JPH05206551A

JPH05206551A - パルスレーザ装置

Info

Publication number: JPH05206551A
Application number: JP1477392A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Iwata; 明彦岩田; Yoichiro Tabata; 要一郎田畑; Kazuhiko Hara; 一彦原; Shigeo Eguri; 成夫殖栗
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1993-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JP3201809B2

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザ発振に有害な後続電流をカットし、レ
ーザ効率を向上させる。【構成】主コンデンサ４に充電した電荷をピーキング
コンデンサ６及び放電管７に移行せしめるスイッチ８
を、幅設定回路１２により、おおよそ回路のインダクタ
ンス９と主コンデンサ４及びピーキングコンデンサ６と
の直列共振周期に相当する時間だけ導通するように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス放電を利用したパ
ルスレーザ装置に関するもので、詳しくは、パルス発生
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のパルスレーザ装置として金属蒸
気レーザ装置やエキシマレーザ装置があるが、図９は雑
誌（copper Vapor Come of Age）に書かれた従来の
銅蒸気レーザ用パルス発生回路である。以下、説明にお
いてはパルスレーザ装置として銅蒸気レーザを例にとり
話を進めることにする。図９において、１は高圧電源、
２は充電リアクトル、３は充電用ダイオード、４は主コ
ンデンサ、５は充電用抵抗、６はピーキングコンデン
サ、７はレーザ放電管、８はスイッチである。９は回路
のインダクタンス、１０はレーザ放電管７のインダクタ
ンス、１１はレーザ放電管７の抵抗である。

【０００３】次に動作について説明する。高圧電源１か
ら充電リアクトル２、充電用ダイオード３を通して主コ
ンデンサ４に高圧電圧を充電する。スイッチ８が導通す
ると主コンデンサ４のエネルギーはピーキングコンデン
サ６を通して、レーザ放電管７に伝達され、レーザ放電
管７内にパルス放電が形成され、レーザ発振する。銅蒸
気レーザのレーザ上位準位の寿命は下位準位の寿命に比
べて極めて短いため、レーザ発振を効率よく行うには、
レーザ放電管７に供給される放電電流には急峻性が要求
される。そのため、回路のインダクタンスによる波形の
なまりを改善するためにピーキングコンデンサ６が挿入
されている。つまり、主コンデンサ４のエネルギーを回
路のインダクタンス９を経由して一旦ピーキングコンデ
ンサ６に蓄え、ピーキングコンデンサ６からレーザ放電
管７に急峻な電流を供給する形態をとっている。その結
果、主コンデンサ４から供給される電流ｉ₁は図１０に
示すような２つの山の電流波形となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１０は銅蒸気レーザ
の一般的な電流・電圧およびレーザ波形である。レーザ
光はレーザ放電管７に流れる電流ｉ₂の前半部分にて出
力され、放電電流はレーザ発振に完全に有効には利用さ
れない。これは、前にも説明したようにレーザ上位準位
と下位準位との関係からなるものである。放電電流は主
にピーキングコンデンサ６とレーザ放電管７のインダク
タンス１０、およびレーザ放電管７の抵抗１１との振動
幅で決定されるが、特にレーザ放電管７が大型になると
レーザ放電管７のインダクタンス１０が大きくなり、放
電電流の幅が広くなり、レーザ発振後に供給される割合
が増加する。レーザ発振後に供給される電流（以下、後
続電流と記す。図１０の斜線部分）はレーザ発振に寄与
しないばかりか、レーザ下位準位の数を増加させて発振
効率を低下させたり、またレーザ放電管７の抵抗１１を
必要以上に低下させるため、次のサイクルの発振動作に
おいてレーザ放電管７の抵抗１１に印加される電圧が低
下し、レーザ励起が不十分になるという害を与える。以
上のように、従来のパルスレーザ装置ではレーザ発振後
の後続電流が、レーザ発振の効率を低下させるという問
題点があった。

【０００５】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、レーザ放電管７が大型になりレー
ザ放電管のインダクタンス１０が大きくなっても、後続
電流がながれにくくし、レーザの効率を低下させないよ
うにするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るパルスレー
ザ装置（第１の発明）は、主コンデンサに充電した電荷
をピーキングコンデンサ及び放電管に移行せしめるスイ
ッチを、おおよそ回路のインダクタンスと主コンデンサ
及びピーキングコンデンサとの直列共振周期に相当する
時間だけ導通するように構成したものである。

【０００７】また、本発明に係る別のパルスレーザ装置
（第２の発明）は、主コンデンサの両端に抵抗と第２の
スイッチを有する回路を接続したものである。

【０００８】また、本発明に係るさらに別のパルスレー
ザ装置（第３の発明）は、放電管の両端に抵抗と第２の
スイッチを有する回路を接続したものである。

【０００９】

【作用】第１の発明におけるパルスレーザ装置において
は、スイッチ８は、おおよそ回路のインダクタンス９と
主コンデンサ４及びピーキングコンデンサ６との直列共
振周期に相当する時間だけ導通するように構成されてい
るため、主コンデンサ４のうち、レーザ発振に有効なエ
ネルギーだけを回路のインダクタンス９、およびピーキ
ングコンデンサ６を経由してレーザ放電管７に供給で
き、レーザ放電管７に流れる後続電流を抑制する。

【００１０】第２の発明におけるパルスレーザ装置にお
いては、主コンデンサ４の両端に抵抗と第２のスイッチ
を有する回路を接続し、第１のスイッチ８が導通後、一
定時間経過後に第２のスイッチを導通させるようにする
ため、レーザ発振に不要な主コンデンサ４の残留エネル
ギーを、第２のスイッチと抵抗との上記回路で消費し、
レーザ放電管７にレーザ発振終了後の有害な後続電流を
伝達しないようにすることができる。

【００１１】第３の発明におけるパルスレーザ装置にお
いては、放電管７の両端に抵抗と第２のスイッチを有す
る回路を接続し、第１のスイッチ８が導通後、一定時間
経過後に第２のスイッチを導通させるようにするため、
レーザ発振後に流れるレーザ放電管７の後続電流を第２
のスイッチと上記抵抗とにバイパスさせ、レーザ放電管
７に流れる後続電流をカットするものである。

【００１２】

【実施例】実施例１．本発明の一実施例を図１に示す。
図において、１２は幅設定回路である。図２は幅設定回
路１２の構成を示すものであり、１３は発振器、１４は
微分コンデンサ、１５は微分ダイオード、１６は微分抵
抗、１７はダイオードである。

【００１３】まず、図１、図２の動作について説明す
る。発振器１３から図３に示されるような一定周期の繰
り返し信号ｖ₂が発せられ、微分コンデンサ１４、微分
ダイオード１５、及び微分抵抗１６で構成される微分回
路にてｖ₂’の波形が得られる。ｖ₂’をダイオード１７
で波形整形して出力ｖ₁を得る。スイッチ８はｖ₁ を受
けて一定時間τだけ導通を行なう。その結果、主コンデ
ンサ４からｖ₁にて指定された期間だけ電流が供給さ
れ、図３にｉ₁で示されるような電流波形が得られる。

【００１４】ここで後続電流について説明する。図１０
において、レーザ発振後にレーザ放電管７に流れる後続
電流（図１０の斜線部分）は、主コンデンサ４の両端の
電圧ｖ_cがレーザ発振終了後までに完全にゼロにならな
いことが原因となっている。このことを説明するために
ピーキングコンデンサ６について述べる。ピーキングコ
ンデンサ６を大きくすると、ピーキングコンデンサ６か
らレーザ放電管７に供給させるエネルギーは増加する
が、ピーキングコンデンサ６の電圧の上昇度（ｄｖ／ｄ
ｔ）が低下し、急峻性がなくなり、逆にピーキングコン
デンサ６の大きさを小さくすると急峻性は増加するがピ
ーキングコンデンサ６からレーザ放電管７に供給される
エネルギーが低下し、十分な励起ができなくなる。その
ため、銅蒸気レーザの場合にはピーキングコンデンサ６
の値は主コンデンサ４の数分の１に選択されている。そ
の結果、ｉ₁は図１０に示すような、２つ山の電流波形
となる。このような波形において、主に最初のｉ₁のパ
ルスにて供給されたエネルギーを受けてピーキングコン
デンサ６からレーザ発振に有効なエネルギーがレーザ放
電管７に供給される。そのため、レーザ発振後に、主コ
ンデンサ４の電圧のうち、最初のパルスにて移行できな
かった分が残ってしまう。この電圧はｉ₁の第２のパル
スを形成し、結果としてレーザ放電管７に後続電流とし
て伝達することになる。このような中、本発明では上述
した幅設定回路１２により、τだけの時間、スイッチ８
を導通させ、しかもτは、主コンデンサ４、ピーキング
コンデンサ６及び回路のインダクタンス９の直列共振周
期にほぼ一致させるようにする。その結果、スイッチ８
を流れる電流は図１０のτの時間の分に限定され、τ後
の電流は、スイッチ８がオフしているため、供給され
ず、主コンデンサ４の残留エネルギーはそのまま維持さ
れる。このため、たとえ主コンデンサ４にレーザ発振後
に残留電圧が残っていても、後続電流の原因にはならな
い。図４はその様子を示したもので、主コンデンサ４か
ら供給される電流ｉ₁は、主コンデンサ４、ピーキング
コンデンサ６、回路のインダクタンス９の直列共振周期
の１周期分、つまり図１０の最初のパルスに限定される
ため、レーザ放電管７に後続電流が流れない。

【００１５】τの設定は、微分抵抗１６の大きさを変え
ることで行なう。もちろんτはスイッチ８の抵抗分等で
も変動するため、詳細にはレーザ効率と照らし合わせな
がら決定する。また、τを共振周期とほぼ一致させるこ
とで、スイッチ８のオフ直前の電流が小さくでき、その
結果、スイッチ８にオフ時の過電圧が印加されず、破壊
が防止できる。

【００１６】さらに、スイッチ８がオフできるため、主
コンデンサ４は無限の容量を備えていてもよく、その結
果、ピーキングコンデンサ６の電圧上昇をより大きくす
ることができる。

【００１７】このように、スイッチ８を上記共振周期に
てオフさせることで、レーザ放電管７に流れる後続電流
を抑制でき、かつピーキングコンデンサ６の電圧上昇を
増加でき、レーザ効率を大幅に増加することができる。

【００１８】なお、上記実施例ではスイッチ８について
は特に限定していないが、放電を利用したスイッチ、磁
性体を利用したスイッチ、半導体を利用したスイッチ
等、導通手段を有するものであれば何れも効果を発揮す
る。

【００１９】実施例２．図５は、第２の発明の一実施例
を示すパルス発生回路である。図６は第２の発明による
パルスレーザ装置における電流・電圧およびレーザ波形
である。図において、１８、１９は、各々主コンデンサ
４に並列に接続された抵抗および第２のスイッチであ
る。

【００２０】次に動作について説明する。抵抗１８およ
び第２のスイッチ１９は主コンデンサ４に並列に接続さ
れている。実施例１において説明したように、図１０に
おいて、レーザ発振後にレーザ放電管７に流れる後続電
流（図の斜線部分）は、主コンデンサ４の両端の電圧ｖ
_cがレーザ発振終了後までに完全にゼロにならないこと
が原因となっている。本実施例ではこの残留の電圧を抵
抗１８と第２のスイッチ１９とで消費するように構成し
たものであり、図６はその動作波形である。レーザ発振
がほぼ終了したｔ₀において第２のスイッチ１９を導通
させると、残留電圧Ｖ_xのエネルギーはほぼ第２のスイ
ッチ１９を通って抵抗１８に流れる。その電流がｉ₃ で
ある。残留電圧Ｖ_xのエネルギーはピーキングコンデン
サ６にほとんど移行されず、急激に消費され、ｔ₀₁にゼ
ロとなる。つまり、レーザ発振に寄与しない主コンデン
サ４のエネルギーを第２のスイッチ１９にて抵抗１８で
消費させることで、図６に示すように、放電電流に後続
電流がほとんど発生せず、レーザ発振後にすぐゼロとな
る。このため、レーザ放電管７に余分な後続電流がなが
れず、レーザの効率が大幅に増加する。

【００２１】実施例３．図７は、第３の発明の一実施例
を示すパルス発生回路である。また、図８は第３の発明
によるパルスレーザ装置における電流・電圧およびレー
ザ波形である。図において、２０、２１は、各々レーザ
放電管７に並列に接続された抵抗および第２のスイッチ
である。

【００２２】次に、動作について説明する。抵抗２０お
よび第２のスイッチ２１はレーザ放電管７に並列に接続
されている。図８に示すように第２のスイッチ２１をほ
ぼレーザ発振が終了したｔ₂₀にて導通させると、従来回
路でレーザ放電管７に流れていた後続電流は抵抗２０と
第２のスイッチ２１の回路にバイパスされる。その結
果、レーザ放電管７には後続電流が流れなくなる。後続
電流のエネルギーは抵抗２０にて消費され、図８のｉ₄
に示されるようにやがてゼロとなる。このように、抵抗
２０と第２のスイッチ２１との回路への後続電流のバイ
パスにより、レーザ放電管７に後続電流が流れなくな
り、レーザの効率が大幅に増加する。

【００２３】なお、上記実施例２、３において、第２の
スイッチ１９、および２１のオン、オフのタイミング
は、予め設定された時刻により、あるいは放電等を検出
して決定する。

【００２４】また、上記実施例２、３において、第２の
スイッチ１９、および２１については特に限定していな
いが、放電を利用したスイッチ、磁性体を利用したスイ
ッチ、半導体を利用したスイッチ等、導通手段を有する
ものであればいずれも効果を発揮する。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば主コンデ
ンサに充電した電荷をピーキングコンデンサ及び放電管
に移行せしめるスイッチを、おおよそ回路のインダクタ
ンスと主コンデンサ及びピーキングコンデンサとの直列
共振周期に相当する時間だけ導通するように構成したの
で、後続電流が抑制でき、レーザ効率が増加する効果が
ある。

【００２６】また、第２の発明によれば、主コンデンサ
の両端に抵抗と第２のスイッチを有する回路を接続した
ので、レーザ発振がほぼ終了した時点で第２のスイッチ
を導通させて、後続電流をカットすることができ、レー
ザ効率を大幅に増加できる効果がある。

【００２７】さらに、第３の発明によれば、放電管の両
端に抵抗と第２のスイッチを有する回路を接続したの
で、レーザ放電管に流れる後続電流を抵抗と第２のスイ
ッチとにバイパスでき、その結果、レーザ放電管の後続
電流がカットでき、レーザ効率を大幅に向上させること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１によるパルスレーザ装置を示
す回路図である。

【図２】本発明の実施例１に係わる幅設定回路を示す回
路図である。

【図３】本発明の実施例１によるパルスレーザ装置の動
作波形を示す波形図である。

【図４】本発明の実施例１によるパルスレーザ装置の動
作を説明する説明図である。

【図５】本発明の実施例２によるパルスレーザ装置を示
す回路図である。

【図６】本発明の実施例２によるパルスレーザ装置の動
作を説明する説明図である。

【図７】本発明の実施例３によるパルスレーザ装置を示
す回路図である。

【図８】本発明の実施例３によるパルスレーザ装置の動
作を説明する説明図である。

【図９】従来のパルスレーザ装置を示す回路図である。

【図１０】従来のパルスレーザ装置の動作を説明する説
明図である。

【符号の説明】

１高圧電源４主コンデンサ６ピーキングコンデンサ７レーザ放電管８第１のスイッチ９回路のインダクタンス１２幅設定回路１８抵抗１９第２のスイッチ２０抵抗２１第２のスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者殖栗成夫尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス放電を生じせしめてレーザ出力を
得る放電管、この放電管に直列に接続され、高電圧を充
電する主コンデンサ、上記放電管に並列に接続したピー
キングコンデンサ、並びに上記主コンデンサに充電した
電荷を上記ピーキングコンデンサ及び上記放電管に移行
せしめるスイッチを有するパルスレーザ装置において、
上記スイッチは、おおよそ回路のインダクタンスと上記
主コンデンサ及び上記ピーキングコンデンサとの直列共
振周期に相当する時間だけ導通するように構成したこと
を特徴とするパルスレーザ装置。
【請求項２】パルス放電を生じせしめてレーザ出力を
得る放電管、この放電管に直列に接続され、高電圧を充
電する主コンデンサ、上記放電管に並列に接続したピー
キングコンデンサ、並びに上記主コンデンサに充電した
電荷を上記ピーキングコンデンサ及び上記放電管に移行
せしめる第１のスイッチを有するパルスレーザ装置にお
いて、上記主コンデンサの両端に抵抗と第２のスイッチ
を有する回路を接続したことを特徴とするパルスレーザ
装置。
【請求項３】パルス放電を生じせしめてレーザ出力を
得る放電管、この放電管に直列に接続され、高電圧を充
電する主コンデンサ、上記放電管に並列に接続したピー
キングコンデンサ、並びに上記主コンデンサに充電した
電荷を上記ピーキングコンデンサ及び上記放電管に移行
せしめる第１のスイッチを有するパルスレーザ装置にお
いて、上記放電管の両端に抵抗と第２のスイッチを有す
る回路を接続したことを特徴とするパルスレーザ装置。