JPH07211966A

JPH07211966A - ガスレーザ発振器

Info

Publication number: JPH07211966A
Application number: JP301394A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Yamashita; 一郎山下; Toshiaki Katsura; 敏明桂
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】小型でより高効のよいガスレーザ発振器を得
る。【構成】主発振器と増幅器を有するガスレーザ発振器
において、単一の放電管内に設けられたアース電極１、
同アース電極に対向してそれぞれ設けられる第１の電極
２および第２の電極３、同第１の電極に対向する予備電
離ピン７、同予備電離ピンにつながれる第１のコンデン
サ６、第１の電極およびアース間につながれる第２のコ
ンデンサ４、第１および第２の電極間につながれる第３
のコンデンサ５、第２の電極およびアース間につながれ
る可飽和インダクタ８とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ分光装置等に適
用される発振部と増幅部を有する横方向放電励起のガス
レーザ発振器（エキシマレーザ、ＣＯ₂レーザ）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を図４および図５により説明
する。

【０００３】図４にて、発振部３０と増幅部３０ａとは
独立した放電管でほぼ同様に構成される。

【０００４】発振部３０において、放電管内には対向す
る電極２１、２２と、その近くの両側に予備電離ピン２
７、２８がある。また放電管内のガスを循環させるファ
ン２０がある。放電管の両側にはコンデンサ２４があ
り、その一端子はピン２８と電極２２に接続している。
他端子は電極２１と接続してアースされる。ピン２７は
順次コイル、コンデンサ２６の一端子、コイルを経てア
ースされる。増幅部３０ａもほぼ同様な構成になってい
る。両者のコンデンサ２６、２６ａの他端子はスイッチ
２９を経てアースされる。上記の電気回路は図５に示す
ようになる。

【０００５】以上において、スイッチ２９を閉じると、
コンデンサ２６、２６ａに蓄えられていたエネルギーが
コンデンサ２４、２４ａに移行する。このとき予備電離
ピン２７、２８と２７ａと２８ａで微小アーク放電が発
生し、放電部（電極２１、２２および２１ａ、２２ａで
挟まれた空間）にアークから生じる紫外光を放射し、放
電部のガスを予備電離する。コンデンサ２４、２４ａの
電圧は、エネルギーの移行に伴って上昇するが、その速
度はコンデンサ容量と回路の浮遊インダクタンスで決ま
り、これらの値が同じであればコンデンサ２４、２４ａ
の電圧は同じ速度で上昇する。電極２１、２２および２
１ａ、２２ａは各々コンデンサ２４、２４ａの両端に接
続されているため、コンデンサ２４、２４ａの電圧が放
電開始電圧に達すると、電極２１、２２および２１ａ、
２２ａで放電が発生し、コンデンサ２４、２４ａに移行
したエネルギーが放電部ａ、ｂに注入される。放電管内
のガスは、ガス循環ファン２０、２０ａで循環される。

【０００６】発振部３０で得られるレーザ光を効率よく
増幅するためには、増幅部の３０ａの放電開始時間を３
０〜５０ns遅らせる必要がある。放電開始時間を変える
方法として、放電管内のガス圧力、電極間距離を調整す
る方法が取られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には次の
ような問題点があった。（１）発振部、増幅部が独立した放電管であるため、装
置が大型となる。（２）放電開始時間の調整は、主にガス圧力差で行われ
るため、ガスの劣化や、放電によって電極から発生する
金属微粒子等不純物が増加すると、放電開始電圧が変化
し、放電開始時間が初期設定からずれ、運転時間の増加
に伴いレーザ光の品質が低下する。（増幅効率が低下す
る）（３）発振部は増幅部よりも早く放電させる必要がある
ため、ガス圧力を低くし、放電開始電圧が増幅部より小
さく設定される。このため、発振部のエネルギー移行効
率および発振効率が増幅部より低くなり、最適化が難し
い。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる。

【０００９】すなわち、主発振器と増幅器を有するガス
レーザ発振器において、単一の放電管内に設けられたア
ース電極と、同アース電極に対向してそれぞれ設けられ
た第１の電極および第２の電極と、同第１の電極に対向
する予備電離ピンと、同予備電離ピンにつながれた第１
のコンデンサと、上記第１の電極およびアース間につな
がれた第２のコンデンサと、上記第１および第２の電極
間につながれた第３のコンデンサと、上記第２の電極お
よびアース間につながれた可飽和インダクタとを設け
る。

【００１０】

【作用】上記手段において、高圧電源によってチャージ
された第１のコンデンサがアースされると、予備電離ピ
ンを放電させるとともに第２と第３のコンデンサをチャ
ージする。このとき可飽和インダクタを流れる電流は飽
和方向に流れ、インダクタンスは小さいので、第３のコ
ンデンサは第２のコンデンサと同じ速さで同等にチャー
ジされる。第２のコンデンサと第３のコンデンサは逆極
性にチャージされるので、第２の電極は高電位にならな
い。第１の電極には第２のコンデンサの充電電圧がかか
り、予備電離ピンの放電により発せられる紫外線によっ
て放電空間が予備電離されているので、放電する。第２
のコンデンサのエネルギーが注入され、その電圧が減小
すると、第３のコンデンサにより第２の電極に電圧が加
わり始める。第２のコンデンサのエネルギーのうち放電
で消費されないものは、この回路の浮遊インダクタンス
の作用で第２のコンデンサを逆極性で再充電する。この
充電電圧は第３のコンデンサに加わり、第２の電極は急
速に電圧が上昇する。そして、放電する。このとき直列
の第２と第３のコンデンサからエネルギーが注入され
る。

【００１１】以上のようにして、第２の電極は、第１の
電極が放電した後に放電する。また第２の電極の電圧は
高くその電圧上昇時間は、第１の電極および第２のコン
デンサで構成される放電回路の時定数で決まり、短い。
このため、第２の電極間の放電開始電圧はガスの劣化や
不純物に左右されにくく、第１の電極の放電との遅延時
間は安定する。従って、第１の電極放電を発振部とし、
第２の電極の放電を増幅部とすることにより、安定なレ
ーザ出力が得られる。

【００１２】また単一の管の内に各電極が設けられるの
で、装置が小型化できる。

【００１３】

【実施例】上記記載の本発明の一実施例を図１〜図３に
より説明する。

【００１４】図１にて、放電管内にアース電極１が設け
られる。アース電極１に対向して左右に第１の電極２
が、下方に第２の電極３が設けられる。また上方には放
電管内のガス循環用のファン１０が設けられる。また第
１の電極２に対向して予備電離ピン７が設けられる。

【００１５】予備電離ピン７は順次コイル、第１のコン
デンサ６、スイッチ９を経てアースされる。コンデンサ
６のコイル側端子はコイルを経てアースされる。またス
イッチ９側端子はＤＣ電源１３につながれる。

【００１６】アース電極１はアースされる。第１の電極
２はそれぞれ第２のコンデンサ４を経てアースされる。
またそれぞれ第３のコンデンサ５と可飽和インダクタ８
を経てアースされる。第３のコンデンサ５の可飽和イン
ダクタ８側は放電管の一部に固定されているので、電気
的には互にショートされている。上記の電気回路を図２
に示す。

【００１７】以上において、アース電極１を中心に、第
１と第２の電極２、３がアース電極１に対向し、放射状
に配置され、ファン１０で循環されるガスは、各電極間
を容易に流れる。このため放電によって生じる不純物は
放電部１１、１２から取り除かれる。

【００１８】第１のコンデンサ６はＤＣ電源１３によっ
て＋３０ｋＶに充電される。スイッチ９を閉じると、コ
ンデンサ６のエネルギーは第２と第３コンデンサ４、５
に移行する。コンデンサ４への移行電流はｉ₁、コンデ
ンサ５への移行電流はｉ₂として図２、図３に示してい
る。エネルギー移行時、可飽和インダクタ８のコアはバ
イアス電流ｉ_B１４によって飽和状態に設定されている
ため、インピーダンスは小さく、コンデンサ５への移行
電流ｉ₂は、コンデンサ４への移行電流ｉ₁と同じ速度
で流れる。また、エネルギー移行電流は予備電離ピン７
通過時に、電極２との間にある微小ギャップでアーク放
電を発生させ、これから発せられる紫外光によって放電
空間（各電極間の空間）が予備電離される。

【００１９】このエネルギー移行電流によって充電され
るコンデンサ４と５の極性は逆になる。従って、電極
１、３間には電圧が印加されない。電極１、２間にはコ
ンデンサ４の充電電圧と同じ電圧が印加される。コンデ
ンサ４の電圧が放電開始電圧に達すると放電１１が発生
し、放電電流ｉ₃が流れる。コンデンサ４のエネルギー
が放電１１に注入され電圧が減少すると、電極１、３間
に電圧が印加され始める。コンデンサ４に蓄えられてい
たエネルギーの内、放電１１で消費されないエネルギー
はコンデンサ４を逆極性で再充電する。この極性はコン
デンサ５の極性と同方向であるため、電極１、３間には
コンデンサ５と、再充電されたコンデンサ４の電圧を加
えた電圧が印加される。コンデンサ５のエネルギーは、
可飽和インダクタ８を通って放電１１に流れようとする
が、この電流は移行電流ｉ₂とは逆方向であるため、可
飽和インダクタ８のコアは未飽和状態となりインピーダ
ンスが非常に大きくなる。このため、この電流は阻止さ
れ、コンデンサ５のエネルギーは減少しない。従って電
極１、３間にはエネルギー移行時よりも大きな電圧が印
加され、放電１２が発生すると放電電流ｉ₄が流れ、コ
ンデンサ４、５の直列回路から放電１２にエネルギーが
注入される。

【００２０】このとき図１に示すように放電１１部が左
右に２分割され、並列回路構成になっているので、コン
デンサ４のエネルギー反転時間が早くなる。（電極１、
３間の電圧立上り速度が早くなる）以上のように、電極
１、３間には、電極１、２間で放電が発生しない限り電
圧は印加されない。また電極１、３間の電圧はより高圧
となりその上昇時間は、電極１、２およびコンデンサ４
で構成される放電回路の特定数で決まり、通常５０ns程
度と短い。このため、電極１、３間の放電開始電圧はガ
スの劣化や不純物等に左右されにくく、電極１、２間の
放電との遅延時間は安定する。従って、電極１、２間の
放電を発振部とし、電極１、３間の放電を増幅部とする
ことにより、安定なレーザ出力が得られる。

【００２１】また単一の放電管内に、アース電位の電極
１を中心として、それに対向して電極２、３を放射状に
設置することにより、装置の小型化が図れる。さらに機
能的には増幅部の放電を発振部の放電から所定の遅延時
間を設けて発生させることができ、かつガスの循環は良
好に行われ、高性能がえられる。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明は次の効果
を奏する。（１）単一の放電管内にアース電極を中心にそれに対向
して第１および第２の電極を放射状に設置することによ
り小型化できる。また、単一放電管内において、アース
電極と第１の電極およびアース電極と第２の電極間に放
電を、遅延時間を設定して発生させることができ、さら
にガス循環を効率よく行うことができるので、高性能が
えられる。（２）直列に接続され、逆極性で充電される第２および
第３コンデンサを第１および第２の電極につなぎ、この
回路に可飽和インダクタを使用することにより、第１の
電極の放電後に所定の遅延時間で第２の電極が放電で
き、かつ後者の放電電圧は高く急峻になる。従って、こ
の放電はガスの劣化や不純物の影響を受けず安定とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図および系統図であ
る。

【図２】同実施例の電気回路図である。

【図３】同実施例の作用説明図である。

【図４】従来例のエキシマレーザの断面図および系統図
である。

【図５】同従来例の電気回路図である。

【符号の説明】

１アース電極２第１の電極（発振部）３第２の電極（増幅部）４、５、６コンデンサ７予備電離ピン８可飽和インダクタ９スイッチ１０ファン１１放電（発振部）１２放電（増幅部）１３ＤＣ電源１４可飽和インダクタ用バイアス電流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主発振器と増幅器を有するガスレーザ発
振器において、単一の放電管内に設けられたアース電極
と、同アース電極に対向してそれぞれ設けられた第１の
電極および第２の電極と、同第１の電極に対向する予備
電離ピンと、同予備電離ピンにつながれた第１のコンデ
ンサと、上記第１の電極およびアース間につながれた第
２のコンデンサと、上記第１および第２の電極間につな
がれた第３のコンデンサと、上記第２の電極およびアー
ス間につながれた可飽和インダクタとを備えてなること
を特徴とするガスレーザ発振器。