー放電で励起してレーザ光を発振させるのが一般的で
ある。
2. Description of the Related Art In general, a high repetition pulse laser device for forcibly circulating a laser gas to oscillate a laser is a position where a pair of main electrodes forming an anode and a cathode face each other in a hermetically sealed container at regular intervals. The laser gas is forcibly circulated between the main electrodes in a direction orthogonal to the laser oscillation direction. Then, the laser gas is generally excited by a glow discharge generated between the pair of main electrodes to oscillate laser light.

【0003】図4は従来の高繰返しパルスレーザ装置の
一例を示したもので、その光軸垂直方向の断面を模式的
に表わしている。
FIG. 4 shows an example of a conventional high repetition pulse laser device, and schematically shows a cross section in the direction perpendicular to the optical axis.

【0004】即ち、密閉容器であるレーザチャンバ1内
のレーザ媒質中に配置される第1の主電極2(カソー
ド)と対向する位置に、第2の主電極3(アノード)が
配設され、前記第1の主電極の長手方向両側には、対を
なす予備電離電極4,5が、複数組、並列に接続されて
いる。また、密閉容器の外側には、主電極空間を充電す
るためのピーキングコンデンサ6が複数個配設されてお
り、2つの主電極2,3は前記ピーキングコンデンサ6
を介して、複数本の棒状金属から構成される電流リター
ン8により電気的に接続されている。さらに、第2の主
電極3は、前記電流リターン8を通してレーザチャンバ
1外部の接地電位に接続されている。
That is, the second main electrode 3 (anode) is arranged at a position facing the first main electrode 2 (cathode) arranged in the laser medium in the laser chamber 1 which is a closed container. A plurality of pairs of preionization electrodes 4 and 5 are connected in parallel on both sides of the first main electrode in the longitudinal direction. Further, a plurality of peaking capacitors 6 for charging the main electrode space are arranged outside the closed container, and the two main electrodes 2 and 3 are the peaking capacitors 6 described above.
Is electrically connected via a current return 8 composed of a plurality of rod-shaped metals. Furthermore, the second main electrode 3 is connected to the ground potential outside the laser chamber 1 through the current return 8.

【0005】また、対向する2つの主電極2,3の間に
は、放電終了後のレーザガスを速やかに交換し、レーザ
放電により発生した不純物が混入した残留ガスを除去す
るために、レーザガスを強制的に循環させる送気手段9
により、矢印の方向にレーザガス流10が生じている。
Further, between the two main electrodes 2 and 3 facing each other, the laser gas after the discharge is promptly exchanged, and the laser gas is forced to remove the residual gas mixed with the impurities generated by the laser discharge. Means 9 to circulate mechanically
Due to this, a laser gas flow 10 is generated in the direction of the arrow.

【0006】この様に構成された従来の高繰返しパルス
レーザ装置の概略動作について説明する。即ち、レーザ
ガスが充填されているレーザチャンバ1内部に、高繰返
しパルス電源7からHVパルスが印加されると、まず、
HVパルス→予備電離電極4→予備電離電極5→ピーキ
ングコンデンサ6の回路に電流が流れ、ピーキングコン
デンサ6が充電される。この時、予備電離電極4,5間
の小ギャップでスパーク放電が起こり、それによって発
生した紫外線が2つの主電極2,3に挟まれた空間を予
備電極する。続いて、ピーキングコンデンサ6に印加さ
れる電圧が、主電極2,3間の放電破壊電圧に達する
と、主放電が開始し、紙面垂直方向にレーザ光が発生す
る。
An outline of the operation of the conventional high repetition pulse laser device configured as described above will be described. That is, when the HV pulse is applied from the high repetition pulse power supply 7 to the inside of the laser chamber 1 filled with the laser gas, first,
A current flows through the circuit of HV pulse → preliminary ionization electrode 4 → preliminary ionization electrode 5 → peaking capacitor 6, and the peaking capacitor 6 is charged. At this time, spark discharge occurs in the small gap between the preionization electrodes 4 and 5, and the ultraviolet light generated thereby sparks the space sandwiched between the two main electrodes 2 and 3 as the preelectrode. Then, when the voltage applied to the peaking capacitor 6 reaches the discharge breakdown voltage between the main electrodes 2 and 3, the main discharge starts and laser light is generated in the direction perpendicular to the paper surface.

【0007】ところで、パルスレーザ装置において、H
Vパルスが主放電電極間に印加された時、主放電空間に
注入されるエネルギーEは以下の式で表わされる。
By the way, in the pulse laser device, H
The energy E injected into the main discharge space when the V pulse is applied between the main discharge electrodes is expressed by the following equation.

【0008】E=1/2CpV2 Cp:ピーキングコンデンサ容量 V:充電電圧 このエネルギーが数10nsecという短時間に主放電
電極に印加されるため、放電部に注入されるエネルギー
は数MW/ccに達する。
E = 1/2 CpV 2 Cp: Peaking capacitor capacity V: Charging voltage Since this energy is applied to the main discharge electrode in a short time of several tens of nanoseconds, the energy injected into the discharge part reaches several MW / cc. ..

【0009】ところが、このような放電励起型パルスレ
ーザにおけるエネルギー効率(出力エネルギー/注入エ
ネルギー)は、一般に数%程度と非常に低い値をとる。
即ち、注入エネルギーの大部分は回路損失やジュール熱
となって失われてしまう。この注入エネルギーの熱損分
は、電極を通してレーザガスへと移行し、その結果、電
極及びレーザガスの温度を急激に上昇させることにな
る。
However, the energy efficiency (output energy / injection energy) of such a discharge excitation type pulse laser is generally as low as about several percent.
That is, most of the injected energy is lost as circuit loss or Joule heat. The heat loss of the implantation energy is transferred to the laser gas through the electrode, and as a result, the temperature of the electrode and the laser gas is rapidly increased.

【0010】この様なレーザガスの温度上昇は、高温と
なった放電領域のガスを、送気手段9により熱交換器1
1に通して冷却し、放電領域には新鮮なレーザガスを送
り込むことにより解決する。しかしながら、局所的に高
温となった電極表面にとっては、送気手段9により生じ
るガス流10と接触することが最大の熱交換の機会とな
るため、その冷却効果はごく微小であり、且つ、冷却に
時間を要する。
Such a rise in the temperature of the laser gas causes the gas in the discharge region, which has become high in temperature, to be supplied to the heat exchanger 1 by the gas supply means 9.
The problem is solved by cooling through 1 and feeding fresh laser gas into the discharge area. However, for the locally heated electrode surface, the contact with the gas flow 10 generated by the gas supply means 9 provides the greatest opportunity for heat exchange, so that the cooling effect is very small and the cooling effect is small. Takes time.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
高繰返しパルスレーザ電極においては、放電時の高エネ
ルギーにより生じた主放電電極の温度上昇が、次のパル
ス放電が発生する数100μ〜数msec後までに回復
することが困難であるため、熱が電極内部に蓄積され、
ショット数を重ねることにより電極金属は極度の高温状
態に達する。
As described above, in the conventional high repetition pulse laser electrode, the temperature rise of the main discharge electrode caused by the high energy at the time of discharge is several hundred μ Since it is difficult to recover by a few msec, heat is accumulated inside the electrode,
The electrode metal reaches an extremely high temperature state by stacking the number of shots.

【0012】このような状態下においては、ガス密度揺
らぎ、電極材料の飛散、注入エネルギーの偏り等によっ
て、レーザ主放電は非常に不安定なものとなり、均一で
安定したグロー放電を点弧することが困難になる。この
ため、高繰返し動作時に連続して安定な主放電を点弧す
ることができなくなり、その結果、レーザ出力が不安定
になるという欠点があった。さらに、電極表面が高温に
なると、電極材料の消耗やレーザガスの劣化を促進する
ことになり、レーザの長寿命化をも妨げることになって
いた。
Under such a condition, the laser main discharge becomes very unstable due to fluctuations in gas density, scattering of electrode materials, deviation of injection energy, etc., and uniform and stable glow discharge should be ignited. Becomes difficult. Therefore, it is impossible to continuously ignite a stable main discharge during high repetition operation, and as a result, the laser output becomes unstable. Further, when the temperature of the electrode surface becomes high, the consumption of the electrode material and the deterioration of the laser gas are promoted, which also hinders the life extension of the laser.

【0013】本発明は上述した様な従来技術の欠点を解
決するために提案されたものであり、その目的は、主電
極の温度上昇を防止し、また、主電極の冷却効率を高
め、安定したレーザ出力を得ることのできる優れた高繰
返しパルスレーザ電極を提供することにある。
The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and its purpose is to prevent the temperature rise of the main electrode and to enhance the cooling efficiency of the main electrode to stabilize the temperature. An object of the present invention is to provide an excellent highly repetitive pulse laser electrode capable of obtaining the desired laser output.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、密閉容器内に
対向配置された一対の主電極であって、それらの間にレ
ーザガスが循環される高繰返しパルスレーザ電極におい
て、前記一対の主電極の内、少なくともいずれか一方の
主電極の内部に、冷却媒体を循環することができる冷却
部材を設けたことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a pair of main electrodes, which are opposed to each other in a closed container, in which a laser gas is circulated between them. Among these, at least one of the main electrodes is provided with a cooling member capable of circulating a cooling medium.

【0015】[0015]

【作用】以上の様な構成を有する本発明の高繰返しパル
スレーザ電極においては、主電極内部を循環して流れる
冷却媒体の効果により、常時、主電極本体が積極的に冷
却されるため、放電注入エネルギーにより上昇した電極
温度を速やかに低下させることができ、また、その温度
上昇分を最低限に抑制することが可能になる。その結
果、高繰返し動作時においても安定したグロー放電を得
ることができる。
In the highly repetitive pulse laser electrode of the present invention having the above-mentioned structure, the main electrode body is always positively cooled by the effect of the cooling medium circulating in the main electrode. The electrode temperature raised by the implantation energy can be promptly lowered, and the temperature rise can be suppressed to the minimum. As a result, stable glow discharge can be obtained even during high repetition operation.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1及び図2に基
づいて具体的に説明する。なお、図4に示した従来型と
同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. The same members as those of the conventional type shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0017】本実施例においては、図1に示した様に、
ニッケル,アルミなどの金属より構成される第1の主電
極2の内部に、冷却部材として、その長手方向に直径数
mm程度の細管12が形成され、その両端が主電極の放
電領域に対向する面と反対の面から主電極外部へと引き
出されている。また、主電極外部に引き出された細管1
2の両端は、配管13を介して、レーザチャンバ1の外
部に配設された循環器14に接続され、一つの閉回路が
形成されている。
In this embodiment, as shown in FIG.
Inside the first main electrode 2 made of a metal such as nickel or aluminum, a thin tube 12 having a diameter of several mm is formed in the longitudinal direction as a cooling member, and both ends thereof face the discharge area of the main electrode. It is drawn out of the main electrode from the surface opposite to the surface. In addition, the thin tube 1 drawn out of the main electrode
Both ends of 2 are connected to a circulator 14 arranged outside the laser chamber 1 via a pipe 13 to form one closed circuit.

【0018】また、前記細管12の内部には、冷却媒体
となる絶縁性流体が充填されている。そして、前記循環
器14の作用によって、細管12内の絶縁性流体は、常
時、閉回路内を循環するように構成されている。
The inside of the thin tube 12 is filled with an insulating fluid which serves as a cooling medium. The insulating fluid in the thin tube 12 is constantly circulated in the closed circuit by the action of the circulator 14.

【0019】なお、絶縁性流体としては、フロン,絶縁
油等を使用することができる。また、図2は、本実施例
の放電部構成を簡略化して、主電極及びその周辺のみを
示した斜視図である。
As the insulating fluid, CFC, insulating oil or the like can be used. Further, FIG. 2 is a perspective view showing only the main electrode and its periphery by simplifying the structure of the discharge part of the present embodiment.

【0020】この様な構成を有する本実施例の高繰返し
パルスレーザ電極は、以下に述べる様に作用する。即
ち、高繰返しパルス電源7からパルス高電圧(HVパル
ス)が印加されると、予備電離電極4,5を通してピー
キングコンデンサ6が充電され、主電極2,3間のレー
ザガス中で放電破壊が発生すると、放電部に注入された
莫大なエネルギーの大部分は熱量に変換され、周囲に伝
搬、放出される。
The high repetition pulse laser electrode of this embodiment having such a structure operates as described below. That is, when a high pulse voltage (HV pulse) is applied from the high repetition pulse power source 7, the peaking capacitor 6 is charged through the preionization electrodes 4 and 5, and discharge breakdown occurs in the laser gas between the main electrodes 2 and 3. Most of the enormous energy injected into the discharge part is converted into the amount of heat, propagated and emitted to the surroundings.

【0021】この場合、本実施例においては、主電極2
の内部を流れる冷却媒体の冷却作用によって、電極金属
部分では速やかに熱交換が行われる。これにより、主電
極2の本体の温度上昇は抑制され、高繰返し運転を長時
間連続して行った場合においても、主電極を構成する金
属は比較的低温状態を保つことができる。さらに、主電
極表面の温度上昇も抑えられるため、主電極表面と接触
して流れるレーザガス流に対しても、蓄積した熱量を放
出することが少なくなる。
In this case, in this embodiment, the main electrode 2
Due to the cooling action of the cooling medium flowing inside, the heat is quickly exchanged in the electrode metal part. Thereby, the temperature rise of the main body of the main electrode 2 is suppressed, and even when high repetition operation is continuously performed for a long time, the metal forming the main electrode can maintain a relatively low temperature state. Furthermore, since the temperature rise on the surface of the main electrode is also suppressed, the amount of accumulated heat is less released to the laser gas flow flowing in contact with the surface of the main electrode.

【0022】また、主電極本体を冷却することは、主電
極表面の局所的高温部で発生する電極金属の溶融・蒸発
・スパッタリング等を抑制する働きも有するため、電極
の劣化、さらに、金属の飛散によるレーザガスの汚染な
どを大幅に低減させることができる。このことは、安定
なグロー放電の点弧に寄与するだけでなく、レーザガス
の長寿命化にもつながるため、長時間にわたり安定なレ
ーザ発振を維持することが可能になる。
Further, cooling the main electrode body also has a function of suppressing melting, evaporation, sputtering, etc. of the electrode metal generated at a locally high temperature portion of the surface of the main electrode, so that deterioration of the electrode and further metal The contamination of the laser gas due to the scattering can be greatly reduced. This not only contributes to stable ignition of the glow discharge but also extends the life of the laser gas, so that stable laser oscillation can be maintained for a long time.

【0023】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、例えば、主電極3の内部に細管をあけ
て、絶縁性流体を流入させてもよいし、主電極2,3と
もに前記冷却機能を具備させることにより、さらに冷却
効率を向上させることも可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, a thin tube may be opened inside the main electrode 3 to allow an insulative fluid to flow in, or both the main electrodes 2 and 3 may be introduced. By providing the cooling function, it is possible to further improve the cooling efficiency.

【0024】また、図3に示した様に、2本以上の細管
を主電極内部に通し、冷却媒体と電極金属との接触面積
を増加させるように構成することにより、より広い範囲
を効率よく冷却することができる。さらに、予備電離方
法、送気手段、電源方式、励起回路等については種々の
方式を選択することができる。
Further, as shown in FIG. 3, two or more thin tubes are passed through the inside of the main electrode to increase the contact area between the cooling medium and the electrode metal, so that a wider area can be efficiently used. Can be cooled. Furthermore, various methods can be selected for the preionization method, the air supply means, the power supply method, the excitation circuit, and the like.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、一対
の主電極の内、少なくともいずれか一方の主電極の内部
に、冷却媒体を循環することができる冷却部材を設ける
ことにより、主電極の温度上昇を防止し、また、主電極
の冷却効率を高め、安定したレーザ出力を得ることので
きる優れた高繰返しパルスレーザ電極を提供することが
できる。
As described above, according to the present invention, by providing a cooling member capable of circulating a cooling medium inside at least one of the pair of main electrodes, It is possible to provide an excellent highly repetitive pulsed laser electrode capable of preventing the temperature rise of the main electrode, enhancing the cooling efficiency of the main electrode, and obtaining a stable laser output.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の高繰返しパルスレーザ電極の一実施例
を示す要部断面図
FIG. 1 is a sectional view of an essential part showing an embodiment of a high repetition pulse laser electrode according to the present invention.

【図2】図1に示した実施例の主電極部分の斜視図FIG. 2 is a perspective view of a main electrode portion of the embodiment shown in FIG.

【図3】本発明の他の実施例を示す斜視図FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.

【図4】従来の高繰返しパルスレーザ装置の構成を示す
断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional high repetition pulse laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザチャンバ 2…第1の主電極 3…第2の主電極 4,5…予備電離電極 6…ピーキングコンデンサ 7…高繰返しパルス電源 8…電流リターン 9…送気手段 10…ガス流 11…熱交換器 12…細管 13…配管 14…循環器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser chamber 2 ... 1st main electrode 3 ... 2nd main electrode 4, 5 ... Pre-ionization electrode 6 ... Peaking capacitor 7 ... High repetition pulse power supply 8 ... Current return 9 ... Gas supply means 10 ... Gas flow 11 ... Heat exchanger 12 ... Thin tube 13 ... Piping 14 ... Circulator

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 密閉容器内に対向配置された一対の主電
極であって、それらの間にレーザガスが循環される高繰
返しパルスレーザ電極において、 前記一対の主電極の内、少なくともいずれか一方の主電
極の内部に、冷却媒体を循環することができる冷却部材
を設けたことを特徴とする高繰返しパルスレーザ電極。
1. A high repetition pulse laser electrode in which a pair of main electrodes are arranged to face each other in a hermetically sealed container, and a laser gas is circulated between the main electrodes, and at least one of the pair of main electrodes is used. A high repetition pulse laser electrode, characterized in that a cooling member capable of circulating a cooling medium is provided inside the main electrode.
JP34340591A 1991-12-25 1991-12-25 High repetition pulse laser electrode Pending JPH05175581A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104619105A (en) * 2015-02-16 2015-05-13 哈尔滨工业大学 Extreme ultraviolet source discharge chamber for discharge detection of Xe medium capillaries

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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