JPH0661567A - Gas controlled stabilized output gas laser device - Google Patents

Gas controlled stabilized output gas laser device

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JPH0661567A
JPH0661567A JP21284092A JP21284092A JPH0661567A JP H0661567 A JPH0661567 A JP H0661567A JP 21284092 A JP21284092 A JP 21284092A JP 21284092 A JP21284092 A JP 21284092A JP H0661567 A JPH0661567 A JP H0661567A
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弘治 佐々木
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善征 久保田
Yukio Kawakubo
幸雄 川久保
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Abstract

PURPOSE:To stabilize gas laser output without using a special power supply control system by changing laser gas density through laser gas pressure adjustment and by adjusting gain through increase and decrease thereof. CONSTITUTION:When laser beam 21' is detected by a laser power meter 23, detected output is sent to a laser output control device 31 through a laser output signal line 30 in accordance with an arrow 32. Output of a laser beam 21 is calculated by using sensitivity of the laser power meter 23 and laser beam distribution rate of a beam splitter 22, deflection to an objective value is obtained and an instruction for changing a volume of a variable volume gas chamber 4 is sent to a gas chamber volume control device 16 through a gas chamber volume control signal line 29. Therefore, output of the laser beam 21 can be stabilized by performing gain control of laser gas 5 which is laser medium through density adjustment for changing a pressure of the laser gas 5 in the inside of a laser tube 1 by providing physical function as indicated by arrow 33 to the variable volume gas chamber 4 in accordance with an instruction to change a volume of the variable volume gas chamber 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザ全般にわた
りレーザ出力調整法として、電源系制御を用いないでガ
スレーザ出力を安定化することのできるガスレーザ装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas laser device capable of stabilizing a gas laser output without using a power supply system control, as a laser output adjusting method for all gas lasers.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスレーザには、長時間にわたるレーザ
出力低下と短時間におけるレーザ出力揺らぎが発生す
る。長時間にわたるレーザ出力低下の原因は、レーザガ
スの特定成分の減少等によるガス劣化が原因であるの
で、ガス制御でレーザ出力の安定化を図ろうとする方法
として、例えば、エキシマレーザでは、特願平2ー24
1642号公報に記載されるハロゲンガス注入型出力安
定エキシマレーザ装置のように、ハロゲンガスを注入し
て安定化を図ろうとするものがある。
2. Description of the Related Art In a gas laser, a laser output lowers for a long time and a laser output fluctuation occurs in a short time. The cause of the decrease in laser output over a long period of time is gas deterioration due to a decrease in a specific component of the laser gas.Therefore, as a method for stabilizing the laser output by gas control, for example, in an excimer laser, Japanese Patent Application No. 2-24
There is a device such as the halogen gas injection type output stable excimer laser device described in Japanese Patent No. 1642, which attempts to stabilize by injecting a halogen gas.

【0003】図16に従来のハロゲンガス注入型出力安
定エキシマレーザ装置の例を示す。図16において、レ
ーザ管101は、ガス配管102によって、レーザガス
排気系103、希ガス・バッファガス充填系104およ
びハロゲンガス注入系105に接続されている。ガス注
入系105は、ガス流量調節器118、電磁弁119お
よびハロゲンガスボンベ120からなる。レーザ管10
1内には、レーザガス106が充填され、レーザ管両端
部には出力窓108が設けられ、この一対の出力窓を挾
んで全反射ミラー109と出力ミラー110が配置さ
れ、レーザビーム107の増幅と取り出しを行う。レー
ザビーム107は、ビームスプリッタ111により二つ
に分割され、一方はレーザ加工用に使用され、他方はレ
ーザパワーメータ112に入射し、レーザ出力信号ライ
ン114を介してエキシマレーザ出力制御装置113に
送信される。このレーザ出力制御装置113より、レー
ザ電源制御用ライン116を介してレーザ電源115に
信号が送られ、レーザ出力制御用ライン117によりレ
ーザ出力が制御される。一方、ガス流量調節器118へ
はガス流量調節制御信号ライン121により、また電磁
弁119へは電磁弁制御信号ライン122により、それ
ぞれレーザ出力制御装置113から制御信号が送信さ
れ、レーザガスの出力低下に応じて、ハロゲンガスがレ
ーザ管101に注入される。
FIG. 16 shows an example of a conventional halogen gas injection type output stable excimer laser device. In FIG. 16, a laser tube 101 is connected to a laser gas exhaust system 103, a rare gas / buffer gas filling system 104, and a halogen gas injection system 105 by a gas pipe 102. The gas injection system 105 includes a gas flow rate controller 118, a solenoid valve 119, and a halogen gas cylinder 120. Laser tube 10
A laser gas 106 is filled inside 1, and output windows 108 are provided at both ends of the laser tube. A total reflection mirror 109 and an output mirror 110 are arranged across the pair of output windows to amplify the laser beam 107. Take out. The laser beam 107 is split into two by a beam splitter 111, one of which is used for laser processing, the other of which is incident on a laser power meter 112 and is transmitted to an excimer laser output controller 113 via a laser output signal line 114. To be done. A signal is sent from the laser output control device 113 to the laser power supply 115 via the laser power supply control line 116, and the laser output is controlled by the laser output control line 117. On the other hand, a control signal is sent from the laser output control device 113 to the gas flow rate controller 118 via the gas flow rate control signal line 121 and to the solenoid valve 119 via the solenoid valve control signal line 122, which reduces the output of the laser gas. Accordingly, the halogen gas is injected into the laser tube 101.

【0004】しかし、このガス制御でできるのは、レー
ザガスの劣化の改善(レーザ出力は向上)のみで、レー
ザ出力を下げることはできない上、レーザ出力にガス制
御の影響が出るまでに時間がかかることが分かってい
る。従って、ガスレーザにおけるレーザ出力の短時間の
揺らぎを抑えるのは、高速制御が可能な電源系制御に頼
らざるを得ないのが現状である。ところが、特にパルス
発振レーザでの電源系制御では、電源系の制御パラメー
タがあるステップ毎にしか変更できないため、レーザ出
力PL もある値ΔPL ステップ毎にしか制御できない。
従って、レーザ出力の安定性は、電源系の制御パラメー
タのステップで決まってしまう問題がある。もちろん、
電源系の制御ステップは小さくできるが、電源系の構成
が複雑化し、電源系自体がレーザ管本体よりも大きくか
つ高価となり実用性がなくなってしまう。そのため、電
源系制御によるレーザ出力の高精度安定化は、実現が困
難であると推定できる。
However, this gas control can only improve the deterioration of the laser gas (improve the laser output), the laser output cannot be lowered, and it takes time for the gas control to affect the laser output. I know that. Therefore, in order to suppress the fluctuation of the laser output in the gas laser for a short time, it is the current situation that the power system control capable of high-speed control cannot help being avoided. However, particularly in the power supply system control with the pulsed laser, since the control parameter of the power supply system can be changed only every certain step, the laser output P L can also be controlled only every certain value ΔP L step.
Therefore, there is a problem that the stability of the laser output is determined by the step of the control parameter of the power supply system. of course,
Although the control step of the power supply system can be made small, the configuration of the power supply system becomes complicated, and the power supply system itself is larger and more expensive than the laser tube main body, which makes it impractical. Therefore, it can be estimated that it is difficult to realize highly accurate stabilization of the laser output by controlling the power supply system.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の電源系制御は、
高電圧または大電流における制御であり、特にエキシマ
レーザのようなパルス発振の高気圧ガスレーザでは、レ
ーザ出力の安定性を±1%以内とする高精度安定化を図
ろうとすると、例えば、充電電圧の変更幅を小さくしな
ければならず、制御用電源系の構成が複雑となり、電源
系が高価になるという問題ばかりでなく、保守点検も容
易でなくなる問題が生じてくる。
The conventional power supply system control is as follows.
This is a control at a high voltage or a large current, and particularly in a pulsed high pressure gas laser such as an excimer laser, if an attempt is made to achieve highly accurate stabilization within ± 1% of the laser output stability, for example, changing the charging voltage The width must be reduced, the configuration of the control power supply system becomes complicated, and not only the power supply system becomes expensive, but also the problem that maintenance and inspection becomes difficult.

【0006】本発明は、上記の問題点を解決することを
目的として、レーザ出力安定化用のための専用の電源制
御系を用いないでガスレーザ出力の安定化を達成しよう
とするものである。
The present invention is intended to solve the above problems and to achieve stabilization of the gas laser output without using a dedicated power supply control system for stabilizing the laser output.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明では、レーザ発振
を行うガスレーザ装置においてレーザ媒質であるレーザ
ガスの利得がレーザ発振の動作点の近傍でレーザガスの
圧力(密度)に依存することに着目し、レーザガス圧力
を調整してレーザガスの密度を変化させて利得の増減調
整を行い、所定の出力にレーザ出力を安定化させる方法
を採用したものである。
In the present invention, it is noted that in a gas laser device that performs laser oscillation, the gain of the laser gas that is the laser medium depends on the pressure (density) of the laser gas near the operating point of laser oscillation. This is a method of stabilizing the laser output to a predetermined output by adjusting the laser gas pressure to change the density of the laser gas to increase or decrease the gain.

【0008】従って、同じような密度・利得特性を持つ
固体、液体、気体レーザのいずれにも採用できるが、密
度変化が容易でかつ密度変化の幅が広いガスレーザに最
適なレーザ出力安定化方法であるといえる。
Therefore, it can be applied to any of solid, liquid, and gas lasers having similar density / gain characteristics, but it is an optimum laser output stabilizing method for a gas laser that easily changes density and has a wide range of density change. It can be said that there is.

【0009】次に、レーザ媒質であるレーザガスの圧力
調整法であるが、レーザ管内のレーザガスに通じる部分
に、体積変化が可能なガス室(例えば、シリンダー型、
蛇腹型、風船型、袋型等)を設け、例えば、体積可変ガ
ス室に導入するガスの量を調整して体積可変ガス室の体
積変化を実施する。体積可変ガス室の設置場所は、レー
ザガスの圧力(密度)を変更できる場所ならレーザ管の
内外どちらでも良い。体積可変ガス室の数は、レーザガ
スの圧力(密度)制御や特定のガス成分の注入等の目的
に合わせ、単数または複数とする。体積可変ガス室内に
導入するガスは空気でも良いが、万一レーザ管内に漏れ
た場合にはレーザ装置そのものにダメージを与える場合
もあるので、希ガスやレーザガスを構成しているガスの
一成分または複数の成分であることが望ましく、レーザ
ガスそのものであることが理想的である。
Next, regarding the method of adjusting the pressure of the laser gas as the laser medium, a volume changeable gas chamber (for example, a cylinder type,
(A bellows type, a balloon type, a bag type, etc.) are provided, and for example, the volume of the variable volume gas chamber is changed by adjusting the amount of gas introduced into the variable volume gas chamber. The volume variable gas chamber may be installed either inside or outside the laser tube as long as the pressure (density) of the laser gas can be changed. The number of variable volume gas chambers is set to one or more depending on the purpose of controlling the pressure (density) of the laser gas and injecting a specific gas component. The gas introduced into the volume variable gas chamber may be air, but if it leaks into the laser tube, it may damage the laser device itself. It is desirable that a plurality of components be contained, and ideally the laser gas itself.

【0010】レーザガスあるいはレーザガスを構成する
一ガス成分または複数のガス成分のガスを体積可変ガス
室への導入ガスとした場合には、これらの導入ガスをレ
ーザ管内へ放出できる機構を体積可変ガス室に設け、レ
ーザ出力安定化の他に積極的に体積可変ガス室内のガス
をレーザ管内に放出し、レーザ発振で消費したレーザガ
スを補充することにより容易に長時間のレーザ出力安定
化を達成できる。
When the laser gas or the gas of one gas component or a plurality of gas components constituting the laser gas is used as the introduction gas to the variable volume gas chamber, a mechanism capable of releasing these introduction gases into the laser tube is provided. In addition to the laser output stabilization, the gas in the volume variable gas chamber is positively discharged into the laser tube and the laser gas consumed by the laser oscillation is replenished to easily achieve the laser output stabilization for a long time.

【0011】また、複数の体積可変ガス室の場合には、
一方をレーザガスの圧力(密度)調整用として用い、他
方をレーザ管内へのガス補充用として用いれば、レーザ
出力の安定化を中断させる心配も無い。これらの体積可
変ガス室に種々のガスを供給する手段としては、ガスボ
ンベの高圧ガスを利用する方法、ガスポンプを利用する
方法、ガスボンベにガスポンプでガスを補充してその後
にガスボンベから体積可変ガス室に供給する方法が考え
られる。
In the case of a plurality of variable volume gas chambers,
If one is used for adjusting the pressure (density) of the laser gas and the other is used for replenishing the gas in the laser tube, there is no fear of interrupting stabilization of the laser output. As means for supplying various gases to these variable volume gas chambers, a method of using high-pressure gas in a gas cylinder, a method of using a gas pump, a gas cylinder is supplemented with gas by a gas pump, and then a variable volume gas chamber is changed from the gas cylinder. A method of supplying is conceivable.

【0012】他に、体積可変ガス室の体積を変える手段
として、体積可変ガス室内にガスを封入しておき、外部
と熱の出入りを行わせ、熱エネルギーにより体積可変ガ
ス室を膨張・収縮させる方法が考えられる。この場合に
は、レーザ管内のレーザガスに熱的影響を与えないよう
に、体積可変ガス室は断熱構造とし、レーザ室内に発熱
部・冷却部、あるいは熱交換部を設け、レーザ管外部と
熱の給排ができる構造とすれば良い。また、体積可変ガ
ス室の外殻を形状記憶合金で構成すれば、上記と同じ方
法で、体積可変ガス室とレーザ管外部と熱の給排がで
き、体積可変ガス室の体積を変更できる。さらに、熱伝
導度の高いガスをこれらの体積可変ガス室内で使用すれ
ば、体積可変ガス室の膨張・収縮の体積変化速度を上げ
られる利点がある。
In addition, as a means for changing the volume of the variable volume gas chamber, gas is sealed in the variable volume gas chamber to allow heat to flow in and out from the outside, and the variable volume gas chamber is expanded and contracted by thermal energy. A method can be considered. In this case, the variable volume gas chamber has an adiabatic structure so that the laser gas in the laser tube is not thermally affected, and a heat generating part, a cooling part, or a heat exchanging part is provided in the laser chamber to protect the heat from the outside of the laser tube. A structure that allows supply and discharge may be used. Further, if the outer shell of the variable volume gas chamber is made of a shape memory alloy, heat can be supplied to and discharged from the variable volume gas chamber and the outside of the laser tube by the same method as described above, and the volume of the variable volume gas chamber can be changed. Furthermore, if a gas having high thermal conductivity is used in these variable volume gas chambers, there is an advantage that the volume change rate of expansion / contraction of the variable volume gas chamber can be increased.

【0013】また、体積可変ガス室の材料等の機械的特
性により温度の制御範囲があらかじめ限られる場合に
は、密封型の体積可変ガス室ではなく、外部とガスの出
入ができる構造とすれば、体積可変ガス室へのガスの出
入を頻繁に行わなくとも、出力安定化ができる。
If the temperature control range is limited in advance due to the mechanical characteristics of the material of the variable volume gas chamber, etc., it is not a sealed variable volume gas chamber but a structure that allows gas to flow in and out from the outside. The output can be stabilized even if the gas does not frequently enter and leave the variable volume gas chamber.

【0014】さらに、体積可変ガス室内に導入するガス
は、一回のみの使用で排気するか、ガスポンプとガスボ
ンベとを組合せて何度も使用するかの、二つの方法が考
えられる。導入ガスとして高価なガスを使用する場合に
は、後者の方が運転コスト的に有利であろう。さらに、
腐食性のレーザガス等のガスを扱う場合を考慮すると、
体積可変ガス室の材料としては、耐腐食ガス性の材料で
構成する必要がある。
Further, two methods are conceivable, that is, the gas introduced into the variable volume gas chamber is exhausted only once, or the gas pump and gas cylinder are combined and used many times. When an expensive gas is used as the introduction gas, the latter will be more advantageous in terms of operating cost. further,
Considering the case of handling corrosive gas such as laser gas,
The material for the variable volume gas chamber must be made of a material that is resistant to corrosion gas.

【0015】体積可変ガス室の体積を変えるもう一つの
手段としては、モータと送り機構とを組合せた構造にし
て、伸長・収縮可能な方向の体積可変ガス室の部分に送
り機構の端部を接続すれば、モータの回転運動で体積可
変ガス室の一部を動かすことにより、体積可変ガス室の
体積を変えられる。さらに、レーザ管内の該ガス室はガ
ス循環の風にさらされるので、保護用の隔壁を付ける必
要がある。
As another means for changing the volume of the volume variable gas chamber, a structure in which a motor and a feed mechanism are combined is used, and the end of the feed mechanism is attached to the portion of the volume variable gas chamber in the direction in which expansion and contraction are possible. If connected, the volume of the variable volume gas chamber can be changed by moving a part of the variable volume gas chamber by the rotational movement of the motor. Furthermore, since the gas chamber in the laser tube is exposed to the gas circulation wind, it is necessary to provide a protective partition wall.

【0016】[0016]

【作用】レーザ媒質であるレーザガスの利得は、レーザ
ガス密度に依存し、レーザガス密度は、レーザガスが密
封されていれば、レーザガス圧力に比例する。従って、
レーザガス圧力の調整でレーザ出力を制御できる。本発
明では、その手段としては、レーザ管内のレーザガスに
通じる場所に体積可変のガス室を設け、この体積可変ガ
ス室の体積を変えれば、レーザ管内のレーザガスの圧力
(密度)を調整することにより、電源系制御を用いなく
ても、レーザ出力の高精度安定化が図れる。体積可変ガ
ス室としては、各種の形態を用いることができ、また、
体積変化によるレーザガスの密度の調整に加えて、体積
可変ガス室からレーザガス成分をレーザ管へ放出する構
成も可能であるため、レーザガス成分の補充を同時に行
うこともできる。
The gain of the laser gas as the laser medium depends on the laser gas density, and the laser gas density is proportional to the laser gas pressure if the laser gas is sealed. Therefore,
The laser output can be controlled by adjusting the laser gas pressure. In the present invention, as a means thereof, a volume-variable gas chamber is provided at a place in the laser tube that communicates with the laser gas, and if the volume of the volume-variable gas chamber is changed, the pressure (density) of the laser gas in the laser tube is adjusted. The laser output can be stabilized with high accuracy without using the power supply system control. Various forms can be used as the volume variable gas chamber, and
In addition to adjusting the density of the laser gas by changing the volume, a configuration in which the laser gas component is discharged from the variable volume gas chamber to the laser tube is possible, so that the laser gas component can be replenished at the same time.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例を説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1に、本発明の第一の実施例のガス制御
式出力安定化ガスレーザ装置の全体構成を示す。
FIG. 1 shows the overall configuration of a gas-controlled output-stabilized gas laser device according to the first embodiment of the present invention.

【0019】レーザ管1の内部には、二つの主電極2、
循環ファン3および体積可変ガス室4が、外部にはレー
ザガス5の供給排気を行うレーザガス給排装置6とレー
ザガス5の圧力を測定するガス圧力計7とが設置されて
いる。また、レーザ管1には、一対の透過窓8が二つの
主電極2の間を通る線上に設けられている。主電極2に
は、レーザ発振のための電力を注入するレーザ電源9が
高圧電線10により接続されている。循環ファン3は、
レーザ管1の内部の軸受支持部11により支持され、レ
ーザ管1の外部に設置された循環ファン用モータ12の
回転運動が磁気カップリング13を介して、動力軸14
により回転運動が伝達され、二つの主電極2の間の放電
部15にレーザガス5を強制循環させる。
Inside the laser tube 1, two main electrodes 2,
The circulation fan 3 and the volume variable gas chamber 4 are provided outside with a laser gas supply / discharge device 6 for supplying / exhausting the laser gas 5 and a gas pressure gauge 7 for measuring the pressure of the laser gas 5. Further, the laser tube 1 is provided with a pair of transmission windows 8 on a line passing between the two main electrodes 2. A laser power source 9 for injecting electric power for laser oscillation is connected to the main electrode 2 by a high voltage electric wire 10. The circulation fan 3 is
The rotary motion of the circulation fan motor 12 supported outside the laser tube 1 by the bearing support portion 11 inside the laser tube 1 is transmitted through the magnetic coupling 13 to the power shaft 14.
The rotational movement is transmitted by the laser gas 5 and the laser gas 5 is forcedly circulated in the discharge portion 15 between the two main electrodes 2.

【0020】体積可変ガス室4には、過負荷(内部応力
超過)を避ける目的で体積可変ガス室4の内部のガス圧
力を監視するためのガス圧力計7が設置されている。体
積可変の方法は後記する。また、体積可変ガス室4に
は、ガス室体積制御装置16、例えばガス送排気制御装
置がガス室体積制御伝達系17、例えばガス送排気用配
管で接続されており、ガス室体積制御装置16の命令信
号により体積可変ガス室4の体積を変更し、その結果レ
ーザガスの体積を変更してレーザ管1内のレーザガス5
の圧力(密度)を変えて、レーザ出力を制御できるよう
になっている。
The variable volume gas chamber 4 is provided with a gas pressure gauge 7 for monitoring the gas pressure inside the variable volume gas chamber 4 for the purpose of avoiding overload (excess of internal stress). The method of changing the volume will be described later. A gas chamber volume control device 16, for example, a gas feed / exhaust control device is connected to the variable volume gas chamber 4 by a gas chamber volume control transmission system 17, for example, a gas feed / exhaust pipe, and the gas chamber volume control device 16 is connected. Command signal to change the volume of the variable volume gas chamber 4, and as a result, change the volume of the laser gas to change the volume of the laser gas 5 in the laser tube 1.
The laser output can be controlled by changing the pressure (density) of the laser.

【0021】また、レーザ管1の外部には、二つの主電
極2の間の放電部15の光軸18上の一対の透過窓8を
挾んで全反射鏡19と出力鏡20が設置されていて、放
電部15で発生したレーザビーム21の増幅と取り出し
を行う。レーザビーム21は、ビームスプリッタ22に
よりレーザビーム21’とレーザビーム21''の二つに
分割され、レーザビーム21’はレーザ出力測定用のレ
ーザパワーメータ23に入射し、他方のレーザビーム2
1''はレーザ加工等に使用される。レーザガス給排装置
6とレーザ管1は、これらの間でレーザガスを給排でき
るようにレーザガス給排用ガス管24で接続されてい
る。
Further, outside the laser tube 1, a total reflection mirror 19 and an output mirror 20 are installed across a pair of transmission windows 8 on the optical axis 18 of the discharge section 15 between the two main electrodes 2. Then, the laser beam 21 generated in the discharge section 15 is amplified and taken out. The laser beam 21 is split by a beam splitter 22 into a laser beam 21 ′ and a laser beam 21 ″, the laser beam 21 ′ is incident on a laser power meter 23 for measuring laser output, and the other laser beam 2
1 ″ is used for laser processing and the like. The laser gas supply / discharge device 6 and the laser tube 1 are connected by a laser gas supply / discharge gas tube 24 so that the laser gas can be supplied / discharged between them.

【0022】さらに、上記のレーザガス給排装置6、ガ
ス圧力計7、レーザ電源9、循環ファン用モータ12、
ガス室体積制御装置16とレーザパワーメータ23は、
それぞれレーザガス制御信号線25、ガス圧力信号線2
6、電源制御信号線27、循環ファン用モータ回転制御
信号線28、ガス室体積制御信号線29およびレーザ出
力信号線30によりレーザ装置全体を統括するレーザ出
力制御装置31に接続されている。
Further, the laser gas supply / discharge device 6, the gas pressure gauge 7, the laser power source 9, the circulating fan motor 12,
The gas chamber volume control device 16 and the laser power meter 23 are
Laser gas control signal line 25 and gas pressure signal line 2 respectively
6, a power supply control signal line 27, a circulation fan motor rotation control signal line 28, a gas chamber volume control signal line 29, and a laser output signal line 30 are connected to a laser output control device 31 that controls the entire laser device.

【0023】次に、レーザ出力安定化制御の方法につい
て述べる。レーザ出力の検出は、レーザパワーメータ2
3でレーザビーム21’を検出することから始まる。検
出された出力は、信号の流れを示す矢印32に従い、レ
ーザ出力信号線30を介してレーザ出力制御装置31に
送信される。レーザ出力制御装置31では、受信したレ
ーザビーム21’のレーザ出力信号、レーザパワーメー
タ23の感度およびビームスプリッタ22のレーザビー
ム分配率を用いてレーザビーム21の出力を算出し、目
標とする安定化出力の値との偏差を求め、両者の間に所
定の値以上の偏差が検出されたならば、ガス室体積制御
信号線29を介してガス室体積制御装置16に体積可変
ガス室4の体積を変える命令を送信する。
Next, a method of stabilizing the laser output will be described. Laser output is detected by laser power meter 2
It begins with detecting the laser beam 21 'at 3. The detected output is transmitted to the laser output control device 31 via the laser output signal line 30 according to the arrow 32 indicating the signal flow. The laser output control device 31 calculates the output of the laser beam 21 by using the received laser output signal of the laser beam 21 ′, the sensitivity of the laser power meter 23, and the laser beam distribution rate of the beam splitter 22 to achieve the target stabilization. The deviation from the output value is obtained, and if a deviation of a predetermined value or more is detected between the two, the volume of the volume variable gas chamber 4 is sent to the gas chamber volume control device 16 via the gas chamber volume control signal line 29. Send a command to change.

【0024】ガス室体積制御装置16は、受信したレー
ザ出力制御装置31の命令に従い、上記のレーザ出力と
目標とする安定化出力との偏差が所定の値以下となるよ
う矢印33のように体積可変ガス室4に物理的作用を与
え、体積可変ガス室4の体積を変えて、レーザ管1の内
部のレーザガス5の圧力を変える密度調整により、レー
ザ媒質であるレーザガス5の利得制御を行って、レーザ
ビーム21の出力の安定化を図る。
In accordance with the received command from the laser output control device 31, the gas chamber volume control device 16 controls the volume as indicated by the arrow 33 so that the deviation between the above laser output and the target stabilized output becomes less than a predetermined value. Gain control of the laser gas 5, which is a laser medium, is performed by giving a physical action to the variable gas chamber 4 and changing the volume of the volume variable gas chamber 4 to change the pressure of the laser gas 5 inside the laser tube 1. The output of the laser beam 21 is stabilized.

【0025】体積可変ガス室4によるレーザ出力安定化
制御を長時間継続すると、最終的には、レーザガス5の
劣化が原因で体積可変ガス室4のみによるレーザ出力の
安定化制御が困難になる。その時には、レーザ出力制御
装置31は、レーザガス制御信号線25を介してレーザ
ガス給排装置6を作動させ、レーザ管1内のレーザガス
5の交換をレーザガス5の流れを示す矢印34に従って
行うことにより、さらに、長時間のレーザ出力安定化制
御が実現できる。
If the laser output stabilization control by the variable volume gas chamber 4 is continued for a long time, finally, the stabilization control of the laser output by only the variable volume gas chamber 4 becomes difficult due to the deterioration of the laser gas 5. At that time, the laser output control device 31 operates the laser gas supply / discharge device 6 via the laser gas control signal line 25, and exchanges the laser gas 5 in the laser tube 1 according to the arrow 34 indicating the flow of the laser gas 5, Further, the laser output stabilization control for a long time can be realized.

【0026】従って、本実施例によれば、レーザガス5
の圧力(密度)を連続的に変更できるので、従来の充電
電圧を制御するような電源系制御では非常に困難であっ
た高電圧パルスガスレーザ装置のレーザ出力の無段階制
御が、電源系制御を使うことなく簡単に実現できる利点
がある。
Therefore, according to this embodiment, the laser gas 5
Since the pressure (density) of can be continuously changed, the stepless control of the laser output of the high voltage pulse gas laser device, which was very difficult with the conventional power supply system control that controls the charging voltage, can be controlled by the power supply system control. It has the advantage that it can be easily implemented without using it.

【0027】図2は、本発明で応用したレーザ出力制御
法の基本原理を表わすガスレーザ装置の充電電圧Vsと
レーザ出力PL との関係を示す特性曲線である。図2
は、高気圧パルスガスレーザであるXeClエキシマレ
ーザの例で、レーザガス5の圧力pをパラメータとして
充電電圧Vsとレーザ出力PL の関係を示している。例
えば、充電電圧Vs= 25 kVの縦の破線で示したよう
に、同じ充電電圧Vsに対して、レーザガスの圧力pを
上げると( p1<p2<p3)、規格化したレーザ出力P
L は増加(PL1<PL2<PL3)することが分かる。もち
ろん、一般にガスレーザ装置では、放電等によるレーザ
ガス5へのエネルギー注入に異常を起こさない適正なレ
ーザガス5の圧力(密度)範囲がある。従って、このレ
ーザガス5の圧力(密度)の範囲内で、レーザガス5の
圧力(密度)の変化による利得制御が可能なガスレーザ
装置なら、全て本発明が適用できる。
FIG. 2 is a characteristic curve showing the relationship between the charging voltage Vs of the gas laser device and the laser output P L , which represents the basic principle of the laser output control method applied in the present invention. Figure 2
Is an example of a XeCl excimer laser with high pressure pulsed gas lasers, which shows the relationship between the charging voltage Vs and the laser output P L pressure p of the laser gas 5 as a parameter. For example, as shown by the vertical broken line of the charging voltage Vs = 25 kV, when the pressure p of the laser gas is increased for the same charging voltage Vs (p 1 <p 2 <p 3 ), the standardized laser output P
It can be seen that L increases (P L1 <P L2 <P L3 ). Of course, in general, a gas laser device has an appropriate pressure (density) range of the laser gas 5 that does not cause abnormality in energy injection into the laser gas 5 due to discharge or the like. Therefore, the present invention can be applied to any gas laser device capable of gain control within the range of the pressure (density) of the laser gas 5 by changing the pressure (density) of the laser gas 5.

【0028】以上のように、本発明のレーザ出力安定化
制御の基本原理は、レーザ媒質であるレーザガス5の圧
力を操作してその密度を変え、レーザガス5のレーザ発
振のための利得を制御することにある。従って、レーザ
ガス5の圧力制御法として、レーザガス5へ直接熱を作
用させて膨張・収縮させる温度制御のような方法も考え
られるが、この方法ではレーザガス5の圧力は変えられ
てもレーザ管1が密封されている限りレーザガス5の密
度は変えられないため、本発明のレーザ出力制御方法と
しては不適である。なお、図2では、充電電圧Vsは連
続可変として表わしているが、実際は飛び飛びの不連続
であり不連続の量ΔVsはレーザ装置の電源に依存す
る。
As described above, the basic principle of the laser output stabilization control of the present invention is to control the pressure of the laser gas 5, which is the laser medium, to change its density to control the gain of the laser gas 5 for laser oscillation. Especially. Therefore, as a method for controlling the pressure of the laser gas 5, a method such as a temperature control in which heat is directly applied to the laser gas 5 to expand / contract is conceivable, but in this method, the laser tube 1 can be changed even if the pressure of the laser gas 5 is changed. Since the density of the laser gas 5 cannot be changed as long as it is sealed, it is not suitable as the laser output control method of the present invention. Although the charging voltage Vs is continuously variable in FIG. 2, the charging voltage Vs is actually discontinuous and the discontinuous amount ΔVs depends on the power supply of the laser device.

【0029】図3に、本発明のガス制御式出力安定化ガ
スレーザ装置におけるレーザガス5の圧力(密度)制御
用である体積可変ガス室4の断面を示す。ガス室の形状
毎にそれぞれ、(a)ピストン型、(b)ベローズ型、
(c)風船型、(d)袋型と呼ぶことにする。体積可変
ガス室4の体積変化の動力源は、いろいろ考えられる。
ガスの送排気とした場合、ピストン型では、シリンダ3
5とピストン36の接触面の摩擦力が無視できる程小さ
いとすると、ガス送排気制御装置16’がガス送排気用
配管17’を通して送排気するガスの圧力は、レーザ管
1内のレーザガス5の圧力と同じだけあれば良い。一
方、ベローズ型と風船型は、ベローズ37と風船38の
外殻の構成材料にもよるが、もとの安定な形から変形を
受けた分だけ復元力が働く場合もあるため、ピストン型
に比べて送排気するガスの圧力条件は、レーザガスの圧
力と異なる場合があることを考慮しなければならない。
また、袋型については、袋39の最大体積までは、レー
ザガスの圧力と送排気するガスの圧力とが完全に釣合い
ながら送排気できる。従って、送排気するガスの圧力を
モニターすることで、レーザガス5の圧力を同時にモニ
ターできることになる。図3中の矢印40は、体積可変
ガス室4の体積変化形の方向を示すものである。
FIG. 3 shows a cross section of the variable volume gas chamber 4 for controlling the pressure (density) of the laser gas 5 in the gas controlled output stabilized gas laser device of the present invention. For each shape of the gas chamber, (a) piston type, (b) bellows type,
(C) Balloon type and (d) bag type. Various power sources for changing the volume of the variable volume gas chamber 4 can be considered.
When gas is sent and exhausted, cylinder 3 is used for piston type
Assuming that the frictional force of the contact surface between the piston 5 and the piston 5 is negligibly small, the pressure of the gas fed and exhausted by the gas feed / exhaust control device 16 ′ through the gas feed / exhaust pipe 17 ′ is that of the laser gas 5 in the laser tube 1. It only needs to be the same as the pressure. On the other hand, the bellows type and the balloon type are different from the piston type because the restoring force may work due to the deformation from the original stable shape, though it depends on the constituent material of the outer shell of the bellows 37 and the balloon 38. In comparison, it must be taken into consideration that the pressure condition of the gas to be sent and exhausted may be different from the pressure of the laser gas.
Further, with respect to the bag type, up to the maximum volume of the bag 39, the pressure of the laser gas and the pressure of the gas to be fed and exhausted can be perfectly fed and exhausted. Therefore, the pressure of the laser gas 5 can be simultaneously monitored by monitoring the pressure of the gas to be sent and exhausted. An arrow 40 in FIG. 3 indicates the direction of the variable volume type of the variable volume gas chamber 4.

【0030】図4に、体積可変ガス室4の体積制御方法
の例を示す。制御対象である体積可変ガス室4の形状
は、説明の簡単化のためピストン型とし、ガス送排気制
御装置16’による体積可変ガス室4へのガスの送排気
によりシリンダ35内のピストン36を動かし、体積可
変ガス室4の体積を増減させてレーザ管1内のレーザガ
ス5の圧力(密度)を制御する方法である。
FIG. 4 shows an example of a volume control method for the variable volume gas chamber 4. The shape of the variable volume gas chamber 4 to be controlled is a piston type for simplification of description, and the piston 36 in the cylinder 35 is moved by the gas supply / exhaust control device 16 ′ to supply / exhaust gas to / from the variable volume gas chamber 4. This is a method of controlling the pressure (density) of the laser gas 5 in the laser tube 1 by moving it to increase or decrease the volume of the volume variable gas chamber 4.

【0031】レーザ電源9による所定のエネルギー注入
で発振したレーザビーム21は、レーザ管1から射出後
に、光軸18上のビームスプリッタ22で分割され、や
はり、光軸18上に設置されたレーザパワーメータ23
でレーザ出力信号に変換されレーザ出力信号線30を介
してレーザ出力制御装置31に送られる。レーザ出力制
御装置31では、受信したレーザ出力信号からレーザ出
力 PLを算出して、レーザ出力の目標値PLOとの偏差
ΔPLを、例えば、数1により求め、ガス送排気制御装
置16’(図1のガス室体積制御装置16に対応)を用
いて、この偏差ΔPL を打ち消すように、体積可変ガス
室4に対してガス送排気用配管17’(図1のガス室体
積制御伝達系17に対応)を通してガスの送排気を行わ
せる。
The laser beam 21 oscillated by a predetermined energy injection from the laser power source 9 is split by the beam splitter 22 on the optical axis 18 after being emitted from the laser tube 1, and again the laser power set on the optical axis 18 is divided. Meter 23
Is converted into a laser output signal by the laser output signal line 30 and sent to the laser output control device 31. The laser output control device 31 calculates the laser output P L from the received laser output signal and calculates the deviation of the laser output from the target value P LO.
ΔP L is obtained by, for example, Equation 1, and the variable volume gas chamber 4 is set so as to cancel this deviation ΔP L by using the gas feed / exhaust control device 16 ′ (corresponding to the gas chamber volume control device 16 in FIG. 1). On the other hand, gas is sent and exhausted through a gas supply and exhaust pipe 17 '(corresponding to the gas chamber volume control transmission system 17 in FIG. 1).

【0032】 ΔPL =PL ーPLO ………… (数1) 図2で既に示したようなレーザガス圧力p(密度)とレ
ーザ出力PL の関係がある場合には、レーザ出力PL
目標出力に比べて低ければ(ΔPL <0)、体積可変ガ
ス室4にガスの送排気の方向を示す矢印33’のように
ガスを送気し、体積可変ガス室4の体積を増してレーザ
ガス5の圧力(密度)を上げ、レーザ出力PL を上昇さ
せる。反対に、レーザ出力PL が目標出力に比べて高け
れば(0<ΔPL)、ガスの送排気の方向を示す矢印3
3’のように体積可変ガス室4のガスを排気し、体積可
変ガス室4の体積を減らしてレーザガス5の圧力(密
度)を下げ、レーザ出力PL を下降させる。
ΔP L = P L −P LO (Equation 1) When there is a relationship between the laser gas pressure p (density) and the laser output P L as already shown in FIG. 2, the laser output P L Is lower than the target output (ΔP L <0), the gas is supplied to the variable volume gas chamber 4 as indicated by an arrow 33 ′ indicating the direction of gas supply / exhaust, and the volume of the variable volume gas chamber 4 is increased. Then, the pressure (density) of the laser gas 5 is increased to increase the laser output P L. On the contrary, if the laser output P L is higher than the target output (0 <ΔP L ), the arrow 3 indicating the direction of gas supply and exhaust is shown.
3 was evacuated variable volume gas chamber 4 of the gas as' reducing the pressure of the laser gas 5 (density) by reducing the volume of the variable volume gas chamber 4, it lowers the laser output P L.

【0033】図5に、体積可変ガス室4を用いて、レー
ザガス5の圧力(密度)を制御するガス送排気制御装置
16’(図1のガス室体積制御装置16に対応)の構成
を示す。ガス送排気制御装置16’は、体積可変ガス室
4の体積変更の駆動力となるガスの供給源41、ガスポ
ンプ42、電磁弁43、マスフローコントローラ44お
よび必要に応じてガス処理装置45からなり、ここでは
図示していないレーザ出力制御装置31の命令に従い、
体積可変ガス室4へのガスの供給をガス供給源41とガ
スポンプ42の組合せ動作あるいはガス供給源41のみ
の動作で行う。ガスの供給源41のガスは、本発明の第
一の実施例のガス制御式出力安定化ガスレーザ装置で使
用するガス成分を考慮して、レーザガス、レーザガスの
単一あるいは複数の成分からなるガスばかりでなく、希
ガス、あるいは空気でも良い。空気の場合には、ガスの
供給源41は大気となりガスポンプ42のみでも良い。
また、排気については、ガス処理装置45を通して排気
管46により大気に放出する。ガス処理装置45は、使
用ガスが希ガス、空気等有害でないものについては必要
ない。
FIG. 5 shows the configuration of a gas feed / exhaust control device 16 '(corresponding to the gas chamber volume control device 16 in FIG. 1) which controls the pressure (density) of the laser gas 5 by using the variable volume gas chamber 4. . The gas supply / exhaust control device 16 ′ includes a gas supply source 41 serving as a driving force for changing the volume of the variable volume gas chamber 4, a gas pump 42, a solenoid valve 43, a mass flow controller 44, and a gas processing device 45 as necessary, According to the command of the laser output control device 31 not shown here,
Gas is supplied to the variable volume gas chamber 4 by a combined operation of the gas supply source 41 and the gas pump 42 or an operation of only the gas supply source 41. Considering the gas components used in the gas controlled output stabilized gas laser device of the first embodiment of the present invention, the gas of the gas supply source 41 is a laser gas or a gas consisting of a single or multiple components of the laser gas. Alternatively, noble gas or air may be used. In the case of air, the gas supply source 41 is the atmosphere, and only the gas pump 42 may be used.
The exhaust gas is discharged to the atmosphere through the gas processing device 45 and the exhaust pipe 46. The gas treatment device 45 is not necessary when the gas used is not harmful such as rare gas or air.

【0034】体積可変ガス室4へのガスの送排気では、
電磁バルブ等の開閉操作のみの機器を用いると、ガス圧
力によってはレーザガス5の圧力(密度)に急激な変動
を与えて、結果的に、レーザ出力PL に悪影響(出力の
変動)を及ぼす可能性があるため、マスフローコントロ
ーラ44等の流量調整機能のある機器を用いる方が、本
発明の第一の実施例のガス制御式出力安定化ガスレーザ
装置には適している。
In sending and exhausting gas to and from the variable volume gas chamber 4,
If a device that only opens and closes an electromagnetic valve or the like is used, the pressure (density) of the laser gas 5 may be abruptly changed depending on the gas pressure, and as a result, the laser output P L may be adversely affected (change in output). Therefore, using a device having a flow rate adjusting function such as the mass flow controller 44 is more suitable for the gas control type output stabilized gas laser device of the first embodiment of the present invention.

【0035】また、図5には描いてないが、体積可変ガ
ス室4に導入するガスは、例えば、ガス供給源のボンベ
の他にバッファ用のボンベを持ち、ガス室からの排気の
時には、ガスポンプを使ってガスをバッファ用ボンベ内
に加圧して回収し、何度も使用することもできる。さら
に、空気や窒素等の安価なガスをガス送排気制御装置1
6’で使用した時には、体積可変ガス室4に安価なガス
を供給した後、このガスを直接大気中に排気して、レー
ザガス5の圧力(密度)を下げることもできる。
Although not shown in FIG. 5, the gas introduced into the variable volume gas chamber 4 has, for example, a cylinder for buffer in addition to the cylinder of the gas supply source, and when exhausting from the gas chamber, It is also possible to pressurize the gas in the buffer cylinder using a gas pump, collect it, and use it again and again. Further, a cheap gas such as air or nitrogen is supplied to the gas supply / exhaust control device 1
When used in 6 ', the pressure (density) of the laser gas 5 can be lowered by supplying an inexpensive gas to the variable volume gas chamber 4 and then directly exhausting this gas into the atmosphere.

【0036】図6に、本発明の第一の実施例における、
体積可変ガス室4の他の体積制御方法を示す。これは、
体積可変ガス室4の内部ガスの熱による膨張、収縮を利
用する方法である。この場合、体積可変ガス室4は、レ
ーザガスに熱的影響を与えないように、断熱材47で覆
われるか、断熱材47そのもので構成され、ガス送排気
用配管17’を電磁弁43等で密封される機構とし、図
6の(a)では体積可変ガス室4の内部に加熱部48と
冷却部49、または(b)では熱交換部50を有する構
造となっている。レーザ出力の変化を検出したレーザ出
力制御装置31からの命令により、体積可変ガス室4と
レーザ管1の外部との熱の出入で、体積可変ガス室4の
内部ガスを加熱または冷却して、内部ガスを膨張または
収縮させる。ガスの膨張、収縮に従い、体積可変ガス室
4の体積は変化して、レーザ管1内のレーザガス5の圧
力(密度)を制御でき、その結果レーザ出力のを安定化
制御ができる。加熱部48としてはヒータ、冷却部49
としては水等の冷媒を流す冷却管51を、体積可変ガス
室4の中に設けるだけで良い。あるいは、体積可変ガス
室4の外部に、加熱部48および冷却部49を備えた熱
制御装置52を設置し、熱交換部50を体積可変ガス室
4の内部に設けて、熱媒体用配管53を通して熱の媒体
で熱の出入りを行わせても、同様の効果が得られる。
FIG. 6 shows the first embodiment of the present invention,
The other volume control method of the volume variable gas chamber 4 is shown. this is,
This is a method of utilizing expansion and contraction of the internal gas of the variable volume gas chamber 4 due to heat. In this case, the variable volume gas chamber 4 is covered with the heat insulating material 47 or is composed of the heat insulating material 47 itself so as not to exert a thermal influence on the laser gas. As a sealed mechanism, it has a structure having a heating section 48 and a cooling section 49 inside the variable volume gas chamber 4 in FIG. 6A, or a heat exchange section 50 in FIG. 6B. In response to a command from the laser output control device 31 that has detected a change in laser output, heat is exchanged between the variable volume gas chamber 4 and the outside of the laser tube 1 to heat or cool the internal gas of the variable volume gas chamber 4, Expands or contracts the internal gas. As the gas expands and contracts, the volume of the volume variable gas chamber 4 changes, and the pressure (density) of the laser gas 5 in the laser tube 1 can be controlled, and as a result, the laser output can be stabilized and controlled. As the heating unit 48, a heater and a cooling unit 49
As a result, a cooling pipe 51 for flowing a coolant such as water may be provided in the variable volume gas chamber 4. Alternatively, a heat control device 52 including a heating unit 48 and a cooling unit 49 is installed outside the variable volume gas chamber 4, a heat exchange unit 50 is provided inside the variable volume gas chamber 4, and a heat medium pipe 53 is provided. The same effect can be obtained by allowing heat to flow in and out with a heat medium.

【0037】図7に、本発明の第一の実施例における、
熱を利用したもう一つの体積可変ガス室4の体積制御方
法を示す。体積変化のエネルギー源を熱とするため、体
積可変ガス室4の外側は、図6の場合と同様に、レーザ
ガス5に熱的悪影響を及ぼさない密封型の断熱構造でな
ければならない。図7の例は、ピストン型の体積可変ガ
ス室4の内側のピストン内面54とシリンダの端面55
とに、材質が形状記憶合金56であるバネ57を取付
け、温度制御によりこの形状記憶合金56でできたバネ
57の伸縮でピストン36を移動させて、体積可変ガス
室4の体積を変化させる方法である。図7の(a)は体
積可変ガス室4内に加熱部48と冷却部49を、(b)
では交換部50を有する構造である。この他にも、ここ
では図に示さないが、断熱構造を持つ密封型の体積可変
ガス室4そのものを所定の形状を持つ形状記憶合金56
で構成し、温度を制御して、形状記憶合金56の温度に
依存する復元力とレーザガス5の圧力のバランスを利用
して、体積可変ガス室4の体積を変える方法がある。従
って、図6の実施例で示したのと同様に体積可変ガス室
4の内部に加熱部48と冷却部49、または熱交換部5
0を有し、レーザ出力の変化を検出したレーザ出力制御
装置31からの命令によりレーザ管1と外部との熱の出
入によって、体積可変ガス室4のガスをあるいは体積可
変ガス室4を加熱または冷却して、体積可変ガス室4の
中の形状記憶合金56でできたバネ57あるいは体積可
変ガス室4そのものの形状を変化させる。但し、この方
法の場合には、例えば、加熱した時にはレーザガス5の
圧力に打ち勝って体積を増し、冷却した時にはレーザガ
ス5の圧力に負けて体積が小さくなるように、レーザガ
ス5の圧力に合わせた復元力を持つ形状記憶合金56を
選ぶ必要がある。
FIG. 7 shows the first embodiment of the present invention,
Another volume control method of the variable volume gas chamber 4 using heat will be described. Since the volume change energy source is heat, the outside of the volume variable gas chamber 4 must have a hermetically sealed heat insulating structure that does not have a thermal adverse effect on the laser gas 5, as in the case of FIG. In the example of FIG. 7, the piston inner surface 54 and the cylinder end surface 55 inside the piston type variable volume gas chamber 4 are illustrated.
A spring 57 made of a shape memory alloy 56 is attached to the above, and the piston 36 is moved by the expansion and contraction of the spring 57 made of the shape memory alloy 56 by temperature control to change the volume of the volume variable gas chamber 4. Is. 7A shows a heating unit 48 and a cooling unit 49 in the variable volume gas chamber 4, and FIG.
Then, the structure has the exchange section 50. In addition to this, although not shown in the figure here, the shape-variable gas chamber 4 itself having a heat insulating structure and having a predetermined shape is used as the shape memory alloy 56.
There is a method of changing the volume of the variable volume gas chamber 4 by controlling the temperature and utilizing the balance between the restoring force depending on the temperature of the shape memory alloy 56 and the pressure of the laser gas 5. Therefore, as in the embodiment shown in FIG. 6, the heating part 48 and the cooling part 49 or the heat exchange part 5 are provided inside the volume variable gas chamber 4.
0, and when the laser output control device 31 detects a change in the laser output, the heat of the laser tube 1 and the outside heats the gas in the variable volume gas chamber 4 or heats the variable volume gas chamber 4. After cooling, the shape of the spring 57 made of the shape memory alloy 56 in the variable volume gas chamber 4 or the variable volume gas chamber 4 itself is changed. However, in the case of this method, for example, when the heating is performed, the volume of the laser gas 5 is increased by overcoming the pressure of the laser gas 5, and when the cooling is performed, the volume of the laser gas 5 is lost and the volume of the laser gas 5 is reduced so that the volume is restored. It is necessary to select a shape memory alloy 56 that has strength.

【0038】また、図6および図7で示した本発明の第
一の実施例における、熱を利用した体積可変ガス室4の
体積制御方法で体積可変ガス室4の中で用いるガスとし
ては、熱伝達率の大きなヘリウムであれば、熱の移動が
早く行われるので、レーザガス5の圧力(密度)制御速
度を上げられる利点がある。
Further, as the gas used in the variable volume gas chamber 4 in the volume control method of the variable volume gas chamber 4 using heat in the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 6 and 7, With helium, which has a large heat transfer coefficient, heat is transferred quickly, so that there is an advantage that the pressure (density) control speed of the laser gas 5 can be increased.

【0039】さらに、図6および図7において、体積可
変ガス室4を密封型とせず、ガス室体積制御装置16に
より体積可変ガス室4の中のガスの圧力調整もできる構
造とし、熱制御装置52によるガスの温度制御とガス送
排気制御装置16’によるガスの送排気とを組合せてで
きるようにすれば、レーザガス5の圧力(密度)制御範
囲を広くとれるという利点がある。
Further, in FIG. 6 and FIG. 7, the variable volume gas chamber 4 is not hermetically sealed, and the pressure of the gas in the variable volume gas chamber 4 can be adjusted by the gas chamber volume control device 16 so that the thermal control device can be used. If the temperature control of the gas by 52 and the gas supply / exhaust by the gas supply / exhaust control device 16 ′ can be combined, there is an advantage that the pressure (density) control range of the laser gas 5 can be widened.

【0040】図8に、本発明の第一の実施例における、
体積可変ガス室4の他の体積制御方法を示す。本体積制
御方法では、体積可変ガス室4の体積変化の動力源とし
てガス室体積制御用モータ58を使っている。ガス室体
積制御用モータ58の回転出力軸59には、歯車60が
取付けられており、減速歯車61を介して、ガス室体積
制御用モータ58の回転力を、外周部にねじ62が刻ま
れたガス室体積制御用回転軸63に伝達する。また、減
速歯車61は、回転軸の軸方向にスライド可能な構造6
4とし、ガス室体積制御用回転軸63が体積可変ガス室
4の体積制御のための軸方向の移動を行っても、確実に
ガス室体積制御用モータ58の回転力をガス室体積制御
用回転軸63に伝達できる構造とする。レーザ管1の外
壁65には、ガス室体積制御用回転軸63に合わせた止
めねじ66が固着されている。ガス室体積制御用回転軸
63は、止めねじ66、レーザ管1の内壁67およびレ
ーザ管1に接するベローズ37の端面68を止めねじ6
6を通して、レーザガス側のベローズ37の端面69の
内側に回転可能な構造70にて機械的に結合されてい
る。止めねじ66には、ナットのように内周にねじが刻
まれており、ガス室体積制御用回転軸63の外周部のね
じ62と対になって、ガス室体積制御用回転軸63の回
転71による送り機構72を構成する。
FIG. 8 shows the first embodiment of the present invention,
The other volume control method of the volume variable gas chamber 4 is shown. In this volume control method, the gas chamber volume control motor 58 is used as a power source for changing the volume of the variable volume gas chamber 4. A gear 60 is attached to the rotation output shaft 59 of the gas chamber volume control motor 58, and the rotational force of the gas chamber volume control motor 58 is engraved with a screw 62 on the outer peripheral portion via a reduction gear 61. It is transmitted to the rotary shaft 63 for gas chamber volume control. The reduction gear 61 has a structure 6 that is slidable in the axial direction of the rotary shaft.
4, the rotational force of the gas chamber volume control motor 58 is surely applied to the gas chamber volume control motor 58 even if the gas chamber volume control rotary shaft 63 moves in the axial direction for volume control of the variable volume gas chamber 4. The structure is such that it can be transmitted to the rotating shaft 63. A set screw 66 fitted to the rotary shaft 63 for controlling the volume of the gas chamber is fixed to the outer wall 65 of the laser tube 1. The gas chamber volume control rotary shaft 63 includes a set screw 66, an inner wall 67 of the laser tube 1 and an end surface 68 of the bellows 37 which is in contact with the laser tube 1 and sets the set screw 6.
6 is mechanically coupled to the inside of the end face 69 of the bellows 37 on the laser gas side by a rotatable structure 70. A screw is engraved on the inner circumference of the set screw 66 like a nut, and is paired with the screw 62 on the outer peripheral portion of the gas chamber volume control rotary shaft 63 to rotate the gas chamber volume control rotary shaft 63. A feed mechanism 72 constituted by 71 is configured.

【0041】ベローズ37は、レーザガス5に対して気
密性を持ち、送り機構69による体積制御用回転軸63
のベローズ37内の送り機構による運動を、回転可能な
構造にて結合されたベローズの端面68に伝えて、ベロ
ーズ37の軸方向の長さを変える。従って、レーザ管1
の内部でベローズ37の端面69は矢印73のように移
動し、ベローズ37は体積が変わり、レーザガス5の圧
力(密度)を制御する。また、本実施例のように、ガス
室体積制御用モータ58の回転量を制御量とする場合に
は、ステップモータ等の、停止時に保持力のあるモータ
が、ガス室体積制御用モータ58としては適している。
The bellows 37 has airtightness with respect to the laser gas 5, and the rotary shaft 63 for volume control by the feed mechanism 69.
The movement of the feeding mechanism in the bellows 37 is transmitted to the end surface 68 of the bellows connected by the rotatable structure to change the axial length of the bellows 37. Therefore, the laser tube 1
Inside, the end face 69 of the bellows 37 moves as shown by the arrow 73, the volume of the bellows 37 changes, and the pressure (density) of the laser gas 5 is controlled. Further, when the rotation amount of the gas chamber volume control motor 58 is used as the control amount as in the present embodiment, a motor having a holding force when stopped, such as a step motor, is used as the gas chamber volume control motor 58. Is suitable.

【0042】本発明の第二の実施例として、レーザ管1
の外に体積可変ガス室4を設置したガス制御式出力安定
化ガスレーザ装置を図9に示す。本実施例では、体積可
変ガス室4を、レーザ管1に通じるレーザガス導通管7
3を介し、別のガス容器83の中に設けたものである。
ガス容器83の中の体積可変ガス室4の体積を変えるこ
とにより、レーザガス導通管73を通じて、レーザガス
5の圧力(密度)を制御する方式である。本第二の実施
例は、基本的に、図1で示した第一の実施例と同じ装置
構成であり、レーザ出力制御の方法も全く同じであるの
で、ここでは割愛する。
As a second embodiment of the present invention, a laser tube 1
FIG. 9 shows a gas-controlled output-stabilized gas laser device in which a variable volume gas chamber 4 is installed outside the chamber. In the present embodiment, the variable volume gas chamber 4 is communicated with the laser tube 1 by a laser gas conducting tube 7
It is provided in another gas container 83 through 3.
This is a method of controlling the pressure (density) of the laser gas 5 through the laser gas conducting pipe 73 by changing the volume of the variable volume gas chamber 4 in the gas container 83. The second embodiment basically has the same device configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 1 and the laser output control method is exactly the same, and therefore will be omitted here.

【0043】図10に、本発明のガス制御式出力安定化
ガスレーザ装置の第一の実施例または第二の実施例にお
ける体積可変ガス室4の使用の応用例として、レーザガ
ス部分交換法を示す。体積可変ガス室4をレーザ管1の
中に内蔵した第一の実施例を説明に使うが、第二の実施
例でも、レーザガス部分交換法の原理は同じである。説
明の簡単化のため、レーザ管1、体積可変ガス室4(ピ
ストン36とシリンダ35によるピストン型)、レーザ
ガス5、レーザガス給排装置6、ガス管24、ガス送排
気制御装置16’とガス送排気用配管17’のみを図1
0に示している。
FIG. 10 shows a laser gas partial replacement method as an application example of the use of the variable volume gas chamber 4 in the first or second embodiment of the gas controlled output stabilized gas laser device of the present invention. The first embodiment in which the variable volume gas chamber 4 is built in the laser tube 1 will be used for description, but the principle of the laser gas partial exchange method is the same in the second embodiment. For simplification of description, the laser tube 1, the variable volume gas chamber 4 (piston type including the piston 36 and the cylinder 35), the laser gas 5, the laser gas supply / discharge device 6, the gas pipe 24, the gas supply / exhaust control device 16 ′ and the gas supply. Figure 1 shows only the exhaust pipe 17 '
It is shown in 0.

【0044】まず、初めの交換前における体積可変ガス
室4の中のピストン36は、(a)で示す位置にあると
する。次に、ここには描かれていないレーザ出力制御装
置31は、レーザ出力、レーザ管1の中のレーザガス圧
力と体積可変ガス室4の中の圧力データをもとに、ガス
送排気制御装置16’に送気の命令、レーザガス給排装
置6にレーザガス排気の命令を出す。
First, it is assumed that the piston 36 in the variable volume gas chamber 4 before the first replacement is in the position shown in (a). Next, the laser output control device 31, not shown here, uses the laser output, the laser gas pressure in the laser tube 1 and the pressure data in the variable volume gas chamber 4 to control the gas feed / exhaust control device 16. To the laser gas supply / exhaust device 6 to the laser gas supply / exhaust device 6.

【0045】ガス送排気制御装置16’は、(b)で示
すように、レーザ出力制御装置31からの命令により、
ガス送排気用配管17’を通して矢印33’の方向に体
積可変ガス室4にガスを送り、シリンダ35内のピスト
ン36をレーザガス5側へ押し出す。同時に、レーザガ
ス給排装置6も、レーザ出力制御装置31からの排気命
令により、ガス管24を通して矢印34のようにレーザ
ガス5の一部をレーザ管1から排気する。このガスの送
排気は、レーザ出力を一定に保つように、送気と排気の
バランスをとりながら行う。
The gas supply / exhaust control device 16 ', as shown in (b), receives a command from the laser output control device 31,
Gas is sent to the volume variable gas chamber 4 in the direction of arrow 33 'through the gas supply / exhaust pipe 17', and the piston 36 in the cylinder 35 is pushed out to the laser gas 5 side. At the same time, the laser gas supply / discharge device 6 also exhausts a part of the laser gas 5 from the laser tube 1 through the gas pipe 24 as indicated by an arrow 34 in response to an exhaust command from the laser output control device 31. This gas supply / exhaust is performed while balancing the supply and exhaust so as to keep the laser output constant.

【0046】次に、(c)の如く体積可変ガス室4の体
積が最大になったなら、レーザ出力制御装置31は、ガ
ス送排気制御装置16’とレーザガス給排装置6に送排
気停止の命令を出す。続いて、レーザガス給排装置6
に、レーザガス5の給気命令を、ガス送排気制御装置1
6’に排気命令を出し、(d)に示すように、レーザ管
1にレーザガスを供給するとともに、体積可変ガス室4
内のガスを排気する。この時も、(b)と同様に、レー
ザ出力を一定に保つように、給気と排気のバランスをと
りながら行う。
Next, when the volume of the variable volume gas chamber 4 is maximized as shown in (c), the laser output control device 31 stops the gas supply / exhaust control device 16 ′ and the laser gas supply / exhaust device 6 from supplying / exhausting gas. Issue an order. Subsequently, the laser gas supply / discharge device 6
In addition, the gas supply / exhaust control device 1 is instructed to supply the laser gas 5.
A gas exhaust command is issued to 6 ', and as shown in (d), the laser gas is supplied to the laser tube 1 and the volume variable gas chamber 4 is supplied.
Exhaust the gas inside. Also at this time, similarly to (b), the air supply and the exhaust are balanced while keeping the laser output constant.

【0047】体積可変ガス室4をレーザガス5の部分交
換に利用すると、体積可変ガス室4が無い従来法では、
レーザ出力を一定に保つために、レーザ管1の中におけ
るレーザガス5の圧力(密度)を変化させないように、
レーザガス5の供給と排気を同時に行わねばならない。
従って、供給したばかりの新しいレーザガス5の一部の
排気が避けられず、レーザガス5の利用効率が悪いとい
う問題があった。しかし、本実施例の如く、体積可変ガ
ス室4をレーザガス5の部分交換に用いると、部分交換
したレーザガス5の利用効率が 100%となり、ガスレー
ザの運転コストの低減につながる利点も出てくる。
When the variable volume gas chamber 4 is used for partial replacement of the laser gas 5, the conventional method without the variable volume gas chamber 4
In order to keep the laser output constant, the pressure (density) of the laser gas 5 in the laser tube 1 should not be changed,
The laser gas 5 must be supplied and exhausted at the same time.
Therefore, it is inevitable to exhaust a part of the new laser gas 5 just supplied, and there is a problem that the utilization efficiency of the laser gas 5 is poor. However, when the variable volume gas chamber 4 is used for partial replacement of the laser gas 5 as in this embodiment, the utilization efficiency of the partially replaced laser gas 5 becomes 100%, which brings about an advantage of reducing the operating cost of the gas laser.

【0048】図11に、もう一つの体積可変ガス室4の
応用例として、ピストン型のガス室を用いてガス成分の
補充を行う方法について示す。本応用例では、これまで
のガスの送排気のみの単機能の体積可変ガス室4と区別
して、体積可変ガス室4’と表わし、レーザガス5その
ものあるいはレーザガスの成分ガスを体積可変ガス室4
の体積変化に使い、ガス放出用電磁弁74あるいはマス
フローコントローラ44等による遠隔操作可能なガス放
出口75を、ピストン36あるいは体積可変ガス室4の
シリンダ35の外側に備えて、体積可変ガス室4内部に
充填されたガスをレーザ管1内に放出できるようにした
ものである。
FIG. 11 shows, as another application example of the variable volume gas chamber 4, a method of replenishing gas components using a piston type gas chamber. In this application example, the variable volume gas chamber 4 ′ is distinguished from the conventional single-volume variable volume gas chamber 4 that only supplies and exhausts gas, and the variable volume gas chamber 4 ′ is used to represent the laser gas 5 itself or a component gas of the laser gas.
A variable gas chamber 4 is provided with a gas discharge port 75 that can be remotely controlled by the gas discharge solenoid valve 74 or the mass flow controller 44 and is used outside the cylinder 35 of the variable volume gas chamber 4. The gas with which the inside is filled can be released into the laser tube 1.

【0049】このガス放出口75を備えた体積可変ガス
室4’を用いれば、体積可変ガス室4’へのレーザガス
5あるいはレーザガス5を構成するガスの供給と、体積
可変ガス室4’の中からレーザ管1の中へのレーザガス
5あるいはレーザガス5を構成するガスの放出を行うこ
とが同時にできる。従って、レーザ出力を調整しなが
ら、レーザ発振時にレーザ管内で化合物等を作って消費
されるレーザガス5の成分をレーザ管1の中に補充でき
るので、ガス送排気制御装置16’単独でレーザ出力制
御を行うよりも、長時間にわたり、レーザ出力の安定化
を維持できるという利点がある。ただし、ピストン型の
体積可変ガス室4では、ガス放出口75を開いただけで
は、体積可変ガス室4’の中のレーザガス5あるいはレ
ーザガス5の成分ガスは拡散でレーザ管1の中に出て行
くにのみであるから、レーザガス5あるいはレーザガス
5の成分ガスのレーザ管1内への補充には時間がかかる
ことが予想される。
By using the variable volume gas chamber 4'provided with this gas discharge port 75, the laser gas 5 or the gas constituting the laser gas 5 is supplied to the variable volume gas chamber 4'and the variable volume gas chamber 4'is provided. It is possible at the same time to release the laser gas 5 or the gas constituting the laser gas 5 into the laser tube 1. Therefore, while adjusting the laser output, it is possible to replenish the laser tube 1 with the components of the laser gas 5 that are consumed by making a compound or the like in the laser tube during laser oscillation, so that the gas output / exhaust control device 16 'alone controls the laser output. As compared with the above, there is an advantage that the stabilization of the laser output can be maintained for a long time. However, in the piston type variable volume gas chamber 4, the laser gas 5 in the variable volume gas chamber 4'or the component gas of the laser gas 5 goes out into the laser tube 1 by diffusion just by opening the gas discharge port 75. Therefore, it is expected that it will take time to replenish the laser gas 5 or the component gas of the laser gas 5 into the laser tube 1.

【0050】そこで、本応用における対策例としては、
図12に示すように、体積可変ガス室4’は、外力が無
くなればその体積が小さくなる性質をもった(a)の風
船型のようなものであることが望ましい。ここでは、風
船38の先端にガス放出用電磁弁74を付けて示した
が、ガス送排気用配管17’のレーザ管1の内部に分岐
を付けて、ガス放出用電磁弁74を取り付ける構造でも
良い。なお、一般に、体積可変ガス室4として風船型あ
るいは袋型を採用した時には、レーザ管1の中で循環す
るレーザガス5の影響を受けないように、風船38ある
いは袋39を固定するための隔壁76を設ける必要があ
る。また、ピストン型の場合は、(b)のように、シリ
ンダ35の内部のピストン36と体積可変ガス室4’の
内壁との間に、ピストン36を引き付けるバネ77を設
ければ良い。
Therefore, as an example of countermeasures in this application,
As shown in FIG. 12, the variable volume gas chamber 4 ′ is preferably a balloon type (a) having a property that its volume becomes smaller when the external force is removed. Here, the gas release solenoid valve 74 is shown attached to the tip of the balloon 38, but a structure is also possible in which the gas release solenoid valve 74 is attached by branching inside the laser tube 1 of the gas supply / exhaust pipe 17 '. good. Generally, when a balloon type or a bag type is adopted as the volume variable gas chamber 4, the partition wall 76 for fixing the balloon 38 or the bag 39 is protected from the influence of the laser gas 5 circulating in the laser tube 1. Need to be provided. In the case of the piston type, as shown in (b), a spring 77 for attracting the piston 36 may be provided between the piston 36 inside the cylinder 35 and the inner wall of the variable volume gas chamber 4 ′.

【0051】本発明の第三の実施例を図13に示す。本
実施例は、複数の体積可変ガス室を備えた例として、二
個の体積可変ガス室4'a、4'bをレーザ管1に内蔵した
ガス制御式出力安定化ガスレーザ装置である。装置構成
は、体積可変ガス室4の数と、これに付随してガス送排
気制御装置16’で使用するガスが二種類になる点等を
除き、第一の実施例と同じである。複数の体積可変ガス
室4'a、4'bを備えた場合には、レーザガス5の圧力
(密度)の制御とレーザ発振で消費したレーザガス5の
特定の成分補充を分離してできる利点がある。
A third embodiment of the present invention is shown in FIG. The present embodiment is a gas-controlled output-stabilized gas laser device in which two volume variable gas chambers 4'a and 4'b are incorporated in a laser tube 1 as an example provided with a plurality of volume variable gas chambers. The device configuration is the same as that of the first embodiment except that the number of variable volume gas chambers 4 and the number of gases used in the gas supply / exhaust control device 16 ′ associated with this are two. When a plurality of variable volume gas chambers 4'a and 4'b are provided, there is an advantage that control of the pressure (density) of the laser gas 5 and supplementation of a specific component of the laser gas 5 consumed by laser oscillation can be separated. .

【0052】図14を用いて、体積可変ガス室4'a、
4'bにおけるレーザガス5の圧力(密度)制御方法およ
びレーザガス5の成分補充方法を示す。以下簡単のた
め、二個の体積可変ガス室4をガス室4'a、ガス室4'b
で示し、ガス室4'aはレーザガス5の圧力(密度)制御
用、ガス室4'bはレーザガス5の特定成分補充用とす
る。
Referring to FIG. 14, the variable volume gas chamber 4'a,
The method of controlling the pressure (density) of the laser gas 5 and the method of replenishing the components of the laser gas 5 at 4'b are shown. For simplicity, the two variable volume gas chambers 4 will be referred to as a gas chamber 4'a and a gas chamber 4'b.
The gas chamber 4'a is for controlling the pressure (density) of the laser gas 5, and the gas chamber 4'b is for replenishing a specific component of the laser gas 5.

【0053】まず、ガス室4'bにはガスが充填されてい
ない(a)の状態から始める。ガス室4'bにレーザガス
5の補充成分を供給するには、レーザ出力が変化しない
ように、レーザ出力をモニターしながら、(b)のよう
に、ガス室4'a内のガス圧力の調整(矢印33)および
排気(矢印78)と同時に、ガス室4'bにレーザガスの
補充成分であるガスを送気(矢印79)する。そして、
(c)のように、所定量の補充成分ガスがガス室4'bに
充填されたなら、ガス室4'bとガス送排気制御装置1
6’の中の補充ガス成分供給源とを遮断し、レーザ出力
をモニターしながら(d)、(e)のように、ガス室
4'bのガス放出用電磁弁74を開くことにより、ガス放
出口75からガス室4'bに充填した補充成分ガスをレー
ザ管1内へ随時放出する。場合によっては、レーザ出力
揺らぎを抑えるためにガス室4'aへの送気(矢印80)
を組合せれば良い。
First, the gas chamber 4'b is not filled with gas and starts from the state (a). In order to supply the supplemental component of the laser gas 5 to the gas chamber 4'b, the laser output is monitored so that the laser output does not change, and the gas pressure in the gas chamber 4'a is adjusted as shown in (b). Simultaneously with (arrow 33) and exhaust (arrow 78), a gas that is a supplemental component of the laser gas is fed into the gas chamber 4'b (arrow 79). And
As shown in (c), when the gas chamber 4'b is filled with a predetermined amount of supplemental component gas, the gas chamber 4'b and the gas feed / exhaust control device 1
By shutting off the supply source of the supplementary gas component in 6 ′ and opening the gas release solenoid valve 74 of the gas chamber 4′b as shown in (d) and (e) while monitoring the laser output, The supplemental component gas with which the gas chamber 4′b is filled is emitted from the emission port 75 into the laser tube 1 at any time. In some cases, air is sent to the gas chamber 4'a to suppress fluctuations in laser output (arrow 80).
Can be combined.

【0054】以上の方法により、レーザ出力を低下させ
ることなく、不足ガス成分の補充を速やかに実施でき、
レーザガスの特定のガス成分の不足を回復できる。ま
た、レーザガス5の部分交換に、ガス給排装置6を組合
せて動作させれば、さらに、長時間のレーザ出力安定化
制御も可能となる。
By the above method, the lacking gas component can be quickly replenished without lowering the laser output,
It is possible to recover the lack of a specific gas component of the laser gas. Further, if the gas supply / exhaust device 6 is operated in combination with the partial replacement of the laser gas 5, the laser output stabilization control can be performed for a long time.

【0055】図15に、二重構造の体積可変ガス室4''
を示す。これは、体積可変ガス室4の体積変化用のガス
を、本発明の第三の実施例で示したように、レーザガス
の補充ガスとして使用する場合、袋型あるいはピストン
型の方式では、ガス室自体に元の形に戻ろうとする復元
力がないため、ガス放出用電磁弁74を開いても、体積
可変ガス室4の内部ガスがレーザガス5の中に速やかに
放出されないことに対処するためのものである。(a)
は袋を二重構造とした体積可変ガス室4''である。一方
の袋39aをレーザガス5の圧力(密度)制御用とガス
室からのレーザガス成分の追出し用、他方の袋39bを
レーザガス成分の補充用として使用すれば、この問題が
解決できる。すなわち、袋39bに所定のレーザガス成
分81を充填したなら、次に、袋39aへガス送排気用
配管17’によりガス室体積変化用のガス82を送れ
ば、袋39b内の補充ガス成分81は押し出されること
になる。また、ピストン型では、(b)のように、図1
4までに示したように、レーザガス5に接するピストン
の側に、ガス室内の補充ガス成分81を押し出すように
動作させるためのもう一つシリンダ35aを設けてやれ
ば良い。従って、(b)の場合には、レーザガス5の圧
力(密度)制御用として、もう一つの体積可変ガス室
4''aが必要である。但し、(a)(b)ともに、補充
ガス成分81の追出し時には、レーザガス5の圧力(密
度)が変動して、レーザ出力が不安定とならないように
注意しなければならない。また、ベローズ型、風船型の
ように、体積可変ガス室自体に復元力がある場合には、
ガス室を二重にする必要はなく、その復元力を利用して
ガス室内部のガスをレーザ管内に放出できる。この時
も、やはりレーザガス5の圧力(密度)が変動しないよ
うに配慮しなければならない。
FIG. 15 shows a variable volume gas chamber 4 ″ having a double structure.
Indicates. This is because when the gas for changing the volume of the variable volume gas chamber 4 is used as a replenishing gas for the laser gas as shown in the third embodiment of the present invention, the gas chamber in the bag type or piston type system is used. Since there is no restoring force to return to the original shape, the internal gas in the variable volume gas chamber 4 is not promptly released into the laser gas 5 even if the gas releasing solenoid valve 74 is opened. It is a thing. (A)
Is a variable volume gas chamber 4 ″ having a double bag structure. This problem can be solved by using one bag 39a for controlling the pressure (density) of the laser gas 5 and for expelling the laser gas component from the gas chamber, and using the other bag 39b for replenishing the laser gas component. That is, if the bag 39b is filled with a predetermined laser gas component 81, then the gas 82 for changing the volume of the gas chamber is sent to the bag 39a through the gas supply / exhaust pipe 17 ', and the supplemental gas component 81 in the bag 39b is obtained. Will be pushed out. In the piston type, as shown in (b),
As shown in FIGS. 4 to 4, another cylinder 35a for operating so as to push out the supplementary gas component 81 in the gas chamber may be provided on the side of the piston that is in contact with the laser gas 5. Therefore, in the case of (b), another volume variable gas chamber 4 ″ a is necessary for controlling the pressure (density) of the laser gas 5. However, in both (a) and (b), it is necessary to take care so that the pressure (density) of the laser gas 5 does not fluctuate and the laser output becomes unstable when the supplemental gas component 81 is expelled. Also, if there is a restoring force in the volume variable gas chamber itself, such as a bellows type or a balloon type,
It is not necessary to duplicate the gas chamber, and the gas in the gas chamber can be discharged into the laser tube by utilizing the restoring force. At this time as well, consideration must be given so that the pressure (density) of the laser gas 5 does not fluctuate.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明によれば、特に、パルス発振レー
ザにおける従来の電源系制御ではレーザ出力PLがある
値ΔPLステップ毎にしか制御できない欠点を、レーザ
ガスの圧力を調整することにより、レーザ出力量の連続
高速制御が可能なので、ガスレーザの高精度出力安定化
が比較的安価に実現できる。
According to the present invention, in particular, by adjusting the pressure of the laser gas, there is a drawback that the laser output P L can be controlled only every step of a certain value ΔP L in the conventional power supply system control in the pulsed laser. Since continuous high-speed control of the laser output amount is possible, highly accurate output stabilization of the gas laser can be realized at a relatively low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明であるガス制御式出力安定化ガスレーザ
装置の全体構成(第一の実施例)を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration (first embodiment) of a gas control type output stabilized gas laser device according to the present invention.

【図2】本発明で応用したレーザガス圧力(密度)とレ
ーザ出力の関係を示す特性曲線図。
FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing the relationship between laser gas pressure (density) and laser output applied in the present invention.

【図3】本発明に用いる体積可変ガス室の形状を示す断
面図。
FIG. 3 is a sectional view showing the shape of a variable volume gas chamber used in the present invention.

【図4】ガスの送排気による体積可変ガス室の体積制御
方法を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a volume control method of a volume variable gas chamber by gas supply and exhaust.

【図5】ガス送排気制御装置を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a gas supply / exhaust control device.

【図6】熱によるガスの膨張収縮による体積可変ガス室
の体積制御方法を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a volume control method of a volume variable gas chamber by expanding and contracting gas by heat.

【図7】熱による形状記憶合金の変形による体積可変ガ
ス室の体積制御方法を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a volume control method of a variable volume gas chamber by deforming a shape memory alloy by heat.

【図8】モータの機械的運動による体積可変ガス室の体
積制御方法を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a volume control method of a variable volume gas chamber by mechanical movement of a motor.

【図9】ガス制御式出力安定化ガスレーザ装置の全体構
成(第二の実施例)を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the overall configuration (second embodiment) of a gas-controlled output-stabilized gas laser device.

【図10】体積可変ガス室を用いたレーザガスの部分交
換方法を示す断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a partial replacement method of laser gas using a variable volume gas chamber.

【図11】ガス放出口を備えた体積可変ガス室を示す断
面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a variable volume gas chamber provided with a gas discharge port.

【図12】体積可変ガス室の高速ガス放出高速化対策を
示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a measure for speeding up high-speed gas release of the variable volume gas chamber.

【図13】体積可変ガス室を二個備えたガス制御式出力
安定化ガスレーザ装置の全体構成(第三の実施例)を示
す図。
FIG. 13 is a diagram showing an overall configuration (third embodiment) of a gas-controlled output-stabilized gas laser device provided with two variable volume gas chambers.

【図14】二個の体積可変ガス室を利用したレーザガス
成分補充法を示す断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a laser gas component replenishment method using two variable volume gas chambers.

【図15】内部ガス追出し機構を有する体積可変ガス室
を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing a variable volume gas chamber having an internal gas expelling mechanism.

【図16】ハロゲンガス注入型出力安定エキシマレーザ
装置の従来例を示す全体構成図。
FIG. 16 is an overall configuration diagram showing a conventional example of a halogen gas injection type output stable excimer laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ管、2…主電極、3…循環ファン、4…体積
可変ガス室、5…レーザガス、6…レーザガス給排装
置、7…ガス圧力計、8…透過窓、9…レーザ電源、1
0…高圧電線、11…軸受支持部、12…循環ファン用
モータ、13…磁気カップリング、14…動力軸、15
…放電部、16…ガス室体積制御装置、16’…ガス送
排気制御装置、17…ガス室体積制御伝達系、17’…
ガス送排気用配管、18…光軸、19…全反射鏡、20
…出力鏡、21、21’、21''…レーザビーム、22
…ビームスプリッタ、23…レーザパワーメータ、24
…レーザガス給排用ガス管、25…レーザガス制御信号
線、26…ガス圧力信号線、27…電源制御信号線、2
8…循環ファン用モータ回転制御信号線、29…ガス室
体積制御信号線、30…レーザ出力信号線、31…レー
ザ出力制御装置、32…信号の流れを示す矢印、33…
ガス室体積制御装置の作用を示す矢印、33’…ガスの
送排気の方向を示す矢印、34…レーザガスの流れを示
す矢印、35…シリンダ、36…ピストン、37…ベロ
ーズ、38…風船、39…袋、40…体積可変ガス室の
変形の方向を示す矢印、41…ガス供給源、42…ガス
ポンプ、43…電磁弁、44…マスフローコントロー
ラ、45…ガス処理装置、46…排気管、47…断熱
材、48…加熱部、49…冷却部、50…熱交換部、5
1…冷却管、52…熱制御装置、53…熱媒体用配管、
54…ピストン内面、55…シリンダ端面、56…形状
記憶合金、57…形状記憶合金でできたバネ、58…体
積制御用モータ、59…体積制御用モータの回転出力
軸、60…歯車、61…減速歯車、62…ねじ、63…
ガス室体積制御用回転軸、64…スライド可能な構造、
65…レーザ管の外壁、66…止めねじ、67…レーザ
管の内壁、68…レーザ管に接するベローズの端面、6
9…レーザガス側のベローズの端面、70回転可能な構
造、71…ガス室体積制御用回転軸の回転、72…送り
機構、73…レーザガス導通管、74…ガス放出用電磁
弁、75…ガス放出口、76…隔壁、77…バネ、78
…ガス室からの排気を示す矢印、79…レーザ管へのガ
ス供給を示す矢印、80…ガス室への送気を示す矢印、
81…補充ガス成分、82…ガス室体積変化用のガス、
83…ガス容器、101…レーザ管、102…ガス配
管、103…レーザガス排気系、104…希ガス・バッ
ファガス充填系、105…ハロゲンガス注入系、106
…レーザガス、107…レーザビーム、108…出力
窓、109…全反射ミラー、110…出力ミラー、11
1…ビームスプリッタ、112…パワーメータ、113
…エキシマレーザ出力制御装置、114…レーザ出力信
号ライン、115…レーザ電源、116…レーザ電源制
御用ライン、117…レーザ出力制御用ライン、118
…ガス流量調節器、119…電磁弁、120…ハロゲン
ガスボンベ、121…ガス流量調節器制御信号ライン、
122…電磁弁制御信号ライン。
1 ... Laser tube, 2 ... Main electrode, 3 ... Circulation fan, 4 ... Volume variable gas chamber, 5 ... Laser gas, 6 ... Laser gas supply / discharge device, 7 ... Gas pressure gauge, 8 ... Transmission window, 9 ... Laser power supply, 1
0 ... High-voltage electric wire, 11 ... Bearing support part, 12 ... Circulating fan motor, 13 ... Magnetic coupling, 14 ... Power shaft, 15
... Discharge unit, 16 ... Gas chamber volume control device, 16 '... Gas supply / exhaust control device, 17 ... Gas chamber volume control transmission system, 17' ...
Gas supply and exhaust piping, 18 ... Optical axis, 19 ... Total reflection mirror, 20
... Output mirror, 21, 21 ', 21''... Laser beam, 22
… Beam splitter, 23… Laser power meter, 24
... Laser gas supply / discharge gas pipe, 25 ... Laser gas control signal line, 26 ... Gas pressure signal line, 27 ... Power supply control signal line, 2
8 ... Circulation fan motor rotation control signal line, 29 ... Gas chamber volume control signal line, 30 ... Laser output signal line, 31 ... Laser output control device, 32 ... Arrow indicating signal flow, 33 ...
An arrow indicating the operation of the gas chamber volume control device, 33 '... An arrow indicating the direction of gas supply / exhaust, 34 ... An arrow indicating the flow of laser gas, 35 ... Cylinder, 36 ... Piston, 37 ... Bellows, 38 ... Balloon, 39 ... bag, 40 ... arrow indicating the direction of deformation of the variable volume gas chamber, 41 ... gas supply source, 42 ... gas pump, 43 ... solenoid valve, 44 ... mass flow controller, 45 ... gas processing device, 46 ... exhaust pipe, 47 ... Heat insulating material, 48 ... Heating section, 49 ... Cooling section, 50 ... Heat exchange section, 5
1 ... Cooling pipe, 52 ... Heat control device, 53 ... Heat medium pipe,
54 ... Piston inner surface, 55 ... Cylinder end surface, 56 ... Shape memory alloy, 57 ... Spring made of shape memory alloy, 58 ... Volume control motor, 59 ... Rotation output shaft of volume control motor, 60 ... Gear, 61 ... Reduction gear, 62 ... Screw, 63 ...
Rotating shaft for gas chamber volume control, 64 ... Sliding structure,
65 ... Outer wall of laser tube, 66 ... Set screw, 67 ... Inner wall of laser tube, 68 ... End face of bellows in contact with laser tube, 6
9 ... End surface of bellows on laser gas side, structure capable of 70 rotation, 71 ... Rotation of rotary shaft for gas chamber volume control, 72 ... Feed mechanism, 73 ... Laser gas passage tube, 74 ... Electromagnetic valve for gas release, 75 ... Gas release Exit, 76 ... Partition, 77 ... Spring, 78
... Arrows indicating exhaust from the gas chamber, 79 ... Arrows indicating gas supply to the laser tube, 80 ... Arrows indicating air supply to the gas chamber,
81 ... Supplementary gas component, 82 ... Gas for changing volume of gas chamber,
83 ... Gas container, 101 ... Laser tube, 102 ... Gas pipe, 103 ... Laser gas exhaust system, 104 ... Rare gas / buffer gas filling system, 105 ... Halogen gas injection system, 106
... laser gas, 107 ... laser beam, 108 ... output window, 109 ... total reflection mirror, 110 ... output mirror, 11
1 ... Beam splitter, 112 ... Power meter, 113
Excimer laser output control device 114 ... Laser output signal line 115 ... Laser power supply 116 ... Laser power supply control line 117 ... Laser output control line 118
... Gas flow rate controller 119 ... Solenoid valve, 120 ... Halogen gas cylinder, 121 ... Gas flow rate controller control signal line,
122 ... Solenoid valve control signal line.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川久保 幸雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yukio Kawakubo 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hitachi Co., Ltd.

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ媒質であるレーザガスを励起してレ
ーザ発振を行い、レーザ出力を制御するガスレーザ装置
において、レーザ出力の変動に応じレーザ媒質であるレ
ーザガスの圧力を制御してガス密度を調整することによ
り、レーザ出力の安定化制御を行うことを特徴とするガ
ス制御式出力安定化ガスレーザ装置。
1. A gas laser device for controlling a laser output by exciting a laser gas as a laser medium to oscillate a laser to control the pressure of the laser gas as a laser medium according to the fluctuation of the laser output to adjust the gas density. Accordingly, a gas-controlled output-stabilized gas laser device is characterized in that stabilization control of laser output is performed.
【請求項2】請求項1に記載のガスレーザ装置におい
て、レーザガスの圧力を変化させる方法として、レーザ
管内のレーザガスに接する部分に体積変化が可能なガス
室を有することを特徴とするガス制御式出力安定化ガス
レーザ装置。
2. The gas laser device according to claim 1, wherein a method for changing the pressure of the laser gas includes a gas chamber capable of changing volume in a portion in contact with the laser gas in the laser tube. Stabilized gas laser device.
【請求項3】請求項2に記載のガスレーザ装置におい
て、体積が変化するガス室の形態をピストン型、蛇腹
型、風船型および袋型のうちから選ばれるものとするこ
とを特徴とするガス制御式出力安定化ガスレーザ装置。
3. The gas laser device according to claim 2, wherein the shape of the gas chamber whose volume changes is selected from a piston type, a bellows type, a balloon type and a bag type. Output stabilized gas laser device.
【請求項4】請求項2または3に記載のガスレーザ装置
において、ガス室の体積変化はレーザ出力に対応して該
ガス室内に導入するガスの量を変えることにより行うこ
とを特徴とするガス制御式出力安定化ガスレーザ装置。
4. The gas laser apparatus according to claim 2 or 3, wherein the volume of the gas chamber is changed by changing the amount of gas introduced into the gas chamber according to the laser output. Output stabilized gas laser device.
【請求項5】請求項2または3に記載のガスレーザ装置
において、ガス室の設置場所をレーザ管内またはレーザ
管外とすることを特徴とするガス制御式出力安定化ガス
レーザ装置。
5. A gas-controlled output-stabilized gas laser device according to claim 2, wherein the gas chamber is installed inside or outside the laser tube.
【請求項6】請求項5に記載のガスレーザ装置におい
て、レーザ管内のガス室の設置場所をガス循環経路以外
の部分とすることを特徴とするガス制御式出力安定化ガ
スレーザ装置。
6. The gas controlled output stabilized gas laser device according to claim 5, wherein the installation location of the gas chamber in the laser tube is a portion other than the gas circulation path.
【請求項7】請求項2、3、4、5または6に記載のガ
スレーザ装置において、ガス室が単数または複数である
ことを特徴とするガス制御式出力安定化ガスレーザ装
置。
7. The gas controlled output stabilized gas laser device according to claim 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the number of gas chambers is one or more.
【請求項8】請求項2、3、4、5、6または7に記載
のガスレーザ装置において、ガス室内に導入するガスが
空気であることを特徴とするガス制御式出力安定化ガス
レーザ装置。
8. A gas-controlled output-stabilized gas laser device according to claim 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the gas introduced into the gas chamber is air.
【請求項9】請求項2、3、4、5、6または7に記載
のガスレーザ装置において、ガス室内に導入するガスが
希ガスであることを特徴とするガス制御式出力安定化ガ
スレーザ装置。
9. The gas controlled output stabilized gas laser device according to claim 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the gas introduced into the gas chamber is a rare gas.
【請求項10】請求項2、3、4、5、6または7に記
載のガスレーザ装置において、ガス室内に導入するガス
がレーザガスあるいはレーザガスを構成する一成分また
は複数成分のガス成分とすることを特徴とするガス制御
式出力安定化ガスレーザ装置。
10. A gas laser device according to claim 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the gas introduced into the gas chamber is a laser gas or one or a plurality of gas components constituting the laser gas. A characteristic gas-controlled output-stabilized gas laser device.
【請求項11】請求項10に記載のガスレーザ装置にお
いて、該ガス室の体積を変化させるためのガス導入口の
他に該導入ガスを該レーザ管内に放出し、レーザガスを
構成する一ガス成分または複数の成分を補充できる機構
を有することを特徴とするガス制御式出力安定化ガスレ
ーザ装置。
11. The gas laser device according to claim 10, wherein the gas introduced into the laser tube is introduced into the laser tube in addition to the gas introduction port for changing the volume of the gas chamber, or A gas controlled output stabilized gas laser device having a mechanism capable of replenishing a plurality of components.
【請求項12】請求項10に記載のガスレーザ装置にお
いて、該ガス室の体積を変化させるためのガス導入口の
他に該導入ガスを該レーザ管内に放出し、レーザガスを
補充できる機構を有することを特徴とするガス制御式出
力安定化ガスレーザ装置。
12. The gas laser device according to claim 10, further comprising a mechanism for discharging the introduced gas into the laser tube and supplementing the laser gas, in addition to a gas inlet for changing the volume of the gas chamber. A gas-controlled output-stabilized gas laser device characterized by:
【請求項13】請求項10または12に記載のガスレー
ザ装置において、ガス室を2以上有し、1以上の該ガス
室を圧力調整用として用い、他のガス室をレーザ管内へ
のガス補充用として用いることを特徴とするガス制御式
出力安定化ガスレーザ装置。
13. The gas laser device according to claim 10 or 12, wherein there are two or more gas chambers, and one or more gas chambers are used for pressure adjustment, and another gas chamber is used for replenishing gas into the laser tube. A gas-controlled output-stabilized gas laser device, characterized by being used as.
【請求項14】請求項2に記載のガスレーザ装置におい
て、該ガス室の体積を変える手段として高圧のガスボン
ベを利用することを特徴とするガス制御式出力安定化ガ
スレーザ装置。
14. The gas controlled output stabilized gas laser device according to claim 2, wherein a high pressure gas cylinder is used as a means for changing the volume of the gas chamber.
【請求項15】請求項2に記載のレーザ装置において、
該ガス室の体積を変える手段としてガスポンプを利用す
ることを特徴とするガス制御式出力安定化ガスレーザ装
置。
15. The laser device according to claim 2,
A gas controlled output stabilized gas laser device, characterized in that a gas pump is used as a means for changing the volume of the gas chamber.
【請求項16】請求項2に記載のガスレーザ装置におい
て、ガスボンベと該ガスボンベにガスを供給するガスポ
ンプを組合せたことを特徴とするガス制御式出力安定化
ガスレーザ装置。
16. The gas controlled output stabilized gas laser device according to claim 2, wherein a gas cylinder and a gas pump for supplying gas to the gas cylinder are combined.
【請求項17】請求項2または3に記載の体積変化が可
能なガス室を持つガスレーザ装置において、該ガス室の
外殻が断熱性を有しかつ密封可能な構造とし、該ガス室
内部に発熱部および冷却部、または熱交換部を有し、外
部からの熱制御により該ガス室内のガスを加熱または冷
却して該ガス室内の圧力を調整することにより該ガス室
の体積を変え、レーザガスの圧力を調整することを特徴
とするガス制御式出力安定化ガスレーザ装置。
17. A gas laser device having a volume-changeable gas chamber according to claim 2 or 3, wherein an outer shell of the gas chamber has a heat insulating property and can be hermetically sealed, and the inside of the gas chamber is provided. It has a heat generating part and a cooling part, or a heat exchange part, and changes the volume of the gas chamber by heating or cooling the gas in the gas chamber by controlling the heat from the outside to change the volume of the gas chamber, and the laser gas. A gas-controlled output-stabilized gas laser device, characterized in that the pressure of the gas is adjusted.
【請求項18】請求項2または3に記載の体積変化が可
能なガス室を持つガスレーザ装置において、該ガス室の
外殻が断熱性を有しかつ密封可能で発熱部および冷却
部、または熱交換部を有する形状記憶合金で構成し、外
部からの熱制御により該ガス室を加熱または冷却して該
形状記憶合金を変形させて該ガス室の体積を変え、レー
ザガスの圧力を調整することを特徴とするガス制御式出
力安定化ガスレーザ装置。
18. A gas laser device having a volume-changeable gas chamber according to claim 2 or 3, wherein an outer shell of the gas chamber has a heat insulating property and can be hermetically sealed, and a heat generating part and a cooling part, or a heat generating part. It is made of a shape memory alloy having an exchange part, and the gas chamber is heated or cooled by external heat control to deform the shape memory alloy to change the volume of the gas chamber and adjust the pressure of the laser gas. A characteristic gas-controlled output-stabilized gas laser device.
【請求項19】請求項17または18に記載のガスレー
ザ装置において、レーザ室内の封入ガスとして熱伝導度
の高いガスを使用することを特徴とするガス制御式出力
安定化ガスレーザ装置。
19. The gas-controlled output-stabilized gas laser device according to claim 17, wherein a gas having a high thermal conductivity is used as a sealed gas in the laser chamber.
【請求項20】請求項17、18または19に記載のガ
スレーザ装置において、ガス室へのガスの送気・排気が
できるようにしたことを特徴とするガス制御式出力安定
化ガスレーザ装置。
20. A gas-controlled output-stabilized gas laser device according to claim 17, 18 or 19, wherein gas can be fed into and exhausted from the gas chamber.
【請求項21】請求項8、9、10、14、15、16
または20に記載のガスレーザ装置において、レーザ管
内のレーザガスの密度を調整する該ガス室内に注入する
圧力調整用のガスを再利用する循環方式または一回きり
の排気方式とすることを特徴とするガス制御式出力安定
化ガスレーザ装置。
21. Claims 8, 9, 10, 14, 15, 16
Alternatively, in the gas laser device described in 20, the gas is characterized by adopting a circulation system or a single exhaust system in which a gas for pressure adjustment injected into the gas chamber for adjusting the density of the laser gas in the laser tube is reused. Controlled output stabilized gas laser device.
【請求項22】請求項2または3に記載のガスレーザ装
置において、モータと送り機構を組合せた構造により該
レーザ出力に対応してガス室の一部に力を加え体積変化
を行わせることを特徴とするガス制御式出力安定化ガス
レーザ。
22. The gas laser device according to claim 2 or 3, wherein a volume is changed by applying a force to a part of the gas chamber according to the laser output by a structure in which a motor and a feed mechanism are combined. A gas controlled output stabilized gas laser.
【請求項23】請求項2に記載のガスレーザ装置におい
て、ガス室を耐レーザガス性としたことを特徴とするガ
ス制御式出力安定化ガスレーザ。
23. The gas controlled output stabilized gas laser according to claim 2, wherein the gas chamber is made resistant to laser gas.
【請求項24】請求項2または5に記載のガスレーザ装
置において、ガス室を隔壁で保護したことを特徴とする
ガス制御式出力安定化ガスレーザ。
24. A gas controlled output stabilized gas laser according to claim 2 or 5, wherein the gas chamber is protected by a partition wall.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0559116A2 (en) * 1992-03-04 1993-09-08 Lonza Ag Microbiological process for the hydroxylation of nitrogen containing heterocyclic carbonic acids
JP2001358064A (en) * 2000-02-29 2001-12-26 Cymer Inc Control technique for microlithography

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JPS5947786A (en) * 1982-08-06 1984-03-17 フエランテイ・ピ−エルシ− Gas laser device
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