JPH05283777A - ガスレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、効率よく高繰り返し数のパルスレー
ザ光を出力する。 【構成】高電圧電源(4) から第１充放電コンデンサ(6)
に対して電気エネルギが充電され、又中電圧電源(5) か
ら第２充放電コンデンサ(8) に対して電気エネルギが充
電される。この状態に第１充放電コンデンサ(6) の電気
エネルギがガスレーザ管の各主電極(2,3) に供給され
る。このとき、第２充放電コンデンサ(8) に充電されて
いる電気エネルギは遅延回路(12)によりその放電が抑え
られている。そして、電気エネルギの供給によりガスレ
ーザ管の主電極(2,3) 間の抵抗値が導通状態となる前の
所定値に低下すると、第２充放電コンデンサ(8) に充電
された電気エネルギーが遅延回路(12)によりガスレーザ
管に供給される。かくして、主電極(2,3) 間に主放電が
発生してパルスレーザ光が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザやＴＥ
ＡＣＯ₂ レーザ等のレーザ発振方向が放電方向に対して
垂直方向となるガスレーザ発振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は特開昭６３−２２８７８３号公
報に記載されたスパイカ／サステナ方式を用いたガスレ
ーザ発振装置の構成図である。ガスレーザ管１内には各
主電極２、３が対向配置されている。なお、主電極２が
陰極、主電極３が陽極として作用する。又、スパイカを
形成する高電圧パルス電源４及びサステナを形成するた
めの中電圧パルス電源５が備えられている。高電圧パル
ス電源４は３０ＫＶ程度の高電圧を出力するものであ
り、中電圧パルス電源５は３ＫＶ程度の中電圧を出力す
るものである。

【０００３】高電圧パルス電源４にはスパイカコンデン
サ６及びサイラトロン７が並列接続され、かつサイラト
ロン７の両端にガスレーザ管１が接続されている。又、
中電圧パルス電源５にはサステナコンデンサ８及びサイ
リスタ９が並列接続され、かつサイリスタ９のアノード
・カソード間にガスレーザ管１が接続されている。

【０００４】かかる構成であれば、高電圧パルス電源４
から高電圧パルスが出力されると、スパイカコンデンサ
６は充電され、又中電圧パルス電源４から中電圧パルス
が出力されると、サステナコンデンサ６は充電される。
この状態にサイラトロン７にトリガが入力すると、この
サイラトロン７は導通し、スパイカコンデンサ６に充電
された電気エネルギは放電される。この電気エネルギー
はガスレーザ管１の各主電極２、３間に印加されること
により、これら主電極２、３間における放電抵抗は図１
に示すように急激に低下する。

【０００５】そうして、各主電極２、３間が導通状態と
なると、この時点ｔにサイラトロン９にトリガが入力さ
れる。このトリガによりサイリスタ９が導通すると、サ
ステナコンデンサ８に充電された電気エネルギが放電さ
れ、ガスレーザ管１の各主電極２、３間にサステナ電流
が流れる。このサステナ電流は図１１に示すように大き
く長い期間に亘って流れる。しかして、各主電極２、３
で主放電が発生し、長いパルス幅で出力の大きいパルス
レーザ光が出力される。

【０００６】しかしながら、このような装置では各主電
極２、３間が導通状態となってからサステナ電流を供給
するので、各主電極２、３間が導通状態となるまでサス
テナ電流の供給を待たなければならない。又、サステナ
電流は大きく長い期間に亘って流れるが、これはサステ
ナコンデンサ８からガスレーザ管１までのインダクタン
スが100 ｎＨオーダと大きいためである。これにより、
長いパルス幅で出力の大きいパルスレーザ光が得られる
ものの、次のパルスレーザの出力までに期間がかかり、
高繰り返し数のパルスレーザ光を得るのは困難となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように上記装置
では長いパルス幅で出力の大きいパルスレーザ光が得ら
れるが、高繰り返し数のパルスレーザ光を得るのは困難
である。

【０００８】そこで本発明は、効率よく高繰り返し数の
パルスレーザ光を出力できるガスレーザ発振装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、対向配置され
た各主電極を有するガスレーザ管と、高電圧電源と、こ
の高電圧電源に接続され充電された電気エネルギーをガ
スレーザ管に供給する第１充放電コンデンサと、高電圧
電源よりも低い出力電圧の中電圧電源と、この中電圧電
源に接続された第２充放電コンデンサと、この第２充放
電コンデンサとガスレーザ管の間に接続され第１充放電
コンデンサの電気エネルギーがレーザ管に供給されてガ
スレーザ管における各主電極間の抵抗値が所定値に低下
したときに第２充放電コンデンサに充電された電気エネ
ルギーをガスレーザ管に供給する遅延回路とを備えて上
記目的を達成しようとするガスレーザ発振装置である。

【００１０】又、本発明の構造は、対向配置された導電
性の各電極保持板と、これら電極保持板にそれぞれ設け
られ、互いに対向配置された各主電極と、各電極保持板
間に接続され、充電された電気エネルギーを各主電極間
に供給する第１充放電コンデンサと、各電極保持板間に
接続された第２充放電コンデンサと、各電極保持板のう
ち一方の電極保持板における第１充放電コンデンサと第
２充放電コンデンサとの間に設けられ、第１充放電コン
デンサの電気エネルギーが各主電極間に供給され、これ
ら主電極間の抵抗値が所定値に低下したときに第２充放
電コンデンサに充電された電気エネルギーを各主電極間
に供給する遅延回路とをガスレーザ管内に設け、かつ各
主電極間に各電極保持板を介して接続された高電圧電源
と、第２充放電コンデンサに対して各電極保持板を介し
て接続された高電圧電源よりも低い出力電圧の中電圧電
源とを備えたガスレーザ発振装置である。

【００１１】

【作用】このような手段を備えたことにより、高電圧電
源から第１充放電コンデンサに対して電気エネルギが充
電され、又中電圧電源から第２充放電コンデンサに対し
て電気エネルギが充電される。この状態に第１充放電コ
ンデンサの電気エネルギがガスレーザ管の各主電極に供
給される。このとき、第２充放電コンデンサに充電され
ている電気エネルギは遅延回路によりその放電が抑えら
れている。そして、電気エネルギの供給によりガスレー
ザ管の主電極間の抵抗値が導通状態となる前の所定値に
低下すると、第２充放電コンデンサに充電された電気エ
ネルギーが遅延回路によりガスレーザ管に供給される。
かくして、主電極間に主放電が発生してパルスレーザ光
が出力される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。なお、図１０と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略する。

【００１３】図１はガスレーザ発振装置の電気回路図で
あり、図２は同装置の構造図である。先ず、電気回路の
構成について図１を参照して説明する。高電圧パルス電
源４にはスイッチ１０を介してスパイカコンデンサ６及
び予備電離電極１１が接続されている。これらスパイカ
コンデンサ６及び予備電離電極１１の間には各主電極
２、３が接続されている。

【００１４】一方、中電圧パルス電源５にはサステナコ
ンデンサ８が接続され、かつこのサステナコンデンサ８
と主電極２との間にはアモルファス、フェライト、コバ
ルトなどの可飽和リアクトル１２が接続されている。こ
の可飽和リアクトル１２は、スパイカコンデンサ６の電
気エネルギが各主電極２、３間に供給されたとき、同時
に電気エネルギの供給を受けて飽和状態となり、サステ
ナコンデンサ８の電気エネルギを各主電極２、３間に供
給させる機能を有している。この場合、可飽和リアクト
ル１２の飽和状態となるタイミングは、ガスレーザ管の
放電部、つまり各主電極２、３間が導通状態となる前の
抵抗値が 100Ω程度に低下したとき、つまりスパイカコ
ンデンサ６の電気エネルギが各主電極２、３間に供給さ
れてから20〜50ns経過後である。

【００１５】次に構造について図２を参照して説明す
る。ガスレーザ管の内には導電体から成る各電極保持板
２０、２１とが対向配置されている。このうち電極保持
板２０は各保持板２０ａ、２０ｂ、２０ｃに分割されて
いる。そして、これら保持板２０ａと電極保持板２１と
の対向する面には各主電極２、３が設けられている。こ
れら主電極２、３はかまぼこ形状に形成され、保持板２
０ａ及び電極保持板２１の長手方向に沿って、その中央
部に設けられている。

【００１６】又、保持板２０ａと電極保持板２１との間
でかつ各主電極２、３の両側には、これら主電極２、３
に沿ってスパイカコンデンサ６（６ａ、６ｂ、…）及び
予備電離電極１１（１１ａ、１１ｂ、…）が接続されて
いる。さらに、各保持板２０ｂ及び保持板２０ｃと電極
保持板２１との各間には、それぞれサステナコンデンサ
８（８ａ、８ｂ、…）が接続されている。そうして、保
持板２０ａと電極保持板２１との間に高電圧パルス電源
４が接続され、又保持板２０ｂと電極保持板２１との間
に中電圧パルス電源５が接続されている。

【００１７】一方、保持板２０ａと各保持板２０ｂ、２
０ｂとの間には複数の可飽和リアクトル１２（１２ａ、
１２ｂ、１２ｃ、…）が接続されている。図３はこれら
可飽和リアクトル１２の断面図であって、例えば各保持
板２０ａ、２０ｃの間には通電棒２２が接続され、この
通電棒２２にコイル２３が巻回されている。

【００１８】かかる構成であれば、スイッチ１０が閉じ
ている状態に高電圧パルス電源４から高電圧パルスが出
力されると、この高電圧パルスはスパイカコンデンサ６
に供給されて、このスパイカコンデンサ６は充電され
る。又、中電圧パルス電源４から中電圧パルスが出力さ
れると、この中電圧パルスはサステナコンデンサ６に供
給され、このサステナコンデンサ６は充電される。

【００１９】そうすると、スパイカコンデンサ６の充電
により各予備電離電極１１の間で予備電離放電が発生す
る。この予備電離放電により各主電極２、３間は予備電
離状態となる。スパイカコンデンサ６の充電がさらに進
むと、各主電極２、３に印加される電圧が高くなり、こ
れら主電極２、３間における放電抵抗は図４に示すよう
に急激に低下する。

【００２０】この場合、放電部における抵抗値の低下は
図４に示すように３つの領域Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 に分けら
れる。このうち領域Ｑ1 は放電抵抗値が低下する領域で
あり、領域Ｑ2 は放電電流の増大とともに抵抗値が低下
する領域、又領域Ｑ3 は抵抗値がほぼ一定となる導通状
態の領域である。

【００２１】そうして、スイッチ１０が投入されてから
20〜50nsの時間が経過して時刻ｔａとなると、各主電極
２、３間の抵抗値は領域Ｑ2 にあって、その値は 100Ω
程度に低下する。このとき、可飽和リアクトル１２は飽
和状態となり、サステナコンデンサ８に充電された電気
エネルギが放電され、ガスレーザ管１の各主電極２、３
間に図４に示すサステナ電流が流れる。このサステナ電
流は同図に示すように短い期間に亘って流れる。しかし
て、各主電極２、３で主放電が発生し、短いパルス幅で
出力の大きいパルスレーザ光が出力される。

【００２２】このように上記一実施例においては、各主
電極２、３間の抵抗値が 100Ω程度に低下したときにサ
ステナ電流が流すので、これら主電極２、３間の抵抗に
よりサステナ電流が反射されることなく流れ、インピー
ダンスのミスマッチングはなくなる。又、スパイカコン
デンサ６の容量は小さくても各主電極２、３間の抵抗値
を低下できる。これにより、各主電極２、３間への電力
供給を、例えば従来の２％から４％に効率よくでき、か
つパルスレーザ光の繰り返し数を多くできる。なお、サ
ステナ電流を供給するタイミングは各主電極２、３間の
抵抗が領域Ｑ2にある状態であれば、いつでもよい。

【００２３】一方、各電極保持板２０、２１間に各主電
極２、３やスパイカコンデンサ６、予備電離電極１１、
サステナコンデンサ８などを接続し、かつ電極保持板２
０に可飽和リアクトル１２を設ける構造としたので、サ
ステナコンデンサ８から可飽和リアクトル１２を介して
各主電極２、３までの距離を短くでき、かかる回路のイ
ンダクタンス成分を少なくできる。これにより、サステ
ナ電流はパルス幅が短いものとなる。従って、短いパル
ス幅で出力の大きいパルスレーザ光が得られ、パルスレ
ーザ光の繰り返し数を多くできる要因となる。又、各電
極保持板２０、２１間に各部品が収まり、コンパクトに
形成できる。

【００２４】なお、本発明は上記一実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。以下、変形例について説明する。

【００２５】図５は可飽和リアクトルの構造を変えたも
ので、この可飽和リアクトル３０、３１は電極保持板３
２の長手方向にコイルを巻回して形成したものである。
かかる構成であっても上記一実施例と同様の効果を奏す
ることができる。

【００２６】図６はパルスレーザ光の繰り返し数を高め
かつその安定性を向上させる技術を示す構成図である。
各サステナコンデンサ８ａ、８ｂ、…は各電極保持板２
０と２１との間から外れた電極保持板２０の他面側に配
置されている。又、各電極保持板２０、２１の側面側に
は風カイド４０が配置されている。この風カイド４０は
ガスレーザ管内においてファンからのガス流を各電極保
持板２０、２１間に導くもので、本流風ガイド４１と分
流風ガイド４２とが形成されている。分流風ガイド４２
はファンからのガス流の一部を各サステナコンデンサ８
ａ、８ｂ、…に導くものである。

【００２７】かかる構造であれば、可飽和リアクトル１
２ａ、１２ｂ、…及び各サステナコンデンサ８ａ、８
ｂ、…の温度上昇が抑えられる。又、各サステナコンデ
ンサ８ａ、８ｂ、…を各電極保持板２０、２１間から外
したので、これら電極保持板２０、２１間におけるガス
の流れがよくなる。この結果、パルスレーザ光の繰り返
し数は図７に示すように従来と比較してほぼ 1.5倍に増
加できる。

【００２８】次に図８は他のガスレーザ発振装置の構成
図である。ガスレーザ管５０の内部には各主電極５１、
５２が対向配置され、これら主電極５１、５２間にピー
キングコンデンサ５３及び予備電離電極５４が接続され
ている。又、各主電極５１、５２間にはサステナスイッ
チ５５を介してコイル５６、サステナコンデンサ５７が
接続されている。一方、高電圧パルス電源にはスパイカ
コンデンサ５８が接続され、このスパイカコンデンサ５
８にスパイカスイッチ５９を介して主電極５１が接続さ
れている。

【００２９】この場合、各素子の値は、例えば次のよう
に設定される。ピーキングコンデンサ５３は３ｎＦ、コ
イル５６は10〜 100ｎＨ、サステナコンデンサ５７は40
ｎＦ、スパイカコンデンサ５８の充電電圧は20ｋＶ、サ
ステナコンデンサ５７の充電電圧は10ｋＶである。又、
ピーキングコンデンサ５３、サステナコンデンサ５７の
充電エネルギはそれぞれ全エネルギの20％、80％程度と
なっている。

【００３０】かかる構成であれば、スパイカコンデンサ
５８及びサステナコンデンサ５７に充電が行われた状態
に、スパイカスイッチ５９が閉じると、スパイカコンデ
ンサ５８に充電された電気エネルギが放電して各主電極
５１、５２、各ピーキングコンデンサ５３、各予備電離
電極５４に供給される。これにより、予備電離が生じ、
各主電極５１、５２間は予備電離状態となって抵抗値が
急激に低下する。

【００３１】そして、各主電極５１、５２間の抵抗値が
上記の如く 100Ω程度に低下すると、サステナスイッチ
５５が投入され、サステナコンデンサ５７の電気エネル
ギが各主電極５１、５２間に供給される。この結果、各
主電極２、３で主放電が発生し、短いパルス幅で出力の
大きいパルスレーザ光が出力される。

【００３２】従って、かかる構成であっても上記一実施
例と同様にパルスレーザ光の繰り返し数を図９に示すよ
うに従来と比較してほぼ 1.5倍に増加できる。

【００３３】又、各主電極２、３間の予備電離は、コロ
ナ予備電離方式やＸ線予備電離方式を用いてもよい。

【００３４】さらに、可飽和リアクトル１２は陰極側で
なく、陽極の主電極３側に接続してもよい。又、サステ
ナコンデンサ８の放電を遅延するのは可飽和リアクトル
１２に限らず他の回路を用いてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、効
率よく高繰り返し数のパルスレーザ光を出力できるガス
レーザ発振装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるガスレーザ発振装置の一実施例
を示す電気回路図。

【図２】同装置の構造図。

【図３】同装置における可飽和リアクトルの断面図。

【図４】同装置の動作タイミング図。

【図５】同装置の変形例を示す構造図。

【図６】同装置に風ガイドを設けた場合の構造図。

【図７】同装置のパルスレーザの高繰り返し数を示す
図。

【図８】同装置の変形例を示す電気回路図。

【図９】同装置のパルスレーザの高繰り返し数を示す
図。

【図１０】従来装置の構成図。

【図１１】従来装置の動作タイミング図。

【符号の説明】

４…高電圧パルス電源、５…中電圧パルス電源、６…ス
パイカコンデンサ、８…サステナコンデンサ、１０…ス
イッチ、１１…予備電離電極、１２…可飽和リアクト
ル、２０，２１…電極保持板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向配置された各主電極を有するガスレ
   ーザ管と、高電圧電源と、この高電圧電源に接続され充
   電された電気エネルギーを前記ガスレーザ管に供給する
   第１充放電コンデンサと、前記高電圧電源よりも低い出
   力電圧の中電圧電源と、この中電圧電源に接続された第
   ２充放電コンデンサと、この第２充放電コンデンサと前
   記ガスレーザ管の間に接続され前記第１充放電コンデン
   サの電気エネルギーが前記レーザ管に供給されて前記ガ
   スレーザ管における放電部の抵抗値が所定値に低下した
   ときに前記第２充放電コンデンサに充電された電気エネ
   ルギーを前記ガスレーザ管に供給する遅延回路とを具備
   したことを特徴とするガスレーザ発振装置。
2. 【請求項２】 対向配置された導電性の各電極保持板
   と、これら電極保持板にそれぞれ設けられ、互いに対向
   配置された各主電極と、前記各電極保持板間に接続さ
   れ、充電された電気エネルギーを前記各主電極間に供給
   する第１充放電コンデンサと、前記各電極保持板間に接
   続された第２充放電コンデンサと、前記各電極保持板の
   うち一方の電極保持板における前記第１充放電コンデン
   サと前記第２充放電コンデンサとの間に設けられ、前記
   第１充放電コンデンサの電気エネルギーが前記各主電極
   間に供給され、これら主電極間の抵抗値が所定値に低下
   したときに前記第２充放電コンデンサに充電された電気
   エネルギーを前記各主電極間に供給する遅延回路とをガ
   スレーザ管内に設け、 かつ前記各主電極間に前記各電極保持板を介して接続さ
   れた高電圧電源と、前記第２充放電コンデンサに対して
   前記各電極保持板を介して接続された前記高電圧電源よ
   りも低い出力電圧の中電圧電源と、 を備えたことを特徴とするガスレーザ発振装置。
3. 【請求項３】 遅延回路は可飽和リアクトルである請求
   項(1) 又は(2) 記載のガスレーザ発振装置。