JPH0636450B2 - 放電励起レ−ザ装置 - Google Patents

放電励起レ−ザ装置

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JPH0636450B2
JPH0636450B2 JP6289787A JP6289787A JPH0636450B2 JP H0636450 B2 JPH0636450 B2 JP H0636450B2 JP 6289787 A JP6289787 A JP 6289787A JP 6289787 A JP6289787 A JP 6289787A JP H0636450 B2 JPH0636450 B2 JP H0636450B2
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満夫 井上
健雄 春田
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仁志 若田
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0971Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は放電励起レーザ装置、とくにその放電回路に
関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は、例えば「レーザ研究」13,814(1985)(宮
崎他)に示された従来の放電励起短パルスレーザ装置を
示す回路構成図であり、図において、(1)は主放電のた
めのエネルギを蓄積する励起用コンデンサ、(2)はピー
キングコンデンサ、(3)は充電用のインダクタンス、(4)
はたとえばサイラクトン(熱陰極ガス入り放電管)など
からなる放電スタート用のスイツチング素子(以下、高
電圧スイツチと記す)、(5)はレーザ媒質内に配設され
た第1の主電極、(6)はこの第1の主電極(5)と所定間隔
をあけて対向する第2の主電極、(7)は両主電極(5),
(6)間で発生した主放電、(8)はピーキングコンデンサ
(2)に直列接続された予備電離用の放電ギヤツプ、(9)は
この放電ギヤツプ(8)において発生した紫外線である。
従来のこの種放電励起短パルスレーザ装置は上記のよう
に構成されているので、まず、励起用コンデンサ(1)に
充電用のインダクタンス(3)を通して高電圧の充電を行
つたあと、高電圧スイツチ(4)を「ON」操作すると、励
起用コンデンサ(1)、ピーキングコンデンサ(2)および高
電圧スイツチ(4)からなる回路が形成され、早い速度で
ピーキングコンデンサ(2)のパルス充電が行われる。そ
して、このピーキングコンデンサ(2)は、第1と第2の
主電極(5),(6)と並列に接続されているため、ピーキン
グコンデンサ(2)の充電が進行して第1と第2の主電極
(5),(6)間の電位差が大きくなつてくると、レーザ媒質
は絶縁破壊して主放電(7)が発生するわけであるが、こ
のような回路は一般に「容量移行型回路」と呼ばれ、従
来周知の「LC反転型回路」ともに短パルスレーザ装置と
して広く用いられている。
しかしながら、従来の「TEACO2レーザ」や、「エキシマ
レーザ(Excimer Laser)」等の短パルスレーザ装置に
おいては、その動作圧力が数気圧の高圧であるため上述
した放電が収束し易く、レーザ出力の低下を招きがちで
ある。このため、これに対処する手段として空間的に均
一な主放電を発生させるために、予め主放電が発生する
領域に均一に電子による放電の種をばら撒くための予備
電離を行う方法が用いられている。上述した従来の装置
においては、ピーキングコンデンサ(2)と直列に放電ギ
ヤツプ(8)を挿入しこの放電ギヤツプ(8)において発生し
た紫外線(9)によつて予備電離を行うようになされてい
る。
また第5図は例えば雑誌(Appl.Phys.Lett.48,1574(1
986),C.H.Fisher,et al)に記載された従来の放電励
起レーザ装置を示す回路構成図であり、第1及び第2の
主電極にインダクタンス(13)を介して励起用コンデンサ
(1)が設けられた励起用回路とは別に、過電圧発生用コ
ンデンサ(17)、過電圧発生用ピーキングコンデンサ(1
8)、高電圧スイツチ(4)から成る過電圧発生回路(放電
開始用回路)とさらにX線もしくはレーザ光発生用コン
デンサ(19)、第2の高電圧スイツチ(20)、X線もしくは
レーザ光発生源(21)から成る予備電離用回路を独立して
備えたものである。これはトリガ制御回路(22)により任
意の時間に2つの高電圧スイツチ(4),(20)を作動さ
せ、主電極間にレーザガス絶縁破壊のための過電圧印加
とX線もしくはレーザ光(23)による予備電離を別々の回
路により行ない、放電を開始させるようになされてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の放電励起レーザ装置は以上のように構成されてい
るため、第4図に示すものではレーザ媒質を絶縁破壊さ
せて主放電を開始させるに十分な過電圧を急速に主電極
間に印加すと同時に、励起を行うためのエネルギーもピ
ーキングコンデンサに蓄積する必要があるため、高電圧
スイツチを流れる電流は非常に大きな値となり、スイツ
チは大容量のものを使用しなければならず、寿命の点で
も著るしく短くなる。
また、第5図に示すような、励起用回路とは別に過電圧
発生回路を有した装置においては、空間的に均一な主放
電を発生させるため、予備電離源として外部にX線発生
装置や別のレーザ装置を設ける必要があり、装置が複雑
となること、過電圧印加と予備電離の時間的同期が困難
であること、及びスイツチが2つ必要であること等の問
題点があつた。
この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、高電圧スイツチの負荷の軽減、長寿命化、高
信頼化を行なうと同時に、構成が簡単な放電励起レーザ
装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る放電励起レーザ装置は、主放電のための
放電励起手段を、レーザガスの励起用電力を第1及び第
2の主電極間に供給する励起用回路と、この励起用回路
と独立して設けられ、均一な放電を開始するための高電
圧を第1及び第2の主電極間に印加する放電開始用回路
とで構成し、予備電離手段が上記放電開始用回路中に直
列または並列に設けられ、放電開始用回路に発生する電
圧の少なくとも一部を用いて予備電離を行なうようにし
たものである。
〔作用〕
この発明においては、放電開始用回路により一つの高電
圧スイツチでレーザガスに均一なグロー放電を開始させ
ることができ、かつ上記高電圧スイツチへの負荷は、予
備電離に必要なエネルギーとレーザガスが絶縁破壊する
までの時間、主電極間への過電圧を維持するに必要なエ
ネルギーのみで良く、高電圧スイツチの負荷が軽減さ
れ、スイツチの長寿命化、高信頼化が達成できると同時
に、レーザ装置の構造を簡単なものにできる。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例による放電励起短パルスレ
ーザ装置を示す回路構成図であるが、上述した従来のも
の(第4図,第5図)と同一符号は同一構成部材につき
その説明を省略する。図において(10)は均一な放電を開
始するための高電圧を、主電極(5)(6)間に印加する放電
開始用回路であり、第1コンデンサ(11)と過電圧発生維
持のための第2コンデンサ(12)および予備電離用ギヤツ
プ(8)、高電圧スイツチ(4)、第1コンデンサ(11)を充電
するためのインダクタンス(3)より構成される。また、
予備電離のための回路は放電開始用回路(10)内に直列に
設けられ、予備電離は放電開始用回路(10)に発生する電
圧の一部を用いて行なわれる。
第2図(A),(B),(C)は各々この発明の一実施による放
電励起レーザ装置の電圧、電流波形を示す波形図であ
り、第2図(A)は主電極(5),(6)間に印加される電圧波
形、第2図(B)は予備電離用ギヤツプ(8)に流れる電流波
形、第2図(C)は励起用コンデンサ(1)により主電極
(5),(6)に流れる電流波形である。
次に上記実施例の作用を説明する。励起用コンデンサ
(1)は主電極間のレーザガスを絶縁破壊しない程度に低
い電圧にあらかじめ充電され、第1コンデンサ(11)は、
十分絶縁破壊に至らしめる高電圧で充電されている。そ
こで、高電圧スイツチ(4)が「ON」されると、第1コン
デンサ(11)に印加されていた電圧が予備電離用ギヤツプ
(8)に印加され、予備電離用ギヤツプ(8)は絶縁破壊し、
紫外線を発生させることにより、主電極間(5),(6)のレ
ーザガスの予備電離を行なう。同時に第1コンデンサ(1
1)の電荷は第2コンデンサ(12)に移行されるが、第1コ
ンデンサ(11)、高電圧スイツチ、予備電離用ギヤツプ
(8)及び第2コンデンサ(12)から成る回路の時定数を第
1コンデンサ(11)、高電圧スイツチ(4)、励起用コンデ
ンサ(1)およびインダクタンス(13)より成る回路の時定
数より十分速くしておけば、第1コンデンサ(11)に蓄え
られた電荷の大部分は第2コンデンサ(12)に移行し、放
電開始用回路(10)の時定数程度の時間、主電極間(5),
(6)に印加される高電圧パルスは絶縁破壊に十分な過電
圧となる。このため、予備電離用ギヤツプ(8)による予
備電離と相まつて電極間(5),(6)には均一なグロー状放
電(7)が発生する。この放電の開始により励起用コンデ
ンサ(1)、インダタンス(13)及び主電極(5)(6)で放電励
起回路が形成され、励起用コンデンサ(1)に蓄えられた
エネルギーによりレーザガスは励起され、レーザ光が放
出される。すなわち、上記実施例によれば、高電圧スイ
ツチは1つでよく、かつ高電圧スイツチ(4)の負荷は、
第2図(A)(B)における電圧と電流の積(以下、例えば
(A)と(B)の積と記す。)程度のエネルギーで良く、従来
の装置におけるエネルギー、即ち(A)と(B)、(A)と(C)の
積の和のエネルギーに比較して飛躍的な負荷の低減が簡
単な装置構成により得られる。一般的な装置では、この
発明により高電圧スイツチ(4)の負荷を1/20 程度に軽減
することができ、高電圧スイツチの長寿命化、高信頼化
と装置構成の簡単化が同時に実現できる。
なお、上記実施例では電荷の移行経路中にギヤツプ(8)
を設け、このギヤツプ(8)に生じる放電により紫外線予
備電離を行う場合について示したが、第3図に示すよう
な沿面帯電離方式やコロナ予備電離方式により、予備電
離のための回路を放電開始用回路(10)内に並列に設け、
予備電離を放電開始用回路(10)に発生する電圧を用いて
行なうことにより、少ないエネルギーで均一な予備電離
を行なうことのできる予備電離方式に応用すれば、さら
に効果が期待できる。
第3図において(14)は第2の主電極であり複数の開孔部
を有する開孔電極である。(15)は第1の主電極(5)と反
対側の第2の主電極面に配設された誘電体、(16)は誘電
体(15)をはさんで第2の主電極に対向配置される補助電
極であり、開孔部に生じる沿面放電により予備電離が行
なわれる。
さらに、励起用回路として比較的長時間にわたり効率良
く励起できるパルス整型回路を用いることにより効率の
向上も達成される。
また、上記実施例に示すいわゆる「容量移行回路」では
なく、「LC反転回路」「パルス整形回路」によつても放
電開始用回路が構成できることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、主放電のための放電励
起手段を、レーザガスの励起用電圧を第1及び第2の主
電極間に供給する励起用回路と、この励起用回路と独立
して設けられ、均一な放電を開始するための高電圧を第
1及び第2の主電極間に印加する放電開始用回路とで構
成し、予備電離手段が上記放電開始用回路中に直列また
は並列に設けられ、放電開始用回路に発生する電圧の少
なくとも一部を用いて予備電離を行なうようにしたの
で、放電開始時に入れる高電圧スイツチの負荷が軽減で
きると同時に長寿命化、高信頼化が達成でき、また装置
が簡単化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による放電励起レーザ装置
を示す回路構成図、第2図(A)(B)(C)は各々この発明の
一実施例による放電励起レーザ装置の電圧及び電流波形
を示す波形図、第3図はこの発明の他の実施例による放
電励起レーザ装置を示す回路構成図並びに第4図及び第
5図は各々従来の放電励起レーザ装置を示す回路構成図
である。 (1)……励起用コンデンサ、(3),(13)……インダクタン
ス、(4)……高電圧スイッチ、(5)……第1の主電極、
(6)……第2の主電極、(7)……主放電、(8)……予備電
離用ギヤツプ、(10)……放電開始用回路、(11)……第1
コンデンサ、(12)……第2コンデンサ、(14)……開孔電
極、(15)……誘電体、16……補助電極 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 若田 仁志 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 木村 唯人 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 永井 治彦 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザガスを挟んで相対向して配設された
    第1及び第2の主電極間に放電を起こし、上記レーザガ
    スを励起してレーザ光を発生させる放電励起手段、並び
    に第1及び第2の主電極間のレーザガスの予備電離手段
    を備えた放電励起レーザ装置において、上記放電励起手
    段は、上記レーザガスの励起用電力を第1及び第2の主
    電極間に供給する励起用回路と、この励起用回路と独立
    して設けられ、均一な放電を開始するための高電圧を第
    1及び第2の主電極間に印加する放電開始用回路からな
    り、上記予備電離手段として予備電離回路を上記放電開
    始用回路に直列または並列に設けることにより、上記放
    電開始用回路に発生する電圧の少なくとも一部を用いて
    予備電離を行なうことを特徴とする放電励起レーザ装
    置。
  2. 【請求項2】放電開始用回路は、第1コンデンサに蓄積
    された電荷をスイッチング素子を介して第2コンデンサ
    に移行することにより高電圧パルスを印加するように構
    成され、予備電離手段は、上記移行の経路中に配設され
    たギャップで構成され、上記ギャップに生じる放電を予
    備電離に利用するようにした特許請求の範囲第1項記載
    の放電励起レーザ装置。
  3. 【請求項3】第2の主電極が複数個の開孔部を有する開
    孔電極であり、予備電離手段は第1の主電極と反対側の
    第2の主電極面に誘電体を介して配設された補助電極
    と、第2の主電極とで構成された特許請求の範囲第1項
    記載の放電励起レーザ装置。
  4. 【請求項4】励起用回路はパルス整形回路である特許請
    求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の放電励
    起レーザ装置。
JP6289787A 1987-03-17 1987-03-17 放電励起レ−ザ装置 Expired - Lifetime JPH0636450B2 (ja)

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