JPH07263777A - レーザーガス精製装置 - Google Patents

レーザーガス精製装置

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JPH07263777A
JPH07263777A JP3077164A JP7716491A JPH07263777A JP H07263777 A JPH07263777 A JP H07263777A JP 3077164 A JP3077164 A JP 3077164A JP 7716491 A JP7716491 A JP 7716491A JP H07263777 A JPH07263777 A JP H07263777A
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laser gas
laser
liquid nitrogen
temperature
gas
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JP3077164A
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Dirk Basting
ディルク バスティング
Fuehrer Gerd Stein
フューラー ゲルト シュタイン
Frank Voss
フランク フォス
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Lambda Physik AG
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LAMBDA PHYSIK G ZUR HERSTELLUNG VON LASERN MBH
Lambda Physik AG
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/036Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22Gases
    • H01S3/223Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 気体レーザー放電室のレーザーガスを精製装
置へ導いて精製する。 【構成】 液体窒素を使用してレーザーガスから不純物
を凍結除去するエキシマレーザーおよびF2 レーザーの
レーザーガス精製装置において、上記凍結除去の温度は
液体窒素12の液面14上方の圧力によって調節するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、液体窒素を使用して
レーザーガスから不純物を凍結除去し、この凍結除去の
温度を調節自在とした、とくにエキシマおよびF2 レー
ザー用のレーザーガス精製装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エキシマおよびF2 レーザー等のパルス
式ガスレーザーは、ガス放電によって励起されるが、ガ
ス放電の際とくにガス放電電極における燃焼、化学反応
およびレーザー装置の窓など壁からの脱着によってレー
ザーガスが汚染される。このような汚濁物や不純物によ
ってレーザー装置の効率および寿命が損なわれることに
なる。また通常導入されるガスが最初から汚染されてい
るものである。
【0003】従来、レーザーガスはガス放電室から精製
装置へ導かれ、その後このガスはガス放電室に再び再循
環されることが知られている。また、このガス精製法
は、液体窒素の温度において凍結除去法により行われて
いることも知られている。
【0004】低温実験によれば、例えばF2 レーザーの
場合、低温ガス精製装置の凍結除去の操作温度範囲が7
7K(液体窒素の大気圧における一般温度)以下のかな
り低いものになると、レーザー出力が大きく増加される
ことが示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ガス放電レーザーは、
使用するガス混合物によって異なる波長とすることがで
きる。一般にある波長のレーザー放射を得るにはガスだ
けが用いられる。エキシマレーザーとして操作する際、
ガス放電にF2 ガスを使用しなくて、KrおよびXeガ
ス(ArFは別)のような希ガスを加えると、低温凍結
除去によるレーザーガス精製は、77Kより高い温度で
行わなければならない。
【0006】この発明の目的は、このような点に鑑みて
なされたもので、77K以下および以上の種々の温度に
おいてレーザーガスから不純物の凍結除去を簡単かつ経
済的に行うレーザーガス精製装置を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するため、レーザーガス精製装置の凍結除去部に、所
定温度に選択的に設定できる加熱装置を設けることが考
えられるであろう。しかしこのような解決法は、温度を
77K以下にすることができなく、また液体窒素の消費
量が増大することになる欠点を有する。
【0008】これに対して、本発明による解決法は、液
体(または固体)窒素上方の圧力によって凍結除去温度
を調節するものである。
【0009】部分真空圧力(大気圧に対する圧力)で操
作するときは、凍結除去部が77K以下になるような温
度で行われるが、過剰圧力(大気に対する圧力)で操作
するときは、凍結除去部が77K以上になるように温度
を設定できる。
【0010】このように本発明装置は、大きな変形を施
すことなく、使用レーザーガスの種類によって、レーザ
ーガス不純物の凍結除去を行う所望温度に設定できるよ
うにする。液体窒素で達成できる温度範囲は、大気圧に
おける液体窒素の温度以下まで拡げられるので、その結
果あるガスに対してレーザー装置の効率が増大され、加
熱する必要はなく、温度77K以上における液体窒素の
消費量は、比較的に少なくなる。
【0011】さらに、本発明の別の変形も、次のような
事実認識に基づくものである。即ち、とくにF2 レーザ
ー装置(使用ガスはF2 およびHe)において、レーザ
ー操作前にガスを低温精製しておけば、ガスを新たに充
填してもレーザー出力がかなり増大されることである。
ここで最良の結果は、F2 がちょうど凝縮しはじめる温
度の63Kにおいて観察される。
【0012】
【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳
細に説明する。添付図面において、対応する要素には、
同一の参照番号が付してある。
【0013】図において、液体窒素12は容器10内に
収容されている。窒素12の液相または固相の表面は番
号14で示す。
【0014】容器10は、その壁に設けた真空空間16
によって熱的に絶縁されている。真空にする代りに絶縁
材料を用いてもよい。
【0015】液体窒素の補充は、導管18および弁20
を介して容器10に導入する。
【0016】容器10内の液体窒素12のレベル、即ち
液相面14の位置は、公知の充填レベル測定装置22に
よって決められる。測定結果は計器24に表示される。
温度測定装置もレベル測定装置22内に組込まれてい
て、測定結果の表示も同様に計器24に行われる。
【0017】容器10は外部に対して密封されている。
液体(または固体)の窒素の表面14の上方には気相2
6が存在し、気相圧力は、容器10が外気に対して密封
されているので、大気圧とは異なる。
【0018】容器10はカバー28で覆われている。導
管28およびレベル測定装置22の他に、導管30もカ
バー28を貫通して容器10内部に入っている。これら
の導管や通路の全ては、過大圧力に対して気密になるよ
うにカバー28を貫通している。導管30は弁36を経
て真空ポンプ34に導かれている。弁36が開かれる
と、真空ポンプ34が作動してガス(本来は液体窒素)
を表面14上の自由空間から導管32を介して外気中に
運ぶ。
【0019】さらに、圧力測定兼表示装置40は、導管
30に接続すると共に別の導管38を介して調整自在弁
42に接続されて導管44に至り、導管44は外気まで
導かれている。
【0020】容器10は、底部46を有し、これは図示
の実施例では熱伝導の良好な銅でできている。プレート
48は、ねじ50,52によって底部46の下方に装着
されると共にうず巻導管54を底部46に取付けてい
る。精製されるレーザーガスは、うず巻導管54を貫流
する。底部46の下側における凍結除去部の温度は、温
度センサ56により測定されて中央制御部へ導かれる。
この中央制御部には計器24および図示したすべての弁
およびポンプ用の制御手段も接続されている。
【0021】レーザーガスは、導管58,60を貫流
し、凍結除去部のうず巻導管54内に入ってこれから出
る。導管58,60は、熱交換器62に結合されてい
る。熱交換器62は同心配列管で形成するのが好適であ
る。
【0022】精製されたレーザーガスは、導管68,弁
66および導管64を通りレーザー装置(図示せず)に
入るが、精製されるレーザーガスは導管70,ガス循環
ポンプ72および導管76を通って熱交換器62に入
る。
【0023】上述した精製装置の作用は次の通りであ
る。
【0024】弁74を開くと、精製されるレーザーガス
は、熱交換器62、即ちこれに設けた同心配列管の1つ
と導管58とを経て、容器10の底部56下方の凍結除
去部にあるうず巻導管54に流れる。そこでレーザーガ
スは、底部46の温度まで冷却されると共に温度センサ
56により測定され、不純物が凍結除去される。凍結除
去作用、特にレーザーガスから凍結除去される成分の種
類および量は、凍結除去部における温度に大いに左右さ
れる。この温度設定については、以下に詳しく述べる。
【0025】このようにして望ましくない成分を凍結除
去(凝縮)することによって冷却および精製されたレー
ザーガスは、管60を貫流して熱交換器62に戻り、こ
こで導管70を経てレーザー装置から出てきた暖かいレ
ーザーガスを冷却する。この冷却されたレーザーガス
は、その後、凍結除去部の導管54に流入する。精製さ
れたレーザーガスは導管68,弁66および導管64を
経てレーザー装置の放電空間に流れる。
【0026】容器10の底部46における温度は、本発
明により次のように選択的に変えられる。即ち、液面1
4上方の気相26の圧力の設定には、液体窒素12の温
度が所望の値になるようにする。この値は、77°K以
上または以下にする。この目的のために、弁20,42
を閉じると共に弁36を開放して、液体窒素(または固
体であることもある)の表面14上方の自由空間を真空
ポンプ34によって排気をすることにより、液体窒素が
所望の温度になるまで冷却されるようにする。この温度
は、底部における温度センサ56により測定し、中央制
御部に表示される。部分真空圧力(外気圧に対して表面
14の上方空間の部分真空圧力)操作の場合には、凍結
除去部の温度は77K以下で行なわれる。
【0027】温度が77Kに等しいかまたはこれより大
きくすれば、弁36は閉じ、または真空ポンプが作動を
停止し、調整自在弁42によって液面14上方の空間に
過剰圧力が設定される。このとき液体窒素12は77K
またはこれより大きい所望温度になる。この目的のた
め、圧力測定装置40は測定圧力信号を中央制御部に送
り、この中央制御部は弁42を次のように設定する。即
ち、温度センサ56の測定値が、レーザーガスが凍結除
去法によって最適に精製されるような温度の所望値にな
るよう、所望の基準圧力に設定する。
【0028】図2は、レーザーガス精製装置の上記実施
例の変形例を示す。図2の変形例において、液体窒素は
容器10から底部ホール88および導管90を通り同心
らせん管の外側ジャケットに入る。同心らせん管は凍結
除去部84を形成する。液体窒素は、凍結除去部84の
下端部においては同心らせん管部に入り、加熱されて恐
らく気相に遷移した後上方に上昇し、上昇管80を経て
容器10の上方部に入る。上昇管80は、液体窒素の表
面14の上方において容器10に開口している。
【0029】精製されるレーザーガスは、同心らせん管
で形成された凍結除去部84の内側管の底部から上部へ
流れる。ここに到達すると、レーザーガスは図2の左側
に示した管92を経て下方へ流れて予冷部82に入る。
【0030】予冷部82も同心らせん管で形成されてい
る。管92から出た精製されて冷却されたレーザーガ
ス、は予冷部82の同心らせん管の外側ジャケットに流
入する。一方で精製装置に入ってくる熱くて汚染された
レーザーガスは、予冷部82の内側管に矢印P1 の方向
に入る。従って、入ってくる熱いレーザーガス(矢印P
1 )は、凍結除去部84に入る前に予冷部82内で予冷
される。精製されたレーザーガスは、予冷部82の外側
ジャケットから出てレーザー装置へ戻る。
【0031】
【発明の効果】本発明は、液体窒素を使用するレーザー
ガス精製装置において、液体窒素容器内の液面上方空間
の圧力を調整することによって、レーザーガスの不純物
を温度77K以上または以下において簡単かつ経済的に
凍結除去できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーザーガス精製装置の1つの実
施例を示す図、
【図2】本発明によるレーザーガス精製装置の変形例を
示す図である。
【符号の説明】
10 容器 12 液体窒素 14 液体窒素液面 30,54,90 導管 34 真空ポンプ 42 過剰圧力弁 46 容器底部 84 凍結除去部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バスティング ディルク ドイツ国 ディ−3400 ゲッティンゲン, アム ヴィンターベルク 15 (72)発明者 シュタイン フューラー ゲルト ドイツ国 ディ−3406 ボーヴェンデン ミューレンヴェーク (72)発明者 フォス フランク ドイツ国 ディ−3400 ゲッティンゲン コンパーツベーク 1a

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体窒素を使用してレーザーガスから不
    純物を凍結除去し、およびこの凍結温度を調節自在とし
    た、特にエキシマおよびF2 レーザー用のレーザーガス
    精製装置において、上記凍結除去の温度は、上記液体窒
    素(12)の液面(14)上方の圧力によって調節する
    ことを特徴とするレーザーガス精製装置。
  2. 【請求項2】 不純物を凍結除去すべきレーザーガスを
    導く導管を、底部(46)下方においてこの底部と熱的
    に良好な接触状態を保つように取付けた容器(10)内
    に、液体窒素(12)を収容したことを特徴とする「請
    求項1」記載のレーザーガス精製装置。
  3. 【請求項3】 凍結除去装置(84)に至る導管(9
    0)を設けた容器(10)内に液体窒素(12)を収容
    したことを特徴とする「請求項1」記載のレーザーガス
    精製装置。
  4. 【請求項4】 真空ポンプ(34)に接続した導管(3
    0)は、液体窒素を収容する容器(10)に開口してい
    ることを特徴とする前記請求項の何れかに記載のレーザ
    ーガス精製装置。
  5. 【請求項5】 液体窒素(12)を収容する容器(1
    0)に設けた過剰圧力弁(42)により、大気圧以上の
    圧力に設定できることを特徴とする前記請求項の何れか
    に記載のレーザー精製装置。
  6. 【請求項6】 液体窒素を使用してレーザーガスから不
    純物を凍結除去する、とくにF2 レーザー用のレーザー
    ガス精製装置において、温度70K以下において、凍結
    除去によりレーザーガス精製を行うことを特徴とするレ
    ーザーガス精製装置。
  7. 【請求項7】 凍結除去温度は、66K以下なるべくは
    63K以下においてレーザーガスの精製を行うことを特
    徴とする「請求項6」記載のレーザーガス精製装置。
JP3077164A 1990-03-27 1991-03-18 レーザーガス精製装置 Pending JPH07263777A (ja)

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DE4009850A DE4009850C1 (ja) 1990-03-27 1990-03-27
DE4009850.8 1990-03-27

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