JPH05243935A

JPH05243935A - パルスレーザ用スイッチ装置

Info

Publication number: JPH05243935A
Application number: JP4044695A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Iwata; 明彦岩田; Shigeo Eguri; 成夫殖栗
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、レーザ効率を向上させたパルス
レーザ用スイッチ装置を得る。【構成】各給電経路13Ａ及び14Ａを互いに平行な平板
により構成する。これにより、給電経路側のインダクタ
ンスが著しく減少する。従って、コンデンサ４からレー
ザ放電管７への放電電流の立ち上がりが迅速になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、銅蒸気レーザやエキ
シマレーザ等のパルスレーザ装置の高電圧パルス発生回
路に用いられるパルスレーザ用スイッチ装置に関し、特
にレーザ放電管に対する放電電流の立ち上がりを迅速に
してレーザ効率を向上させたパルスレーザ用スイッチ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７〜図９は例えば特開平3-136411号公
報に記載された従来のパルスレーザ用スイッチ装置を説
明するための図であり、図７は一般的な銅蒸気レーザの
パルス発生回路を示す回路図である。図７において、１
は高電圧の直流電源、２は直流電源１の陽極に一端が接
続された充電用リアクトル、３は充電用リアクトル２の
他端にアノードが接続された充電用ダイオード、４は接
続点ａを介して充電用ダイオード３のカソードに一端が
接続されたコンデンサである。

【０００３】５は接続点ｂを介して一端がコンデンサ４
の他端に接続された充電用抵抗器であり、他端が接続点
ｃを介して直流電源１の陰極に接続されている。６は接
続点ａ及びｃ間に挿入されたスイッチ、７は充電用抵抗
器５と並列接続されるように接続点ｂ及びｃ間に挿入さ
れたレーザ放電管である。

【０００４】次に、図７に示した一般的なパルス発生回
路の動作について説明する。まず、直流電源１の陽極か
ら発生した高電圧は、充電用リアクトル２、充電用ダイ
オード３及び充電用抵抗器５を介してコンデンサ４に蓄
積される。その後、スイッチ６を導通させると、コンデ
ンサ４に蓄積された高電圧は、レーザ放電管７に印加さ
れ、レーザ放電管７内に放電が形成されてレーザ発振が
得られる。以上の動作は数ｋＨｚで繰り返され、レーザ
放電管７から所要出力のレーザ光が放射される。

【０００５】図８は図７内のコンデンサ４及びスイッチ
６とレーザ放電管７との結線構造を示す側断面図、図９
は図８内のスイッチ６のＱ−Ｑ′断面図である。図８に
おいて、80は直並列接続された複数の高速半導体(例え
ば、ＦＥＴ)８を含む第１の筒体、90は第１の筒体80の
外側に同軸配置された導電体からなる第２の筒体であ
り、これらはスイッチ６を構成している。

【０００６】第１の筒体80は、高速半導体８が載置され
た複数の導電体リング81と、各導電体リング81の間に介
在された複数の絶縁体リング82とから構成されている。
第１の筒体80の一端(図８内の左側)に位置した高速半導
体８は第２の筒体90の一端に接続され、第１の筒体80の
他端(図８内の右側)に位置した最上段の高速半導体８
は、均等配置された複数のコンデンサ４の一端に接続さ
れている。

【０００７】又、各高速半導体８のケースはドレイン端
子Ｄとなっており、図９のように、例えば４個ずつの高
速半導体８が各導電体リング81上に載置されている。こ
のように、各４個の高速半導体８のケースが導電体リン
グ81に接触することにより、各４個の高速半導体８のド
レイン電位は共通となっている。又、図８のように、各
高速半導体８のソース端子Ｓは絶縁体リング82を越えて
次段の導電体リング81に接続されており、各高速半導体
８は直並列接続されている。

【０００８】11は各コンデンサ４の他端に設けられた給
電端子であり、図７内の接続点ｂに対応している。12は
第２の筒体90の他端に設けられた給電端子であり、図７
内の接続点ｃに対応している。13は給電端子11上の接続
点ｂから引き出されてレーザ放電管７に給電するための
第１の給電経路、14は給電端子12上の接続点ｃから引き
出されてレーザ放電管７に給電するための第２の給電経
路である。コンデンサ４の放電電力は各給電経路11及び
12を介して取り出される。

【０００９】図８及び図９のように、スイッチ６を構成
する各筒体80及び90は同軸構造を有しており、高速半導
体８からみたスイッチ６のインダクタンスを均等化し、
スイッチ６内の電流分布を均等にしている。又、最上段
の導電体リング81に対して複数のコンデンサ４が均等に
配置されており、コンデンサ４からレーザ放電管７への
放電時の電流分布を更に均等化している。

【００１０】しかしながら、コンデンサ４及び第２の筒
体90の各他端から給電端子11及び12(接続点ｂ及びｃ)を
介して引き出される第１及び第２の給電経路13及び14が
細くて長いため、各給電経路13及び14のインダクタンス
が大きくなり、レーザ放電管７への放電電流の立ち上が
りが鈍化してしまう。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のパルスレーザ用
スイッチ装置は以上のように、レーザ放電管７に対する
第１及び第２の給電経路のインダクタンスが大きいの
で、放電時の電流の立ち上がりが鈍化してレーザ効率が
低下するという問題点があった。

【００１２】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、レーザ放電管に対する放電電流
の立ち上がりを迅速にしてレーザ効率を向上させたパル
スレーザ用スイッチ装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るパルスレーザ用スイッチ装置は、第１及び第２の給電
経路を互いに平行な平板により構成したものである。

【００１４】又、この発明の請求項２に係るパルスレー
ザ用スイッチ装置は、第１及び第２の給電経路を互いに
同軸配置したものである。

【００１５】

【作用】この発明の請求項１においては、第１及び第２
の給電経路のインダクタンスを著しく減少させ、コンデ
ンサからレーザ放電管への放電電流の立ち上がりを迅速
にする。

【００１６】又、この発明の請求項２においては、第１
及び第２の給電経路の通電により発生する磁束が高速半
導体等に鎖交しないようにして、各給電経路のインダク
タンスを著しく減少させてコンデンサからレーザ放電管
への放電電流の立ち上がりを迅速にすると共に、スイッ
チ内に流れる電流の高速半導体に対する分布を均等に
し、高速半導体の利用効率を向上させてレーザ効率を更
に向上させる。

【００１７】

【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例１を図に
ついて説明する。図１はこの発明の実施例１を示す側断
面図、図２は図１の装置を矢印Ａ方向からみた側面図で
ある。図において、４、６、７、８、11、80、81、82及
び90は前述と同様のものであり、又、12Ａ〜14Ａは給電
端子12、第１の給電経路13及び第２の給電経路14にそれ
ぞれ対応しており、図示しないパルス発生回路の構成は
図７に示した通りである。

【００１８】この場合、第２の筒体90の他端に接続され
た給電端子12Ａは、筒形状でコンデンサ４及び給電端子
11を取り囲む構造となっており、各コンデンサ４からみ
たスイッチ６のインダクタンスを更に均一化している。
又、コンデンサ４及び給電端子11と給電端子12Ａとが同
軸配置されているので、コンデンサ４に流れる電流は均
一化される。

【００１９】15は給電端子12Ａの中央に設けられた楕円
形の長穴である。第１及び第２の給電経路13Ａ及び14Ａ
は、図２のように互いに平行な平板で構成されており、
第１の給電経路13Ａは長穴15を通して引き出され、第２
の給電経路14Ａは長穴14の一端に導通されている。この
とき、第１及び第２の給電経路13Ａ及び14Ａにより形成
されるインダクタンスＬは、各給電経路の対向空隙距離
をｘ、幅をｙ、長さをｚ、比例定数をｋとすれば、

【００２０】Ｌ＝ｋ・ｚ・ｘ／ｙ

【００２１】で表わされる。従って、レーザ放電管７の
配置条件によって各給電経路13Ａ及び14Ａの長さｚが決
定されるものとすれば、各給電経路13Ａ及び14Ａの対向
空隙距離ｘを小さくするか、又は幅ｙを大きくすること
により、インダクタンスＬを小さくすることができる。
このように、インダクタンスＬを小さくすることによ
り、コンデンサ４の放電時のレーザ放電管７への供給電
流の立ち上がりが迅速となり、レーザ効率は向上する。

【００２２】しかしながら、図１の構成では、各給電経
路13Ａ及び14Ａへの通電時に、給電端子12Ａ内で電流の
アンバランスが生じるという問題点を含んでいる。図３
は高速半導体８が導通によってコンデンサ４からレーザ
放電管７に給電が行われたときの状態を示す説明図であ
り、矢印は電流ｉの流れる方向、φ₁〜φ₃は電流ｉによ
って各部に発生する磁束の方向を示している。

【００２３】図３において、例えば、スイッチ６内の高
速半導体８と第２の筒体90との間には、第２の筒体90の
内周に沿うような内部磁束φ₁が発生する。又、各給電
経路13Ａ及び14Ａが形成する回路によって発生する磁束
は、給電経路回路内の平板間磁束φ₂と回路外の漏れ磁
束φ₃とに分けられ、両者の方向は互いに逆となる。

【００２４】従って、給電端子12Ａ内で内部磁束φ₁と
漏れ磁束φ₃とが干渉する点Ｋにおいては、同方向の磁束
φ₁及びφ₃により磁束量が増加し、一方、漏れ磁束φ₃
の影響を受けない点Ｊにおいては、磁束量は内部磁束φ
₁のまま変わらない。又、内部磁束φ₁を形成するコンデ
ンサ４、高速半導体８及び第２の筒体９と、漏れ磁束φ₃
を形成する各給電経路13Ａ及び14Ａとの間には、相互イ
ンダクタンスが形成されるため、見かけ上、点Ｋにおい
ては自己インダクタンス及び相互インダクタンスの総合
インダクタンスが増大する。

【００２５】この結果、見かけ上、点Ｋ及びＪのインダ
クタンスが互いに不均一となり、電流ｉの流れ方にアン
バランスが生じる。即ち、見かけ上インダクタンスの増
大した点Ｋ側よりも、インダクタンスの変わらない点Ｊ
側の方が電流ｉが多く流れることになる。このような電
流分布の不均一が生じると、スイッチ６としての利用効
率が低下し、レーザ効率も低下してしまう。

【００２６】実施例２．図４は上記問題点を解決するこ
の発明の実施例２を示す側断面図、図５は図４の装置を
矢印Ｂ方向から見た側面図であり、12Ｂ〜14Ｂは給電端
子12Ａ、第１の給電経路13Ｂ、第２の給電経路14Ｂにそ
れぞれ対応している。この場合、給電端子12Ｂは、接続
点ｃにおいて、第２の給電経路14Ｂに接続される円形の
引き出し部を有する。又、共に円筒形状の各給電経路13
Ｂ及び14Ｂは互いに同軸配置されており、第１の給電経
路13Ｂは、対向空隙部16を介して第２の給電経路14Ｂ内
に挿入されている。

【００２７】このように各給電経路13Ｂ及び14Ｂを同軸
配置することにより、各給電経路側による磁束は対向空
隙部16のみに発生し、第２の給電経路14Ｂの外部に漏れ
磁束が発生することはない。従って、コンデンサ４の放
電により各給電経路13Ｂ及び14Ｂが通電されても、高速
半導体８を含むスイッチ６への鎖交磁束が発生せず、ス
イッチ６の内部磁束との干渉は防止される。この結果、
各給電経路側のインダクタンスが減少するのみならず、
スイッチ６内に流れる電流の高速半導体８に対する分布
が均等化し、高速半導体８の利用効率が向上し、レーザ
効率は更に向上する。

【００２８】図６は給電端子12Ｂの円周上の各点におけ
る電流強度即ち電流分布を示す説明図であり、ここで
は、代表的な４点Ｐ₁〜Ｐ₄(図５参照)の位置を参照して
いる。又、放電電圧を例えば13ｋＶとしており、放射方
向は電流強度［Ａ］を示している。図において、実線は
同軸構造(実施例２)の各給電経路13Ｂ及び14Ｂを用いた
ときの電流分布を示し、点線は平行平板構造(実施例１)
の各給電経路13Ａ及び14Ａを用いたときの給電端子12Ａ
上の対応点における電流分布である。

【００２９】図６内の点線の分布から明らかなように、
実施例１(図１及び図２)の平行平板構造の給電経路13Ａ
及び14Ａを用いた場合には、電流分布が大きく乱れてお
り、均等化が実現していない。しかし、実施例２(図４
及び図５)の同軸構造の給電経路13Ｂ及び14Ｂを用いた
場合には、実線のように電流強度がほぼ均等に分布して
いることが分かる。給電端子12Ｂ上の各点の電流分布は
スイッチ６の内部の電流分布に対応しているので、図４
及び図５の同軸構造の給電経路13Ｂ及び14Ｂによれば、
スイッチ６の内部の電流分布は均等化することになる。

【００３０】実施例３．尚、上記実施例２では各給電経
路13Ｂ及び14Ｂを共に円筒形状に構成したが、内側に配
置される第１の給電経路13Ｂを例えばライン状にしても
よい。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、各給電経路を互いに平行な平板により構成し、給電
経路側のインダクタンスを著しく減少させたので、コン
デンサからレーザ放電管への放電電流の立ち上がりが迅
速になり、レーザ効率を向上させたパルスレーザ用スイ
ッチ装置が得られる効果がある。

【００３２】又、この発明の請求項２によれば、第１及
び第２の給電経路を互いに同軸配置し、各給電経路の通
電により発生する磁束が高速半導体等に鎖交しないよう
にしたので、給電経路側のインダクタンスを著しく減少
させてコンデンサからレーザ放電管への放電電流の立ち
上がりを迅速にすると共に、スイッチ内に流れる電流の
高速半導体に対する分布を均等にし、高速半導体の利用
効率を向上させてレーザ効率を更に向上させたパルスレ
ーザ用スイッチ装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す側断面図である。

【図２】図１の装置を矢印Ａ方向から見た側面図であ
る。

【図３】図１の装置の放電時の電流及び発生磁束を示す
説明図である。

【図４】この発明の実施例２を示す側断面図である。

【図５】図４の装置を矢印Ｂ方向から見た側面図であ
る。

【図６】図１及び第４内のスイッチ内における電流分布
を示す説明図である。

【図７】一般的なパルスレーザ用スイッチ装置のパルス
発生回路を示す回路図である。

【図８】従来のパルスレーザ用スイッチ装置を示す側断
面図である。

【図９】図８内のスイッチのＱ−Ｑ′断面図である。

【符号の説明】

４コンデンサ６スイッチ７レーザ放電管８高速半導体１３Ａ、１３Ｂ第１の給電経路１４Ａ、１４Ｂ第２の給電経路８０第１の筒体９０第２の筒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直並列接続された複数の高速半導体を含
む第１の筒体と、導電体からなり前記第１の筒体に同軸配置された第２の
筒体と、を備え、前記第１の筒体の一端に位置した高速半導体は、前記第
２の筒体の一端に接続され、前記第１の筒体の他端に位置した高速半導体は、均等配
置された複数のコンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの他端及び前記第２の筒体の他端から、
レーザ放電管に給電するための第１及び第２の給電経路
が引き出されるパルスレーザ用スイッチ装置において、前記第１及び第２の給電経路は、互いに平行な平板によ
り構成されたことを特徴とするパルスレーザ用スイッチ
装置。
【請求項２】直並列接続された複数の高速半導体を含
む第１の筒体と、導電体からなり前記第１の筒体に同軸配置された第２の
筒体と、を備え、前記第１の筒体の一端に位置した高速半導体は、前記第
２の筒体の一端に接続され、前記第１の筒体の他端に位置した高速半導体は、均等配
置された複数のコンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの他端及び前記第２の筒体の他端から、
レーザ放電管に給電するための第１及び第２の給電経路
が引き出されるパルスレーザ用スイッチ装置において、前記第１及び第２の給電経路は、互いに同軸配置された
ことを特徴とするパルスレーザ用スイッチ装置。