JPH0590681A

JPH0590681A - 放電励起パルスガスレーザ装置用電源回路

Info

Publication number: JPH0590681A
Application number: JP24984791A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Oeda; 靖雄大枝; Takeshi Oko; 健大股; Yoshito Uehara; 義人上原; Mitsugi Terada; 貢寺田; Shingo Shibata; 真吾柴田; Kenji Suzuki; 健司鈴木; Yuichiro Terashi; 雄一郎寺師
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】充分な予備電離を行なうことが可能な放電励起
パルスガスレーザ装置用電源回路を提供すること。【構成】コンデンサ１０２はサイラトロン１０１が開状
態のときに端子１からの直流電圧により充電され、サイ
ラトロン１０２が閉状態になると、コンデンサ１０４を
図の極性に充電する。コンデンサ１０４の充電にともな
い開口電極１０９の開口内でコロナ放電が発生し、予備
電離が行なわれる。磁気スイッチ１０５が閉状態になる
と、コンデンサ１０４の充電電荷はコンデンサ１０６に
転送され、これにより主電極１０８と開口電極１０９と
の間で主放電が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エキシマレーザ装置、
炭酸ガスレーザ等の放電励起パルスガスレーザ装置に使
用する電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、放電励起方式が採用されたエ
キシマレーザ装置、炭酸ガスレーザ等のパルスガスレー
ザ装置においては、主放電を短パルス幅電圧により行な
わせる必要があるため、短パルス幅電圧を発生するため
の種々の電源回路が使用されている。

【０００３】図４にエキシマレーザ装置に使用されてい
る従来の電源回路である磁気パルス圧縮回路を示す。図
４において、数十ｋｖの直流電圧が供給される端子１と
接地間には、サイラトロン４０１が接続されている。サ
イラトロン４０１には、トリガ信号を入力するためのト
リガ端子２が設けられている。端子１には、コンデンサ
４０２の一方の端子が接続されている。コンデンサ４０
２の他方の端子はインダクタ４０３、コンデンサ４０４
を介して接地されると共に、インダクタ４０３を介して
磁気スイッチ４０５の一方の端子に接続されている。磁
気スイッチ４０５は、可飽和リアクトルにより構成され
ている。磁気スイッチ４０５の他方の端子はコンデンサ
４０６を介して接地されると共に、浮遊インダクタ４０
７を介して主電極１０８、コンデンサ４０８の一方の端
子およびインダクタ４０９の一方の端子に接続されてい
る。コンデンサ４０８の他方の端子は補助電極１１０に
接続され、インダクタ４０９の他方の端子は接地されて
いる。主電極１０８と補助電極１１０との間に配設され
た開口電極１０９は接地されている。開口電極１０９
は、多数の開口を有する板状の電極である。開口電極１
０９と補助電極１１０との間には誘電体（図示せず）が
配設されている。主電極１０８と開口電極１０９との間
にはレーザ媒質ガス（図示せず）が供給されている。主
電極１０８、開口電極１０９および補助電極１１０はエ
キシマレーザ装置（図示せず）内に配設されている。

【０００４】以上のように構成された従来の電源回路の
動作を説明する。尚、初期状態として、サイラトロン４
０１は開状態にあり又、磁気スイッチ４０５はそのイン
ダクタンスが充分大きい状態（開状態）にあるものとす
る。この状態で端子１に直流電圧が印加されると、コン
デンサ４０２、インダクタ４０３、磁気スイッチ４０
５、浮遊インダクタ４０７、インダクタ４０９および接
地の経路で電流が流れ、コンデンサ４０２が図示する極
性に充電される。コンデンサ４０２が充電を終了した時
点で、サイラトロン４０１のトリガ端子２にトリガ信号
を供給してサイラトロン４０１を閉状態にする。これに
より、コンデンサ４０２から電流Ｉ₁が流れ、コンデン
サ４０４は図示する極性に充電される。即ち、コンデン
サ４０２の電荷がコンデンサ４０４に転送される。これ
により、節点Ｔ₁の電位は図５のＶ₁で示す波形となる。
コンデンサ４０４の充電が完了した後に磁気スイッチ４
０５を閉状態にすると、コンデンサ４０４から電流Ｉ₂
が流れ、コンデンサ４０６が図示する極性に充電され
る。即ち、コンデンサ４０６にはコンデンサ４０２の電
荷がコンデンサ４０４を介して転送されることとなる。
節点Ｔ₂の電位は図５のＶ₂で示す波形となり、Ｖ₁より
も急俊な波形となる。したがって、パルス幅が圧縮され
ることになる。

【０００５】一方、コンデンサ４０６の充電に伴い、補
助電極１１０と開口電極１０９との間に放電電圧が供給
されるため、開口電極１０９の開口内でコロナ放電が発
生し、予備電離が行なわれる。その後、コンデンサ４０
６の充電電圧が主電極１０８と開口電極１０９との間の
放電開始電圧に達すると、両電極１０８、１０９間で主
放電が行なわれ、これによりレーザ発振が行なわれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにして、圧
縮された短パルス幅の高電圧を発生することが可能であ
り、これによりレーザ発振を行なうことが可能である。
ところで、高効率なレーザ発振を得るためには充分な予
備電離を行なう必要がある。単位時間当りの予備電離電
荷密度を大きくするためには、開口電極１０９と補助電
極１１０との間に供給される電圧の時間変化率を大きく
すればよい、即ちコンデンサ４０６の充電電圧波形の立
上がりを急俊にすればよい。

【０００７】しかしながら、レーザの発振効率と予備電
離電子密度との関係は、主放電が開始する直前での予備
電離電子密度に関係していると考えられる。前述した放
電励起パルスガスレーザ装置用電源回路においては、コ
ンデンサ４０８は磁気スイッチ４０５の後段に接続され
ているため、補助電極１１０と開口電極１０９との間に
電圧を供給することにより発生する予備放電は短時間で
ある。したがって、充分な予備電離が行なわれず、レー
ザ発振の効率が悪いという問題があった。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みなされもの
で、充分な予備電離を行なうことが可能な放電励起パル
スガスレーザ装置用電源回路を供給することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の放電励起パルス
ガスレーザ装置用電源回路は、直流電源により充電され
る第１コンデンサと、前記直流電源と接地との間に接続
された主スイッチと、前記主スイッチを介して前記第１
コンデンサからの電荷が転送され、開口電極と補助電極
との間に放電電圧を供給する第２コンデンサと、前記第
２コンデンサの後段に接続された転送スイッチと、前記
転送スイッチを介して前記第２コンデンサからの電荷が
転送され、主電極と前記開口電極との間に放電電圧を供
給する第３コンデンサとを備えて成ることを特徴として
いる。

【００１０】

【作用】まず、第２コンデンサの充電電圧により長時間
にわたり充分な予備電離が行なわれた後、第３コンデン
サの充電電圧により主電極と開口電極との間で主放電が
行なわれる。

【００１１】

【実施例】図１に本発明の第１実施例として、磁気パル
ス圧縮回路を用いた放電励起パルスガスレーザ装置用電
源回路の回路図を示す。図１において、数十ｋｖの直流
電源電圧が供給される端子１と接地間には、主スイッチ
としてのサイラトロン１０１が接続されている。端子２
は、トリガ信号が入力されるトリガ端子である。端子１
には、第１コンデンサとしてのコンデンサ１０２の一方
の端子が接続されている。コンデンサ１０２の他方の端
子は浮遊インダクタ１０３および第２コンデンサとして
のコンデンサ１０４を介して接地される一方、浮遊イン
ダクタ１０３を介して転送スイッチとしての磁気スイッ
チ１０５の一方の端子に接続されると共にコンデンサ１
１１の一方の端子に接続されている。磁気スイッチ１０
５は可飽和リアクトルにより構成されている。尚、コン
デンサ１１１は、開口電極１０９と補助電極１１０との
間に配設された誘電体（図示せず）が絶縁破壊を起こし
た場合に開口電極１０９と補助電極１１０とを保護する
ために設けられた保護用コンデンサである。開口電極１
０９および補助１１０を保護する必要がなければコンデ
ンサ１１１は不要である。コンデンサ１１１の他方の端
子は補助電極１１０に接続されている。磁気スイッチ１
０５の他方の端子は第３コンデンサとしてのコンデンサ
１０６を介して接地されると共に、浮遊インダクタ１０
７を介して主電極１０８およびインダクタ１１２の一方
の端子に接続されている。インダクタ１１２の他方の端
子は接地されている。主電極１０８と補助電極１１０と
の間に配設された開口電極１０９は接地されている。開
口電極１０９は、多数の開口を有する板状の電極であ
る。開口電極１０９と補助電極１１０との間には、誘電
体（図示せず）が配設されている。また、主電極１０８
と開口電極１０９との間にはレーザ媒質ガス（図示せ
ず）が供給されている。主電極１０８、開口電極１０９
および補助電極１１０はエキシマレーザ装置（図示せ
ず）内に配設されている。

【００１２】以上のように構成された放電励起パルスガ
スレーザ装置用電源回路の動作を説明する。尚、初期状
態として、サイラトロン１０１は開状態にあり又、磁気
スイッチ１０５は閉状態にあるものとする。また、コン
デンサ１０２、１０４および１０６の電荷はインダクタ
１１２を含む閉回路により放電させられているものとす
る。

【００１３】この状態で端子１に直流電圧が印加される
と、コンデンサ１０２、浮遊インダクタ１０３、磁気ス
イッチ１０５、浮遊インダクタ１０７、インダクタ１１
２および接地の経路で電流が流れ、コンデンサ１０２が
図示する極性に充電される。コンデンサ１０２が充電を
終了した時点で磁気スイッチ１０５を開状態とし、サイ
ラトロン１０１のトリガ端子２にトリガ信号を供給する
ことによりサイラトロン１０１を閉状態にする。これに
より、コンデンサ１０２から電流Ｉ₁が流れ、コンデン
サ１０４は図示する極性に充電される。これにより、コ
ンデンサ１０２の電荷はコンデンサ１０４に転送された
ことになる。節点Ｔ₁の電位は図５のＶ₁で示す波形で表
される。

【００１４】一方、コンデンサ１０４が充電されるに伴
い、コンデンサ１１１を介して補助電極１１０と開口電
極１０９との間に電圧Ｖ₁が供給されるため、開口電極
１０９の開口内でコロナ放電が発生し、予備電離が行な
われる。コンデンサ１０４の充電が完了した後、磁気ス
イッチ１０５を閉状態にすると、コンデンサ１０４から
電流Ｉ₂が流れ、コンデンサ１０６が図示する極性に充
電される。即ち、コンデンサ１０６にはコンデンサ１０
２の電荷がコンデンサ１０４を介して転送されたことに
なる。節点Ｔ₂の電位は図５のＶ₂で示すようにＶ ₁より
急俊な波形となり、パルス幅が圧縮されることになる。
コンデンサ１０６の充電電圧が主電極１０８と開口電極
１０９との間の放電開始電圧に達すると、主電極１０８
と開口電極１０９との間で主放電が行なわれ、これによ
りレーザ発振が行なわれる。

【００１５】以上の動作は、図５からも明かなように、
補助電極１１０が磁気スイッチ１０５の前段に接続され
ているために、開口電極１０９と補助電極１１０との間
には長時間にわたって予備放電電圧が供給され、予備電
離が長時間行なわれる。したがって、充分に予備電離を
行なうことが可能となり、レーザ発振の高効率化が可能
となる。

【００１６】図２は、本発明の第２実施例を表す回路図
であり、各電極に供給する電圧パルスをより急俊にする
ために磁気スイッチを多段接続すると共に昇圧トランス
を用いて高圧パルスを発生するように構成している。図
２において、初期状態として、主スイッチとしてのサイ
リスタ２０１は開状態にあり又、磁気スイッチ２０６、
２０８および転送スイッチとしての磁気スイッチ２１０
は閉状態にあるものとする。また、コンデンサ２０５、
２０７、第１コンデンサとしてのコンデンサ２０３、第
２コンデンサとしてのコンデンサ２０９、第３コンデン
サとしてのコンデンサ２１１および電極保護用のコンデ
ンサ２１３の充電電荷はインダクタ２１４を含む閉回路
で放電されているものとする。

【００１７】この状態で端子１に直流電圧が供給される
と、コンデンサ２０３は抵抗２０２を介して図示する極
性に充電される。磁気スイッチ２０６、２０８および２
１０を開状態にした後、サイリスタ２０１のトリガ端子
２にトリガ信号を供給すると、サイリスタ２０１は閉状
態となり電流Ｉ₁が流れる。これにより昇圧用トランス
２０４を介して電流Ｉ₂が流れ、コンデンサ２０５は図
示する極性に充電される。即ち、コンデンサ２０３の電
荷がコンデンサ２０５に転送されることになる。コンデ
ンサ２０５の充電が完了した時点で磁気スイッチ２０６
を閉状態にすると、コンデンサ２０５から電流Ｉ₃が流
れ、コンデンサ２０７は図示する極性に充電される。即
ち、コンデンサ２０７にはコンデンサ２０３の電荷がコ
ンデンサ２０５を介して転送されることになる。節点Ｔ
₂の電圧波形は節点Ｔ₁の電圧波形よりも急俊な波形とな
る。

【００１８】コンデンサ２０７の充電が完了した時点で
磁気スイッチ２０６を開状態、磁気スイッチ２０８を閉
状態にすると、コンデンサ２０７から電流Ｉ₄が流れ、
コンデンサ２０９は図示する極性に充電される。即ち、
コンデンサ２０９にはコンデンサ２０３の電荷がコンデ
ンサ２０５、２０７を介して転送されることになる。節
点Ｔ₃の電圧波形は節点Ｔ₂の電圧波形よりも急俊な波形
となる。

【００１９】一方、コンデンサ２０９が充電されるに伴
い、コンデンサ２１３を介して補助電極１１０と開口電
極１０９との間に放電電圧が供給されるため、開口電極
１０９の開口内でコロナ放電が発生し、予備電離が行な
われる。コンデンサ２０９の充電が完了した時点で磁気
スイッチ２０８を開状態、磁気スイッチ２１０を閉状態
にすると、コンデンサ２０９から電流Ｉ₅が流れ、コン
デンサ２１１が図示する極性に充電される。即ち、コン
デンサ２１１にはコンデンサ２０３の電荷がコンデンサ
２０５、２０７、２０９を介して転送されることのな
る。節点Ｔ₄の電圧波形は節点Ｔ₃の電圧波形よりも急俊
な波形となる。コンデンサ２１１の充電電圧が主電極１
０８と開口電極１０９との間の放電開始電圧に達する
と、両電極１０８、１０９間で主放電が行なわれ、これ
によりレーザ発振が行なわれる。

【００２０】以上述べた第２実施例によれば、予備放電
が長時間にわたって行なわれるため、充分な予備電離を
行なうことが可能となり、レーザ発振の高効率化を図る
ことができる。また、昇圧トランス２０４を用いている
ため、高電圧のパルスを発生することが可能である。
尚、本実施例においては、補助電極１１０を節点Ｔ₃に
接続したが、予備電離をより充分に行なわせる必要があ
る場合には、補助電極１１０を節点Ｔ₂に接続してもよ
い。

【００２１】図３は、本発明の第３実施例を表す回路図
であり、図２の実施例と同様に磁気スイッチを多段構成
にする一方、トランスを使用せずに高電圧パルスを発生
できるように構成している。図３において、初期状態と
して、主スイッチとしてのサイリスタ３０１は開状態に
あり又、磁気スイッチ３０６、３０８および転送スイッ
チとしての磁気スイッチ３１０は閉状態にあるものとす
る。また、コンデンサ３０７、第１コンデンサとしての
コンデンサ３０４および３０５、第２コンデンサとして
のコンデンサ３０９、第３コンデンサとしてのコンデン
サ３１１および電極保護用のコンデンサ３１３の充電電
荷はインダクタ３１４を含む閉回路で放電されているも
のとする。

【００２２】この状態で端子１に直流電圧が供給される
と、コンデンサ３０４は抵抗３０２および浮遊インダク
タ３０３を介して図示する極性に充電される。また、コ
ンデンサ３０５は、端子１、抵抗３０２、浮遊インダク
タ３０３、コンデンサ３０３、磁気スイッチ３０６、３
０８、３１０、浮遊インダクタ３１２、インダクタ３１
４および接地の経路で図示する極性に充電される。

【００２３】磁気スイッチ３０６、３０８および３１０
を開状態にした後にサイリスタ３０１のトリガ端子２に
トリガ信号を供給すると、サイリスタ３０１は閉状態と
なるため、コンデンサ３０４から電流Ｉ₁が流れ、コン
デンサ３０４の極性は反転する。次に、磁気スイッチ３
０６を閉状態にすると、コンデンサ３０４および３０５
から電流Ｉ₂が流れ、コンデンサ３０７は図示する極性
で充電される。このとき、コンデンサ３０７は、コンデ
ンサ３０４および３０５の直列電圧と等しい（端子１に
供給される電圧の２倍に等しい）電圧に充電される。こ
れにより、コンデンサ３０７にはコンデンサ３０４、３
０５の電荷が転送されることになる。

【００２４】コンデンサ３０７の充電が完了した時点で
磁気スイッチ３０６を開状態とし、磁気スイッチ３０８
を閉状態にすると、電流Ｉ₃が流れ、コンデンサ３０９
は図示する極性に充電される。即ち、コンデンサ３０９
にはコンデンサ３０４、３０５の電荷がコンデンサ３０
７を介して転送されることになる。節点Ｔ₂の電圧波形
は節点Ｔ₁ので電圧波形よりも急俊な波形となる。

【００２５】一方、コンデンサ３０９が充電されるに伴
い、コンデンサ３１３を介して開口電極１０９と補助電
極１１０との間に放電電圧が供給されるため、開口電極
１０９の開口内でコロナ放電が発生し、予備電離が行な
われる。コンデンサ３０９の充電が完了した時点で磁気
スイッチ３０８を開状態に、磁気スイッチ３１０を閉状
態にすると、コンデンサ３０９から電流Ｉ₄が流れ、コ
ンデンサ３１１は図示する極性に充電される。即ち、コ
ンデンサ３１１にはコンデンサ３０４、３０５の電荷が
コンデンサ３０７、３０９を介して転送されることにな
る。このとき、節点Ｔ₃の電圧波形は節点Ｔ₂の電圧波形
よりも急俊な波形となる。

【００２６】コンデンサ３１１の充電電圧が主電極１０
８と開口電極１０９との間の放電開始電圧に達すると、
主電極１０８と開口電極１０９間で主放電が行なわれ、
これによりレーザ発振が行なわれる。以上述べた第３実
施例によれば、予備放電が長時間にわたって行なわれる
ため、充分な予備電離を行なうことが可能となり、レー
ザ発振の高効率化を図ることができる。また、トランス
を用いずに、コンデンサ３０４および３０５を用いて直
流電圧の２倍の電圧に昇圧しているので、簡単な構成で
極めて高い放電電圧を供給することができる。

【００２７】尚、本実施例においては、補助電極１１０
を節点Ｔ₂に接続したが、予備電離をより充分に行なわ
せる必要がある場合には、補助電極１１０を節点Ｔ₁に
接続してもよい。以上述べたように、前記各実施例によ
れば、予備放電は長時間にわたって行なわれるため、充
分な予備電離を行なうことが可能となり、レーザ発振の
高効率化を図ることができる。

【００２８】尚、前記各実施例においては磁気スイッチ
を使用したが、半導体スイッチ等の他の開閉スイッチを
使用することも可能である。また、前記各実施例は、エ
キシマレーザ装置の例で説明したが、炭酸ガスレーザ等
の他の放電励起パルスガスレーザ装置にも利用可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、長時間にわたって予備
放電を行なうことが可能であるため、充分な予備電離が
可能となり、レーザ発振の高効率化を図ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を表すブロック図。

【図２】本発明の第２実施例を表すブロック図。

【図３】本発明の第３実施例を表すブロック図。

【図４】従来の放電励起パルスガスレーザ装置用電源回
路のブロック図。

【図５】本発明の動作を説明するための波形図。

【符号の説明】

１０１・・・主スイッチとしてのサイラトロン１０２、２０３、３０４、３０５・・・第１コンデンサ１０４、２０５、２０９、３０９・・・第２コンデンサ１０６、２１１、３１１・・・第３コンデンサ１０５、２１０、３１０・・・転送スイッチとしての磁
気スイッチ１０８・・・主電極１０９・・・開口電極１１０・・・補助電極２０１、３０１・・・主スイッチとしてのサイリスタ２０６、２０８、３０６、３０８・・・磁気スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺田貢千葉県袖ケ浦市長浦字拓二号580番32 三井石油化学工業株式会社内 (72)発明者柴田真吾千葉県袖ケ浦市長浦字拓二号580番32 三井石油化学工業株式会社内 (72)発明者鈴木健司千葉県袖ケ浦市長浦字拓二号580番32 三井石油化学工業株式会社内 (72)発明者寺師雄一郎千葉県袖ケ浦市長浦字拓二号580番32 三井石油化学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源により充電される第１コンデンサ
と、前記直流電源と接地との間に接続された主スイッチ
と、前記主スイッチを介して前記第１コンデンサからの
電荷が転送され、開口電極と補助電極との間に放電電圧
を供給する第２コンデンサと、前記第２コンデンサの後
段に接続された転送スイッチと、前記転送スイッチを介
して前記第２コンデンサからの電荷が転送され、主電極
と前記開口電極との間に放電電圧を供給する第３コンデ
ンサとを備えて成ることを特徴とする放電励起パルスガ
スレーザ装置用電源回路。