JPH0697550A - ガスレーザ発振方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、陰極輝点による影響を最小限に抑え
て高効率で高繰り返しで動作する。 【構成】一方の主電極(1a)に接続されたコンデンサ(2a,
2b) を放電させ、その反転電圧及び他方のコンデンサ(3
a,3b) の充電電圧を予備電離電極(10a, …11b)及び各主
電極(1a,1b) 間に印加し、各主電極(1a,1b) 間を予備電
離して主放電を発生し、パルスレーザ光を出力する。次
に充電の後、他方の主電極(1b)に接続されたコンデンサ
(3a,3b) を放電させ、そのコンデンサ(3a,3b) の電圧を
反転し、この反転電圧及び一方のコンデンサ(2a,2b) の
充電電圧を予備電離電極(10a, …11b)及び各主電極(1a,
1b) 間に印加し、上記同様にパルスレーザ光を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＥＡＣＯ₂ レーザや
エキシマレーザ等の高繰り返しでレーザを出力するガス
レーザ発振方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７はガスレーザ発振装置の構成図であ
る。ガスレーザ管内には、一対の主電極１ａ、１ｂが対
向配置されている。なお、これら主電極１ａ、１ｂのう
ち主電極１ａは陰極として作用し、主電極１ｂは陽極と
して作用する。

【０００３】これら主電極１ａ、１ｂには、それぞれ各
ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂ及び３ａ、３ｂが接続
され、その他端側は接地されている。又、主電極１ａに
は、各予備電離ピン電極４ａ、４ｂが接続されている。
これら予備電離ピン電極４ａ、４ｂは、各コイル５ａ、
５ｂを介して共通接続されてサイラトロン６のアノード
に接続されている。一方、直流の充電電源７が充電抵抗
８を介して主電極１ａに接続され、かつ充電抵抗８から
充電コイル９を介して主電極１ｂに接続されている。

【０００４】かかる構成であれば、各ピーキングコンデ
ンサ２ａ、２ｂは充電電源７から充電抵抗８を介して充
電され、これと共に各ピーキングコンデンサ３ａ、３ｂ
は充電電源７から充電抵抗８、充電コイル９を介して充
電される。

【０００５】この充電の後、サイラトロン６が点弧する
と、各ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂ及び３ａ、３ｂ
のうち各ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂは放電し、そ
の電荷は、各予備電離ピン電極４ａ、４ｂから各コイル
５ａ、５ｂを通して移動する。このとき、各予備電離ピ
ン電極４ａ、４ｂではスパーク放電が発生し、各主電極
１ａ、１ｂ間はイオン化される。

【０００６】又、各ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂの
放電により、これらピーキングコンデンサ２ａ、２ｂの
電圧は反転する。この電圧の反転により主電極１ａ、１
ｂ間には、各ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂ及び３
ａ、３ｂの充電電圧の倍電圧が印加される。これによ
り、各主電極１ａ、１ｂ間には、主放電が発生し、この
主放電により励起された分子又は原子が光を放出し、こ
の結果として光共振器における光共振によってパルスレ
ーザ光が出力される。

【０００７】ところが、このパルスレーザ光の出力を高
繰り返しにすると、陰極である主電極１ａの表面に陰極
輝点（ホットスポット）が発生する。この陰極輝点は、
正イオンが陰極表面近くに集まり、陰極降下領域（エネ
ルギーの高い領域）を形成し、陰極表面より電子を電界
放出させるとき、正イオンが陰極に衝突し、陰極を局所
的に加熱するために発生するものと考えられる。しかし
ながら、この陰極輝点が発生すると、この輝点によりア
ーク放電を誘発し、レーザ発振を停止してしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように陰極輝点
が発生すると、この輝点によりアーク放電を誘発してレ
ーザ発振が停止する。そこで本発明は、陰極輝点による
影響を最小限に抑えて高効率で高繰り返しで動作できる
ガスレーザ発振方法及びその装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガスレーザ管
内に配置された一対の主電極と、これら主電極にそれぞ
れ接続された各ピーキングコンデンサと、各主電極にそ
れぞれ接続された各サイラトロンと、これらサイラトロ
ンの導通回数が均一となるようにいずれか一方のサイラ
トロンを導通制御する点弧制御回路と、サイラトロンの
導通により放電したピーキングコンデンサによる反転電
圧及び残りのピーキングコンデンサの充電電圧を加えた
倍電圧を前記各主電極間に印加する倍電圧回路とを備え
て上記目的を達成しようとするガスレーザ発振装置であ
る。

【００１０】又、本発明は上記ガスレーザ発振装置にお
いて、ガスレーザ管内に配置された一対の主電極のうち
いずれか一方又は他方の主電極に接続された各ピーキン
グコンデンサの各放電回数を均一とするために、サイラ
トロンを各主電極のうちいずれか一方の主電極に切換接
続する切換回路を設けて上記目的を達成しようとするも
のである。

【００１１】

【作用】このような手段を備えたことにより、一対の主
電極にそれぞれ接続された各ピーキングコンデンサのう
ち一方の主電極に接続されたピーキングコンデンサを、
例えばサイラトロンの導通により放電させ、この放電に
よる反転電圧及び残りのピーキングコンデンサの充電電
圧を加えた倍電圧を各主電極間に印加して主放電を発生
させてレーザ光を出力するガスレーザ発振装置におい
て、

【００１２】各主電極のうちいずれか一方又は他方の主
電極に接続された各ピーキングコンデンサの各放電回数
が均一となるように、上記サイラトロンを例えば交互に
導通して各ピーキングコンデンサをそれぞれ放電させ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図面を参
照して説明する。なお、図６と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略する。

【００１４】図１はガスレーザ発振装置の構成図であ
る。各主電極１ａ、１ｂの近傍には、各予備電離電極１
０ａ、１０ｂ及び１１ａ、１１ｂが配置されている。図
２はこれら予備電離電極１０ａ、１０ｂ及び１１ａ、１
１ｂのうち各予備電離電極１０ｂ、１１ｂを示してお
り、これら予備電離電極１０ｂ、１１ｂは各セラミクス
管１２、１３内に芯線１４、１５を配置したものとなっ
ている。

【００１５】これらセラミクス管１２、１３は、高純度
のアルミナ、ジルコニヤやＢａＴｉＯ₂ 、ＳｒＴｉ
Ｏ₂ 、ＴｉＯ₂ などの誘電体（セラミクス）により形成
されている。又、セラミクス管１２、１３としては、パ
イレクスなどのガラス管でも十分適用できる。

【００１６】又、各セラミクス管１２、１３には、各面
１６、１７及び１８、１９が形成されている。このう
ち、各面１６、１７は、各セラミクス管１２、１３の対
向する位置に形成されるもので、放電終了後に加熱され
たガスをスムーズに排出するために形成されている。
又、各面１８、１９は、各芯線１４、１５が各主電極１
ａ、１ｂに対してできるだけ近接配置され、しかも耐絶
縁破壊電圧が十分とれるように形成されている。なお、
各予備電離電極１０ａ、１１ａについてもその構成は、
上記予備電離電極１０ｂ、１１ｂと同様である。

【００１７】これら予備電離電極１０ａ、…１１ｂの各
芯線１４、１５のうち、各予備電離電極１０ａ、１０ｂ
の各芯線１４は各コンデンサ２１ａ、２１ｂを介して主
電極１ｂに接続され、又、各予備電離電極１１ａ、１１
ｂの各芯線１５は各コンデンサ２０ａ、２０ｂを介して
主電極１ａに接続されている。

【００１８】又、主電極１ａ、１ｂには充放電回路が接
続されている。すなわち、主電極１ａにはサイラトロン
２２のアノードが接続され、主電極１ｂにはサイラトロ
ン２３のアノードが接続されている。なお、これらサイ
ラトロン２２、２３の各カソードは接地されている。そ
して、充電電源７が、充電抵抗２４を介して主電極１ａ
に接続されるとともに充電抵抗２５を介して主電極１ｂ
に接続されている。

【００１９】各サイラトロン２２、２３の各ゲートに
は、点弧制御回路２６が接続されている。この点弧制御
回路２６は、各サイラトロン２２、２３の各ゲートに交
互に点弧信号を出力して各サイラトロン２２、２３を点
弧制御する機能を有している。次に上記の如く構成され
た装置の作用について図３に示す動作タイミング図を参
照して説明する。

【００２０】充電電源７の直流電力は、各充電抵抗２
４、２５を通して各ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂ及
び３ａ、３ｂに供給され、これらピーキングコンデンサ
２ａ、２ｂ、…、３ｂは充電される。このときの各主電
極１ａ、１ｂの電圧ｖk 、ｖaは、図３の時刻ｔo に示
すように正極性となっている。

【００２１】次に時刻ｔ1 において各サイラトロン２
２、２３のうち、例えば点弧制御回路２６の点弧制御に
よりサイラトロン２２が信号Ｔｈ１で点弧すると、各ピ
ーキングコンデンサ２ａ、２ｂに蓄えられた各電荷は放
電し、サイラトロン２２を通して移動する。この電荷の
移動により各ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂの電圧は
正極性から負極性に反転する。この反転により各主電極
１ａ、１ｂ間には、各ピーキングコンデンサ２ａ、…３
ｂの電圧の倍電圧が印加される。

【００２２】このとき、各予備電離ピン電極１０ａ、…
１１ｂでは、各芯線１４、１５に各主電極１ａ、１ｂの
電圧が加わり、各セラミクス管１２、１３の表面にコロ
ナ放電が発生する。このコロナ放電により紫外線（ＵＶ
光）が発生し、各主電極１ａ、１ｂ間が弱くイオン化さ
れる。そして、各主電極１ａ、１ｂ間の電圧が高まる
と、各主電極１ａ、１ｂ間には、主放電が発生し、この
主放電により励起された分子又は原子が光を放出し、こ
の結果として光共振器における光共振によってパルスレ
ーザ光が出力される。この後、時刻ｔ2 において再びピ
ーキングコンデンサ２ａ、２ｂ、…、３ｂは充電され
る。このときの各主電極１ａ、１ｂの電圧ｖk 、ｖa は
正極性である。

【００２３】次に時刻ｔ3 において点弧制御回路２６の
点弧制御によりサイラトロン２３が点弧信号Ｔｈ２で点
弧する。この点弧により各ピーキングコンデンサ３ａ、
３ｂに蓄えられた各電荷は放電し、サイラトロン２３を
通して移動する。この電荷の移動により各ピーキングコ
ンデンサ３ａ、３ｂの電圧は正極性から負極性に反転す
る。この反転により各主電極１ａ、１ｂ間には、各ピー
キングコンデンサ２ａ、…３ｂの電圧の倍電圧が印加さ
れる。

【００２４】このとき、上記同様に各予備電離ピン電極
１０ａ、…１１ｂの各セラミクス管１２、１３の表面に
コロナ放電が発生し、ＵＶ光が発生し、各主電極１ａ、
１ｂ間がイオン化される。そして、各主電極１ａ、１ｂ
間の電圧が高まると、各主電極１ａ、１ｂ間には、主放
電が発生し、パルスレーザ光Ｔｈ２が出力される。

【００２５】このように上記第１実施例においては、各
ピーキングコンデンサ２ａ、…３ｂのうち一方の主電極
１ａに接続された各ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂ又
は他方の主電極１ｂに接続された各ピーキングコンデン
サ３ａ、３ｂを交互に放電させ、その反転電圧による倍
電圧を各主電極１ａ、１ｂ間に印加するようにしたの
で、各主電極１ａ、１ｂに印加される電圧の極性がパル
スレーザ出力ごとに交互に変わることになり、陰極とし
て作用する主電極１ａ、１ｂの表面に残留しているイオ
ン又は陰極輝点による影響を最小限に抑えることができ
る。これにより、パルスレーザを高繰り返し、例えば５
ｋＨｚの高繰り返しでパルスレーザを出力できる。次に
本発明の第２実施例について図４に示すガスレーザ発振
装置の構成図を参照して説明する。このガスレーザ発振
装置の上記第１実施例と異なるところは、各予備電離電
極３０、３１を各主電極１ａ、１ｂの表面上に配置した
ところである。かかる構成であっても、上記第１実施例
と同様の効果を奏することは言うまでもない。次に本発
明の第３実施例について図５に示すガスレーザ発振装置
の構成図を参照して説明する。

【００２６】同図に示すガスレーザ発振装置は、主電極
１ａに各予備電離ピン電極３２ａ、３２ｂを接続すると
共にその近傍に配置し、かつ主電極１ｂに各予備電離ピ
ン電極３３ａ、３３ｂを接続すると共にその近傍に配置
し、このうち各予備電離ピン電極３２ａ、３２ｂを各コ
イル３４ａ、３４ｂを介してサイラトロン２２のアノー
ドに接続し、各予備電離ピン電極３３ａ、３３ｂを各コ
イル３５ａ、３５ｂを介してサイラトロン２３のアノー
ドに接続したものである。このような各予備電離の手段
であっても各主電極１ａ、１ｂ間を電離できる。次に本
発明の第４実施例について図６に示すガスレーザ発振装
置の構成図を参照して説明する。

【００２７】このガスレーザ発振装置は、１つのサイラ
トロン４０により各ピーキングコンデンサ２ａ、２ｂ、
…３ｂを放電させるもので、各主電極１ａ、１ｂには切
換回路４１が接続されている。この切換回路４１は、サ
イラトロン４０に対して各主電極１ａ、１ｂのうちいず
れか一方の電極１ａ又は１ｂを切換接続するものであ
る。

【００２８】又、点弧制御回路４２は、サイラトロン４
０に対する各主電極１ａ、１ｂの各接続回数が均一とな
るように切換制御し、かつこの切換えの毎にサイラトロ
ン４０を導通制御する機能を有している。

【００２９】かかる構成であれば、点弧制御回路４２
は、切換回路４１に対して、例えば主電極１ａをサイラ
トロン４０に接続する切換信号を出力し、この後にサイ
ラトロン４０を導通させる。これにより、各ピーキング
コンデンサ２ａ、２ｂが放電し、これらコンデンサ２
ａ、２ｂの電位が反転する。この反転によって上記同様
に各主電極１ａ、１ｂには倍電圧が加わり、主放電が発
生する。

【００３０】次に点弧制御回路４２は、切換回路４１に
対して、例えば主電極１ｂをサイラトロン４０に接続す
る切換信号を出力し、この後にサイラトロン４０を導通
させる。これにより、各ピーキングコンデンサ３ａ、３
ｂが放電し、これらコンデンサ３ａ、３ｂの電位が反転
する。この反転によって上記同様に各主電極１ａ、１ｂ
には倍電圧が加わり、主放電が発生する。以下、同様に
点弧制御回路４２は、切換回路４１を交互に切換制御
し、各主電極１ａ、１ｂのサイラトロン４０に対する各
接続回数を均一とする。このように上記第４実施例によ
れば、上記第１実施例と同様の効果を奏することは言う
までもない。

【００３１】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。例えば、サイラトロン２２、２３の代わりにギャッ
プスイッチや半導体スイッチを用いてもよい。又、充電
電源７としては、スイッチング電源、又はサイラトロン
や半導体を用いたコマンド充電電源を用いてもよい。

【００３２】さらに、上記一実施例では、主放電時に各
主電極１ａ、１ｂに印加される電圧の極性を交互に変え
ているが、この変化するタイミングを数回毎にして各主
電極１ａ、１ｂに印加される極性が均等になるようにし
てもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、陰
極輝点による影響を最小限に抑えて高効率で高繰り返し
で動作できるガスレーザ発振方法及びその装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第１実施
例を示す構成図。

【図２】同装置における予備電離電極の拡大構成図。

【図３】同装置の動作タイミング図。

【図４】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第２実施
例を示す構成図。

【図５】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第３実施
例を示す構成図。

【図６】本発明に係わるガスレーザ発振装置の第４実施
例を示す構成図。

【図７】従来装置の構成図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…主電極、２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ…ピーキ
ングコンデンサ、７…充電電源、１０ａ，１０ｂ，１１
ａ，１１ｂ…予備電離電極、１２，１３…セラミクス
管、１４，１５…芯線、２２，２３…サイラトロン、２
６…点弧制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスレーザ管内に配置された一対の主電
   極にそれぞれ各ピーキングコンデンサを接続し、これら
   ピーキングコンデンサのうち一方の前記主電極に接続さ
   れた前記ピーキングコンデンサを放電させ、このピーキ
   ングコンデンサの放電による反転電圧及び残りの前記ピ
   ーキングコンデンサの充電電圧を加えた倍電圧を前記各
   主電極間に印加して主放電を発生されるガスレーザ発振
   方法において、 前記各主電極のうちいずれか一方又は他方の主電極に接
   続された前記各ピーキングコンデンサの各放電回数が均
   一となるように、前記ピーキングコンデンサをそれぞれ
   放電させることを特徴とするガスレーザ発振方法。
2. 【請求項２】 ガスレーザ管内に配置された一対の主電
   極と、これら主電極にそれぞれ接続された各ピーキング
   コンデンサと、前記各主電極にそれぞれ接続された各サ
   イラトロンと、これらサイラトロンの導通回数が均一と
   なるようにいずれか一方のサイラトロンを導通制御する
   点弧制御回路と、前記サイラトロンの導通により放電し
   た前記ピーキングコンデンサによる反転電圧及び残りの
   前記ピーキングコンデンサの充電電圧を加えた倍電圧を
   前記各主電極間に印加する倍電圧回路とを具備したこと
   を特徴とするガスレーザ発振装置。
3. 【請求項３】 ガスレーザ管内に配置された一対の主電
   極と、これら主電極にそれぞれ接続された各ピーキング
   コンデンサと、前記各主電極に共通接続されたサイラト
   ロンと、このサイラトロンを前記各主電極のうちいずれ
   か一方の主電極に切換接続する切換回路と、前記サイラ
   トロンに対する前記各主電極の各接続回数が均一となる
   ように切換制御して前記サイラトロンを導通制御する点
   弧制御回路と、前記サイラトロンの導通により放電した
   前記ピーキングコンデンサによる反転電圧及び残りの前
   記ピーキングコンデンサの充電電圧を加えた倍電圧を前
   記各主電極間に印加する倍電圧回路とを具備したことを
   特徴とするガスレーザ発振装置。