JPH05291665A

JPH05291665A - ガスレーザ発振装置

Info

Publication number: JPH05291665A
Application number: JP9634192A
Authority: JP
Inventors: Ken Ishikawa; 憲石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ヒータトランスにおける浮遊容量が
大きくてもＸ線管の陽極と熱陰極との間に立上がりの速
い高電圧パルスを印加する。【構成】ガスレーザ媒体が封入された容器(3) 内に配置
された一対の主電極(5,6) 間に予備電離を発生させる場
合、高電圧パルス発生回路(20)から立上がりの速いＸ線
発生用の高電圧パルスが発生される。この高電圧パルス
が発生したとき、電圧漏洩阻止手段(40,41) はヒータト
ランス(11)からＸ線管(8) の陰極(10)への電力供給を減
少又は遮断し、高電圧パルスをＸ線管(8) の陰極(10)に
印加する。これにより、ヒータトランス(11)における浮
遊容量(Cs)の影響はなくなり、立上がりの速い高電圧パ
ルスをＸ線管(8) の陰極(10)に印加できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、予備電離用のＸ線管を
備えたガスレーザ発振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザなどの高気圧ガスレーザ
では、主放電を発生する前に一対の主電極間に予備電離
を生じさせ、この後に主電極間に高電界を発生させて主
放電を発生させている。

【０００３】ところで、予備電離は主電極間に紫外線を
照射したり、Ｘ線を照射して主電極間を弱電離状態に形
成している。このうちＸ線による予備電離は、Ｘ線管を
主電極の近傍に設置し、ガスレーザ用ガスチャンバの外
からＸ線を圧力隔壁越に入射させている。

【０００４】Ｘ線管は、陽極に金属ターゲットを使用
し、陰極に冷陰極や熱陰極、プラズマカソードを使用し
ている。このうち、熱陰極を用いるＸ線管では熱陰極に
陰極加熱用のヒータトランスが接続される。この場合、
ヒータトランスではアースとの間の浮遊容量が大きく、
Ｘ線管の陽極と熱陰極との間に立上がりの速い高電圧パ
ルスを印加することが困難となる。例えば、Ｘ線管の熱
陰極に対して立上がりの速い高電圧パルス（５０ｋＶ〜
１００ｋＶ）を印加するためには、高電圧パルス電源の
出力インピーダンスを低下させなければ、Ｘ線管の陽極
と熱陰極との間に高電圧パルスを印加することができな
い。又、短パルスの高電圧パルスをＸ線管の陽極と熱陰
極との間に印加する場合、上記ヒータトランスにおける
浮遊容量が大きいとその印加が困難となる。

【０００５】このため、Ｘ線管の陰極には冷陰極などの
ヒータの補助回路を持たない簡単な構成で、浮遊容量の
小さいものが用いられている。しかし、かかる冷陰極で
は寿命が短く、電流が安定しない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにＸ線管に
熱陰極を用いたものでは、ヒータトランスにおける浮遊
容量が大きく、Ｘ線管の陽極と熱陰極との間に立上がり
の速い高電圧パルスを印加することができない。又、Ｘ
線管に冷陰極を用いたものでは、寿命が短く電流が安定
しない。

【０００７】そこで本発明は、ヒータトランスにおける
浮遊容量が大きくてもＸ線管の陽極と熱陰極との間に立
上がりの速い高電圧パルスを印加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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガスレーザ媒
体が封入された容器内に少なくとも一対の主電極を配置
し、これら主電極の近傍に予備電離を発生させるための
Ｘ線管を設けたガスレーザ発振装置において、

【０００９】Ｘ線管の陰極に接続されたヒータトランス
と、高速立上がりのＸ線発生用の高電圧パルスを発生す
る高電圧パルス発生回路と、Ｘ線管の陰極とヒータトラ
ンスとの間に接続され、通常はヒータトランスからの電
力をＸ線管の陰極に供給し、高電圧パルス発生回路から
高電圧パルスが発生したとき、ヒータトランスへのパル
ス電力漏洩を減少又は遮断して高電圧パルスをＸ線管の
陰極に印加する電圧漏洩阻止手段、例えばコイル、過飽
和磁気回路又はスイッチ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】

【作用】このような手段を備えたことにより、ガスレー
ザ媒体が封入された容器内に配置された一対の主電極間
に予備電離を発生させる場合、高電圧パルス発生回路か
ら立上がりの速いＸ線発生用の高電圧パルスが発生され
る。この高電圧パルスが発生したとき、電圧漏洩阻止手
段はヒータトランスからＸ線管の陰極への電力供給を減
少又は遮断し、高電圧パルスをＸ線管の陰極に印加す
る。これにより、ヒータトランスにおける浮遊容量の影
響はなくなり、立上がりの速い高電圧パルスをＸ線管の
陰極に印加できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図面を参
照して説明する。

【００１２】図１はガスレーザ発振装置の構成図であ
る。高電圧電源１には充電抵抗Ｒ１を介してサイラトロ
ン２のプレートが接続され、このサイラトロン２のプレ
ートには充放電コンデンサＣ１を介してガスレーザ管３
及び充電コイル４が接続されている。ガスレーザ管３の
内部には、一対の主電極５、６が対向配置され、かつこ
れら主電極５、６の間にピーキングコンデンサ７が接続
されている。

【００１３】このガスレーザ管３の主電極６の下方には
Ｘ線管８が配置されている。このＸ線管８は、円筒状の
陽極９の内部に熱陰極１０を配置したものとなってい
る。そして、このＸ線管８の熱陰極１０には、熱陰極用
ヒータトランス１１の二次巻線が接続され、このヒータ
トランス１１の一次巻線に交流電源１２が接続されてい
る。

【００１４】一方、ＬＣ反転高電圧発生回路２０は立上
がりの速いＸ線発生用の高電圧パルスを発生するもので
ある。前記高電圧電源１に接続された充電抵抗Ｒ２には
サイラトロン２１のプレートが接続され、このサイラト
ロン２１のプレートには各充放電コンデンサＣ２、Ｃ３
が接続されている。これら充放電コンデンサＣ２、Ｃ３
のうち充放電コンデンサＣ２には充電用コイル２２が接
続されるとともに、Ｘ線管８の熱陰極１０に接続されて
いる。又、サイラトロン２１のカソードは充放電コンデ
ンサＣ３及び充電用コイル２２の他端と共通接続されて
高電圧電源１のアース側と接続されている。

【００１５】又、クロック発生回路３０が設けられ、こ
のクロック発生回路３０に第１制御回路３１が接続され
るとともに遅延回路３２を介して第２制御回路３３が接
続されている。クロック発生回路３０は立上がりの速
い、例えば周波数５ｋＨのクロックパルスを発生するも
のであり、第１制御回路３１はクロックパルスを受けて
各パルス毎にサイラトロン２１を駆動させる第１制御信
号をサイラトロン２１のグリットに供給する機能を有し
ている。又、第２制御回路３３は、遅延回路３２で所定
期間遅延されたクロックパルスを受け、これらパルス毎
にサイラトロン２を駆動させる第２制御信号をサイラト
ロン２のグリットに供給する機能を有している。

【００１６】前記Ｘ線管８の熱陰極１０と前記ヒータト
ランス１１の二次巻線との間には、高周波分離用の各コ
イル４０、４１が接続されている。これらコイル４０、
４１は高周波信号が流れるとそのインピーダンスが高く
なり、Ｘ線管８の熱陰極１０とヒータトランス１１の二
次巻線とを電気的に高インピーダンスで分離するもので
ある。なお、Ｘ線管８の熱陰極１０間にはコンデンサ４
２が接続されている。次に上記の如く構成された装置の
作用について説明する。

【００１７】高電圧電源１から例えば２５ｋＶの高電圧
が出力されると、この高電圧は充電抵抗Ｒ１及び充電コ
イル４を通じて充放電コンデンサＣ１に印加され、この
充放電コンデンサＣ１は充電される。これとともに高電
圧が充電抵抗Ｒ２及び充電コイル２３を通じて各充放電
コンデンサＣ２、Ｃ３に印加され、これら充放電コンデ
ンサＣ２、Ｃ３は充電される。このとき各充放電コンデ
ンサＣ１、Ｃ２及びＣ３の充電極性は図１に示す如くで
ある。

【００１８】一方、交流電源１２から出力された交流電
力は、ヒータトランス１１及び各コイル４０、４１を通
してＸ線管８の熱陰極１０に供給される。この場合、熱
陰極１０への電圧はＸ線を発生する電圧よりも低く、Ｘ
線発生には至らない。

【００１９】この状態にクロック発生回路３０からクロ
ックパルスが出力されると、このクロックパルスは第１
制御回路３１及び遅延回路３２に送られる。このうち、
第１制御回路３１はクロックパルスを受けて各パルス毎
にサイラトロン２１を駆動させる第１制御信号をサイラ
トロン２１のグリットに供給する。

【００２０】このサイラトロン２１のグリットに第１制
御信号が供給されると、このサイラトロン２１は導通
し、充放電コンデンサＣ３の充電極性が反転する。この
反転により充電コイル２２の両端には充放電コンデンサ
Ｃ２の充電電圧の２倍の電圧が加わる。この充電コイル
２２の両端の電圧、つまり高電圧パルスはＸ線管８の熱
陰極１０に印加される。

【００２１】このとき、高電圧パルスが各コイル４０、
４１に印加されるが、この高電圧パルスはクロックパル
スの繰り返しに応じて高周波成分を含んだパルス電圧波
形として形成されているので、各コイル４０、４１の高
周波成分の電圧にはインピーダンスは高くなる。従っ
て、ヒータトランス１１からＸ線管８の熱陰極１０への
供給電力は、低周波の交流で連続的に供給され続ける
が、高電圧パルス波形に対してはヒータトランス１１と
熱陰極１０とは高インピーダンスで電気的に分離され、
ヒータトランスとアースの間に印加されるＬＣ反転電圧
回路は熱陰極１０を負極性の高電圧へ駆動する。

【００２２】Ｘ線管８では熱陰極１０への高電圧パルス
の印加により、熱陰極１０から電子が放出される。この
とき、Ｘ線管８の陽極９はアース電位になっているの
で、陽極９の内部は負の電位に駆動され、熱陰極１０か
ら放出された電子は陽極９の円筒内部に向かって加速さ
れて衝突する。この衝突によりＸ線が発生し、このＸ線
が主電極６を透過して各主電極５、６間に照射される。
このＸ線照射により、各主電極５、６間のガスレーザ媒
体は弱電離される。

【００２３】この後、遅延回路３２で遅延されたクロッ
クパルスが第２制御回路３３に入力すると、この第２制
御回路３３はクロックパルスを受けて各パルス毎にサイ
ラトロン２を駆動させる第２制御信号をサイラトロン２
のグリットに供給する。

【００２４】このサイラトロン２のグリットに第２制御
信号が供給されると、このサイラトロン２は導通し、充
放電コンデンサＣ１の充電電圧が充電コイル４に加わ
る。この充電コイル４への電圧印加によりピーキングコ
ンデンサ７は充電される。そして、ピーキングコンデン
サ７への充電が進むに伴って各主電極５、６間の電圧が
高くなり、各主電極５、６間における電離電荷が増倍
し、強励起状態となる。この結果、各主電極５、６間に
主放電が発生し、ガスレーザが発振される。

【００２５】このように上記第１実施例においては、各
主電極５、６間に予備電離を発生させる場合、Ｘ線管８
の熱陰極１０とヒータトランス１１の二次巻線との間に
高周波分離用の各コイル４０、４１を接続したので、高
電圧パルス発生回路２０から立上がりの速い高電圧パル
スをＸ線管８の熱陰極１０に印加したとき、各コイル４
０、４１のインピーダンスは高周波成分から成るパルス
に対しては高いので、ヒータトランス１１と熱陰極１０
とは電気的に分離され、効果的に高電圧が熱陰極１０に
印加される。

【００２６】従って、ヒータトランス１１とアースとの
間に浮遊容量Ｃｓがあっても、この浮遊容量Ｃｓの影響
が小さく、Ｘ線管８の熱陰極１０に高電圧パルスを印加
でき、パルスＸ線発生が実現でき高繰り返しのガスレー
ザを発振できる。そのうえ、ガスレーザ発振装置は安定
で均一化された高出力のガスレーザを高効率で発振で
き、かつ小型化できる。

【００２７】又、Ｘ線管８の陽極９はアース電位となっ
ているので、冷却時に高電圧絶縁に対する耐圧の心配は
なく、充分な冷却ができるので、高出力のＸ線を発生で
きる。次に本発明の第２実施例について図２を参照して
説明する。なお、同図ではＸ線管８からヒータトランス
１１にかけて回路構成のみを示してある。

【００２８】Ｘ線管８の熱陰極１０とヒータトランス１
１の二次巻線との間には、各スイッチ５０、５１が接続
されている。これらスイッチ５０、５１はＬＣ反転高電
圧発生回路２０から高電圧パルスがＸ線管８の熱陰極１
０に加わったときに開き、瞬間的に高電圧パルスをＸ線
管８の熱陰極１０に加えるものとなっている。

【００２９】かかる構成であれば、ヒータトランス１１
と熱陰極１０とを電気的に完全に分離でき、ヒータトラ
ンス１１とアースとの間に浮遊容量Ｃｓがあっても、こ
の浮遊容量Ｃｓの影響を受けずに、Ｘ線管８の熱陰極１
０に高電圧パルス電圧を印加でき、高繰り返しのガスレ
ーザを発振することができる。この場合、Ｘ線管８の熱
陰極１０への電力供給は遮断されるが、熱陰極１０の熱
容量で短時間は陰極は高温状態を保持でき、Ｘ線発生に
必要な放出電子は確保できる。次に本発明の第３実施例
について図３を参照して説明する。なお、同図では上記
同様にＸ線管８からヒータトランス１１にかけて回路構
成のみ示してある。

【００３０】Ｘ線管８の熱陰極９とヒータトランス１１
の二次巻線とはヒータ電力供給線５２により直接接続さ
れ、このヒータ電力供給線５２に過飽和磁気回路５３が
設けられている。

【００３１】かかる構成であれば、ヒータ電力供給線５
２にＬＣ反転高電圧発生回路２０から高電圧パルスが印
加された直後は、過飽和磁気回路５３が飽和していない
ので、ヒータトランス１１と熱陰極１０との間は高イン
ダクタンス状態となる。このとき、高電圧パルスはＸ線
管８の熱陰極１０に加わり、Ｘ線が発生する。この後、
ヒータトランスの浮遊容量が大きいとそこに電流が流入
することで過飽和磁気回路５３は飽和し、高電圧パルス
はヒータトランス１１からアースへ漏れ、Ｘ線管８への
高電圧パルスの印加は停止される。

【００３２】このように高電圧パルスの初期のうちにＸ
線管８の熱陰極１０への印加が行われるので、Ｘ線管８
の陽極９に余分な電流が流れず、Ｘ線管８の発熱が小さ
く抑えられ、冷却を軽減できる。

【００３３】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものでなくその要旨を逸脱しない範囲で変形してもよ
い。例えば、Ｘ線管は細長い面状の陰極と陽極とを有す
るもので、陰極に高い負電圧を印加し、この電圧を高速
立上がりパルスで駆動するものにも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ヒ
ータトランスにおける浮遊容量が大きくてもＸ線管の陽
極と熱陰極との間に立上がりの速い高電圧パルスを印加
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第１実施
例を示す構成図。

【図２】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第２実施
例を示す構成図。

【図３】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第２実施
例を示す構成図。

【符号の説明】

１…高電圧電源、２…サイラトロン、３…ガスレーザ
管、４…充電コイル、５、６…主電極、７…ピーキング
コンデンサ、８…Ｘ線管、９…陽極、１０…熱陰極、１
１…ヒータトランス、２０…ＬＣ反転高電圧発生回路、
３０…クロック発生回路、３１，３３…制御回路、３２
…遅延回路、４０，４１…コイル、５０，５１…スイッ
チ、５３…過飽和磁気回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスレーザ媒体が封入された容器内に少
なくとも一対の主電極を配置し、これら主電極の近傍に
予備電離を発生させるためのＸ線管を設けたガスレーザ
発振装置において、前記Ｘ線管の陰極に接続されたヒータトランスと、高速
立上がりのＸ線発生用の高電圧パルスを発生する高電圧
パルス発生回路と、前記Ｘ線管の陰極と前記ヒータトラ
ンスとの間に接続され、前記ヒータトランスからの電力
を前記Ｘ線管の陰極に供給し、前記高電圧パルス発生回
路から高電圧パルスが発生したとき、前記ヒータトラン
スへの電力供給を減少又は遮断して前記高電圧パルスを
前記Ｘ線管の陰極に印加する電圧漏洩阻止手段とを具備
したことを特徴とするガスレーザ発振装置。
【請求項２】電圧漏洩阻止手段はコイルである請求項
(1) 記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】電圧漏洩阻止手段は過飽和磁気回路であ
る請求項(1) 記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】電圧漏洩阻止手段はスイッチである請求
項(1) 記載のガスレーザ発振装置。