JPH066527Y2

JPH066527Y2 - 放電励起エキシマレ−ザ装置

Info

Publication number: JPH066527Y2
Application number: JP14795786U
Authority: JP
Inventors: 紳二伊藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2001-09-26
Also published as: JPS6355454U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、励起回路として容量移行型励起回路を用いた
放電励起エキシマレーザ装置に関するものである。

（従来の技術）放電励起エキシマレーザ装置においては、レーザ管内に
放電電極を対向させて設置し、レーザ管内に大気圧以上
のガス圧のレーザガスを封入して、放電電極間に高電圧
を印加してグロー放電させることによりレーザを励起し
ている。しかし、大気圧以上のガスを放電させる場合ア
ーク放電を発生し易い。アーク放電はレーザ出力を低下
させると同時にレーザガスや放電電極の寿命を著しく損
なわせる。アーク放電の発生を防ぎ大きなレーザ出力を
取り出すためには立ち上がり速い高電圧を放電電極間に
印加し放電を開始させることが不可欠である。この立ち
上がりの速い高電圧を放電電極間に印加するための励起
回路としては、充電用コンデンサ及び高電圧スイッチン
グ素子及びピーキングコンデンサの直列閉回路で構成さ
れ、ピーキングコンデンサの両端を放電電極対に並列に
接続する容量移行型励起回路（以下単に容量移行型励起
回路と称す）が広く一般的に用いられている。なお、容
量移行型励起回路については技術誌「レーザ研究」の第
９巻、第６号682-687ページに詳しく説明されている。

一方、レーザ光のスペトクル狭帯域化や光化学反応の光
源として用いる場合、発振パルス幅の長いレーザ光を安
定に放出する放電励起エキシマレーザ装置が必要とされ
ている。従来、発振パルス幅の長いレーザ光を得るため
に、容量励起回路中のピーキングコンデンサと放電電極
対の並列回路（以下主放電回路と称す）に付加インダク
タンスを直列に挿入し、ピーキングコンデンサから放電
電極対間隙の放電空間に注入される励起電流パルスのパ
ルス幅を長くすることによって、発振パルス幅を付加イ
ンダクタンスを挿入しない場合の３倍程度まで伸ばすこ
とを可能にしている（第46回応物予稿集、127ページ
「高繰り返しXeClレーザ（パルス幅の伸長）」）。

（考案が解決しようとする問題点）しかしながら、容量励起回路中の主放電回路に付加イン
ダクタンスを直列に挿入しただけの従来例では、ピーキ
ングコンデンサから充電コンデンサに戻る電流をピーキ
ングコンデンサから放電空間に注入される電流に比べて
少なくするため、充電コンデンサと高電圧スイッチング
素子とピーキングコンデンサから構成される直列閉回路
中に直列にインダクタンスを挿入してある。このインダ
クタンスのために、充電コンデンサからピーキングコン
デンサへのエネルギー移行が遅れ、放電電極間の電圧の
立ち上がりが遅くなり安定なグロー放電、したがって安
定なレーザ発振が得られにくいという欠点が合った。さ
らに、ピーキングコンデンサから放電空間に注入される
励起電流パルスが三角函数波形をしているため、励起電
流パルスの開始からのレーザ発振開始の時間遅れが大き
いと同時に、発振パルスの立ち上がりが鈍いため、励起
電流パルス幅に対して発振パルス幅が非常に短く、発振
パルス幅が半値全幅で100ns程度までしか長くならない
という欠点があった。

本考案の目的は、以上の問題点を解決し、発振パルス幅
か200ns（半値全幅）以上のレーザ光を安定に放出する
ことを可能にする放電励起エキシマレーザ装置を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）本考案は、レーザガスを封入するレーザ管と、光の誘導
放出を可能にする放電を得るための第１及び第２の放電
電極と、充電用コンデンサ及び高電圧スイッチング素子
及びピーキングコンデンサの直列閉回路で構成され前記
ピーキングコンデンサの両端をそれぞれ前記第１及び第
２の放電電極に接続する容量移行型励起回路とを少なく
とも備えた放電励起エキシマレーザ装置において、前記
容量移行型励起回路中の充電用コンデンサと高電圧スイ
ッチング素子とピーキングコンデンサとの直列閉回路中
にインダクタンスを直列に挿入し、前記充電コンデンサ
と前記ピーキングコンデンサの接続部に付加インダクタ
ンスの一方の端子を接続し、前記付加インダクタンスの
残りの一方の端子を前記第１及び第２の放電電極の一方
と接解するとともに、前記ピーキングコンデンサの容量
以下の容量を持つ付加ピーキングコンデンサの一方の端
子を前記第１の放電電極と接続し、前記付加ピーキング
コンデンサの残りの一方の端子を前記第２の放電電極と
接続することを特徴とする。

（作用）容量移行型励起回路中の主放電回路に付加インダクタン
スを直列に挿入することによって、ピーキングコンデン
サから放電空間に注入される励起電流パルス幅を長く
し、発振パルス幅を長くすることを可能にしている。加
えて、放電電極対にピーキングコンデンサの容量の1/5
以下の容量を持つ付加ピーキングコンデンサを並列に接
続することによって、放電電極間に印加される高電圧パ
ルスの立ち上がりを速くすることができると同時に、付
加ピーキングコンデンサの容量がピーキングコンデンサ
の容量以下であるため、ピーキングコンデンサに印加さ
れる電圧以上の高電圧を放電電極間に印加できることが
実験的に確かめられている。したがって、安定な放電を
得ることができ安定なレーザ光の放出が可能となる。さ
らに、ピーキングコンデンサから放電空間に注入される
ゆっくりとした励起電流が、付加ピーキングコンデンサ
の容量と付加ピーキングコンデンサ及び放電電極対の並
列閉回路（以下振動閉回路と称す）中の残留インダクタ
ンスの積で決まる時定数で激しく振動することが実験的
に確かめられているが、この振動によって励起電流パル
スの立ち上がり及び立ち下がりが鋭くなる。このため、
励起電流パルス開始からレーザ発振開始までの時間遅れ
が短くなると同時に、発振パルスの立ち下がりが鋭くな
るために200ns（半値全幅）以上の長い発振パルス幅の
レーザ光を安定に放出することが可能となる。また、付
加ピーキングコンデンサの容量と振動閉回路中の残留イ
ンダクタンスの大きさを適当に選ぶことによって少しづ
つ時間の遅れた複数個の発振パルス列でレーザ光を放出
することも可能となる。

（実施例）以下、図面によって本考案を詳細に説明する。

第１図は、本考案の第１の実施例の等価回路図で本考案
に係る部分のみが示してある。

容量移行型励起回路中の充電用コンデンサ３と高電圧ス
イッチング素子11とピーキングコンデンサ４の直列閉回
路中に図の如く第１のインダクタンス７を直列に挿入す
ることによって、ピーキングコンデンサ４から充電コン
デンサ３に戻る電流量を減らしている。また、ピーキン
グコンデンサ４と第１の放電電極１の間に付加インダク
タンス５を挿入することによって、ピーキングコンデン
サ４からレーザ管13内の放電空間10に注入される励起電
流パルス幅を長くし、発振パルス幅を長くすることを可
能にしている。加えて、第１の放電電極１及び第２の放
電電極２に、ピーキングコンデンサ４の容量以下の容量
を持つ付加ピーキングコンデンサ６を図の如く並列に接
続することによって、ピーキングコンデンサ４に印加さ
れる電圧以上の高電圧パルスをより速い立ち上がりで第
１及び第２の放電電極間に印加することが可能となり、
安定放電を得ることができしたがって安定なレーザ光の
放出が可能になる。さらに、ピーキングコンデンサ４か
ら放電空間10に注入される立ち上がり及び立ち下がりの
ゆっくりとした励起電流が、付加ピーキングコンデンサ
６の容量と残留インダクタンス８の積によって決まる時
定数で激しく振動するために、励起電流パルスの立ち上
がり及び立ち下がりが鋭くなる。したがって放電空間10
への励起電流パルス注入開始からレーザ発振開始までの
時間遅れが短くなると同時に、発振パルスの立ち下がり
が鋭くなるために200ns（半値全幅）以上の長い発振パ
ルス幅のレーザ光を安定に放出することが可能となる。

第２図は、本考案の第２の実施例の等価回路図で本考案
に係る部分のみが示してある。本実施例は、第１図に示
した本考案第１の実施例の付加インダクタンス５の代わ
りに可飽和インダクタンス14を用いた例である。本実施
例でも、本考案第１の実施例と同様に200ns（半値全
幅）以上の長い発振パルス幅のレーザ光を放出すること
が可能であると同時に、可飽和インダクタンス14によっ
て第１の放電電極１及び第２の放電電極２の間に印加さ
れる高電圧パルスの立ち上がりをさらに速くすることが
できることが実験的に確かめられている。このため、さ
らに安定で長い発振パルス幅のレーザ光を放出すること
が可能となる。

（考案の効果）第３図に、第１図に示した本考案第１の実施例で、C₁＝
60nF,C₂＝52nF,Cp＝2nF,L₁＝280nH,L₂＝１μH,Le＝160n
H,Lp＝100nHとした場合に得られた発振パルス波形を示
す。また第４図には、第１図に示した本考案第１の実施
例で、C₁＝60nF,C₂＝52nF,Cp＝8nF,L₁＝１μH,L₂＝１μ
H,Le＝700nH,Lp＝100nHとした場合に得られた発振パル
ス波形を示す。また、第５図には、第３図の条件で付加
ピーキングコンデンサのない従来の装置で得られた発振
パルス波形を示す。

第１図及び第３図から判るように、本考案によればピー
キングコンデンサから放電空間に注入される励起電流パ
ルスが長くなり、かつ放電電極間に印加される高電圧パ
ルスの立ち上がりを速くできるとともに、励起電流パル
スを付加ピーキングコンデンサによって振動させ励起電
流パルスの立ち上がり及び立ち下がりを鋭くすることが
可能となり、容量移行型励起回路のみを用いた従来の装
置で得られる発振パルス幅の10倍以上の200ns（半値全
幅）以上の発振パルス幅のレーザ光を安定に放出するこ
とが可能となった。さらに、第４図に示したように、付
加ピーキングコンデンサの容量を変えることによって、
少しづつ時間の送れた複数個の発振パルス列でレーザ光
を放出することも可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ本考案の第１及び第２の
実施例を示す模式的な図で本考案に係る部分のみが示し
てある。第３図及び第４図は、それぞれ本考案の第１の
実施例を用いて得られた第１の発振パルス波形及び第２
の発振パルス波形である。第５図は、容量移行型励起回
路に付加インダクタンスを挿入しただけの従来の装置で
得られた発振パルス波形である。図において、１……第１の放電電極、２……第２の放電
電極、３……充電用コンデンサ、４……ピーキングコン
デンサ、５……付加インダクタンス、６……付加ピーキ
ングコンデンサ、７……第１のインダクタンス、８……
残留インダクタンス、10……放電空間、11……高電圧ス
イッチング素子、13……レーザ管、14……可飽和インダ
クタンスである。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】レーザガスを封入するレーザ管と、レーザ
管内に対向させて設置し、光の誘導放出を可能にする放
電を得るための第１及び第２の放電電極と、充電用コン
デンサ及び高電圧スイッチング素子及びピーキングコン
デンサの直列閉回路で構成され前記ピーキングコンデン
サの両端をそれぞれ前記第１及び第２の放電電極に接続
する容量移行型励起回路とを少なくとも備えた放電励起
エキシマレーザ装置において、前記容量移行型励起回路
中の前記充電用コンデンサと前記高電圧スイッチング素
子と前記ピーキングコンデンサとの前記直列閉回路中に
インダクタンスを直列に挿入し、前記充電コンデンサと
前記ピーキングコンデンサの接続部に付加インダクタン
スの一方の端子を接続し、前記付加インダクタンスの残
りの一方の端子を前記第１及び第２の放電電極の一方と
接続するとともに、前記ピーキングコンデンサの容量以
下の容量を持つ付加ピーキングコンデンサの一方の端子
を前記第１の放電電極と接続し、前記付加ピーキングコ
ンデンサの残りの一方の端子を前記第２の放電電極と接
続することを特徴とした放電励起エキシマレーザ装置。