JPH08255942A - ガスレーザ発振方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、時間的及び空間的に均一な予備電離
ができ、安定した主放電の点弧ができ、装置の長寿命化
を図ること。 【解決手段】予備電離に先立ってＸ線管３８からＸ線を
各主電極３５、３６の間に照射して弱電離し、この弱電
離の後に各主電極３５、３６間のガスレーザ媒質を予備
電離し、続いて主放電を点弧してガスレーザ光を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスレーザ媒質を
予備電離し、この後に主放電を点弧してガスレーザ光を
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】大気圧以上のガス圧力中で放電励起を行
うＴＥＡ−ＣＯ₂ レーザやエキシマレーザでは、安定し
たレーザ発振を得るために、予め放電空間のガスレーザ
媒質を予備電離する必要がある。

【０００３】この予備電離方法としては、紫外線、Ｘ
線、又はコロナ放電等を用いており、このうち一般的に
用いられているものは、紫外線予備電離方法である。図
５はかかる紫外線予備電離方法を用いたガスレーザ発振
装置の構成図である。

【０００４】高電圧電源１には、主コンデンサ２を介し
て複数のピーキングコンデンサ３が接続されるとともに
対向配置された２つの主電極４、５が接続されている。
各ピーキングコンデンサ３には、それぞれピン電極６が
接続され、これらピン電極６は、各主電極４、５の長手
方向に沿って配置されている。

【０００５】これら主電極４、５、各ピン電極６及びピ
ーキングコンデンサ３は、気密容器７内に収納されてい
る。この気密容器７内には、ＣＯ₂ レーザやエキシマ等
のガスレーザ媒質が封入されている。なお、気密容器７
内には、ガスレーザ媒質を各主電極４、５間に循環させ
るファン８が設けられている。

【０００６】このような構成であれば、高電圧電源１か
ら主コンデンサ２に充電が行われ、この主コンデンサ２
に蓄えられた電気エネルギーが放電されると、この電気
エネルギーは、ピン電極６に供給されるとともに各ピー
キングコンデンサ３を通して各主電極４、５間に供給さ
れる。

【０００７】この電気エネルギー供給により各ピン電極
６において予備放電が点弧し、その放電光つまり紫外線
によって各主電極４、５間の主放電空間のガスレーザ媒
質が予備電離される。

【０００８】この後、各主電極４、５間の電圧が所定値
に達すると、これら主電極４、５間に主放電が点弧し、
レーザ共振が発生してガスレーザ光が出力される。一
方、紫外光による予備電離の他のＸ線を用いた予備電離
を説明すると、図６はＸ線予備電離方法を用いたガスレ
ーザ発振装置の構成図である。

【０００９】制御装置９には、高電圧電源１０及び駆動
電源１１が接続され、このうち高電圧電源１０には主コ
ンデンサ１２が接続され、駆動電源１１にはＸ線管１３
が接続されている。

【００１０】主コンデンサ１２には、対向配置された２
つの主電極１４、１５及び各ピーキングコンデンサ１６
が接続されている。これら主電極１４、１５、ピーキン
グコンデンサ１６及びファン８は、ＣＯ₂レーザやエキ
シマ等のガスレーザ媒質が封入された気密容器１７内に
収納されている。

【００１１】このような構成であれば、制御装置９の制
御により高電圧電源１０から主コンデンサ２に充電が行
われ、この主コンデンサ２に蓄えられた電気エネルギー
が放電されると、この電気エネルギーは、各ピーキング
コンデンサ３を通して各主電極４、５間に供給される。

【００１２】この状態に、制御装置９の制御により駆動
電源１１からＸ線管１３に電力が供給され、Ｘ線管１３
からＸ線が放射される。このＸ線は、一方の主電極１４
の背面から主電極１４を透過して各主電極１４、１５間
の主放電空間に照射され、この主放電空間は、主放電点
弧の前に予備電離される。この後、各主電極４、５間の
電圧が所定値に達すると、これら主電極４、５間に主放
電が点弧し、レーザ共振が発生してガスレーザ光が出力
される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
ガスレーザ発振装置に適用される予備電離方法では、特
に紫外線予備電離方法では次のような問題がある。 (a) 各ピン電極６における予備放電の点弧時間が異な
り、時間的及び空間的に均一な予備電離ができない。 (b) 各ピン電極６は、長時間動作させると消耗し、これ
によってガスレーザ媒質の寿命も短くなる。 (c) 各ピン電極６における予備放電を安定に点弧するた
めには、ピン電極のギャップを短くする必要がある。と
ころが、高繰り返し動作になると、ピン電極のギャップ
間における放電ガスの排出が悪くなり、予備電離強度が
低下してしまう。

【００１４】そこで本発明は、時間的及び空間的に均一
な予備電離ができ、安定した主放電の点弧ができ、装置
の長寿命化を図ることが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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、主放
電空間のガスレーザ媒質を予備電離し、この後に主放電
空間に主放電を点弧してガスレーザ光を出力するガスレ
ーザ発振方法において、予備電離に先立って主放電空間
を弱電離するようにして上記目的を達成しようとするガ
スレーザ発振方法である。

【００１６】このようなガスレーザ発振方法であれば、
予備電離に先立って主放電空間を弱電離し、この弱電離
の後に主放電空間のガスレーザ媒質を予備電離し、続い
て主放電空間に主放電を点弧してガスレーザ光を出力す
る。この予備電離に先立つ弱電離により、主放電空間に
おいて時間的及び空間的に均一な予備電離が行われる。

【００１７】請求項２によれば、主放電空間のガスレー
ザ媒質に対してＸ線、又は紫外線を照射して弱電離す
る。このようなガスレーザ発振方法であれば、請求項１
において予備電離に先立つ弱電離は、ガスレーザ媒質に
対してＸ線、又は紫外線を照射することにより行われ
る。

【００１８】請求項３によれば、対向配置された各主電
極間の主放電空間を予備電離し、この後に主放電空間に
主放電を点弧してガスレーザ光を出力するガスレーザ発
振装置において、予備電離に先立って主放電空間を弱電
離する弱電離手段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。

【００１９】このようなガスレーザ発振装置であれば、
予備電離に先立って弱電離手段により主放電空間を弱電
離し、この弱電離の後に主放電空間のガスレーザ媒質を
予備電離し、続いて主放電空間に主放電を点弧してガス
レーザ光を出力する。

【００２０】請求項４によれば、弱電離手段は、Ｘ線管
を備えている。このようなガスレーザ発振装置であれ
ば、請求項３においてＸ線管から放射されたＸ線を、主
放電空間のガスレーザ媒質に照射して弱電離する。

【００２１】請求項５によれば、弱電離手段は、紫外線
発生器を備えている。このようなガスレーザ発振装置で
あれば、請求項３において紫外線発生器から放射された
紫外線を、主放電空間のガスレーザ媒質に照射して弱電
離する。

【００２２】請求項６によれば、弱電離手段は、各主電
極を収納する気密容器の外側からＸ線又は紫外線を主放
電空間に照射する。このようなガスレーザ発振装置であ
れば、請求項３において気密容器の外側からＸ線又は紫
外線を、主放電空間に照射して、ガスレーザ媒質を弱電
離する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のガスレーザ発振装
置の一実施の形態について図面を参照して説明する。こ
のガスレーザ発振装置は、予備電離に先立って前記主放
電空間を弱電離し、この後に主放電空間のガスレーザ媒
質を予備電離し、続いて主放電空間に主放電を点弧して
ガスレーザ光を出力するものである。

【００２４】図１はかかるガスレーザ発振装置の構成図
である。制御装置３０には、高電圧電源３１及び駆動電
源３２が接続され、このうち高電圧電源３１には主コン
デンサ３３を介して複数のピーキングコンデンサ３４が
接続されるとともに対向配置された２つの主電極つまり
陰極３５及び陽極３６が接続されている。なお、陽極３
６は接地されている。

【００２５】各ピーキングコンデンサ３４には、それぞ
れピン電極３７が接続され、これらピン電極３７は、各
主電極３５、３６の長手方向に沿って配置されている。
又、駆動電源３２にはＸ線管３８が接続されている。

【００２６】これら主電極３５、３６、各ピーキングコ
ンデンサ３４、各ピン電極３７、及びファン８は、ＣＯ
₂ レーザやエキシマ等のガスレーザ媒質が封入された気
密容器３９内に収納されている。

【００２７】この気密容器３９におけるレーザ共振の光
軸方向には、高反射ミラー４０、出力ミラー４１が設け
られ、これら高反射ミラー４０及び出力ミラー４１によ
りレーザ共振器が構成されている。

【００２８】上記制御装置３０は、先ず駆動装置３２に
対して第１のトリガー信号を送出してＸ線管３８からＸ
線を放射させ、次に例えば数百ｎｓ後に高電圧電源３１
に対して第２のトリガー信号を送出して各ピン電極３７
での予備放電の点弧、続いて各主電極３５、３６間での
主放電の点弧を行わせる機能を有している。

【００２９】又、上記Ｘ線管３８は、気密容器３９外側
のレーザ共振器の高反射ミラー４０に対応する位置で、
かつＸ線の放射方向をレーザ共振器の光軸方向と同一に
配置されている。

【００３０】図２はこのＸ線管３８の具体的な構成図で
ある。コバールにより形成された金属円筒４２の内面に
は、Ｗにより形成された円筒陽極４３が設けられてい
る。

【００３１】又、金属円筒４２の中心軸には、デスペン
サータイプの熱陰極４４が配置されている。この熱陰極
４４は、絶縁部４５の内部を通してヒータ回路４６に接
続されている。なお、金属円筒４２の先端部には、ベリ
リウム窓４７が設けられている。

【００３２】従って、陰極４４は、ヒータ回路４６から
の電力供給により加熱状態にある。この状態に、駆動電
源３２から陰極４４に高電圧が印加されると、陰極４４
からは熱電子が放出される。

【００３３】この熱電子は、陰極４４と円筒陽極４３と
の間の電界により加速されて円筒陽極４３に衝突し、制
動放射によりＸ線が発生する。このＸ線は、ベリリウム
窓４７を透過してＸ線管３８の外部に放出されるものと
なっている。

【００３４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。制御装置３０から第１のトリガー信号が
駆動装置３２に送出されると、この駆動電源３２は動作
してＸ線管３８に高電圧が印加される。

【００３５】このＸ線管３８は、上記の如く高電圧の印
加より陰極４４からは熱電子が放出され、この熱電子が
加速されて円筒陽極４３に衝突することによりＸ線を発
生する。

【００３６】このＸ線は、高反射ミラー４０を透過して
レーザ共振器の光軸方向に照射され、各主電極３５、３
６の間の主放電空間が弱電離される。この後、制御装置
３０から第２のトリガー信号が高電圧電源３１に送出さ
れると、この高電圧電源３１は動作して主コンデンサ３
３に電気エネルギーが充電される。

【００３７】この充電終了の後、主コンデンサ３３に蓄
えられた電気エネルギーが放電されると、この電気エネ
ルギーは、各ピン電極３７に供給されるとともに各ピー
キングコンデンサ３４を通して各主電極３５、３６間に
供給される。

【００３８】これにより、各ピン電極３７では、それぞ
れ予備放電が点弧し、その放電光である紫外線によって
各主電極３５、３６間のガスレーザ媒質が予備電離され
る。この後、各主電極３５、３６間の電圧が所定値に達
すると、これら主電極３５、３６間に主放電が点弧し、
高反射ミラー４０と出力ミラー４１との間でレーザ共振
が発生し、ガスレーザ光が出力される。

【００３９】本発明の原理について図３に示すガス粒子
のエネルギ状態の概略図を参照して説明する。ここで、
ガス粒子とは、ピン電極３７からの紫外光により電離す
るガスであり、例えばＸｅＣｌエキシマレーザではＸ
ｅ、又ＫｒＦエキシマレーザではＫｒのように電離しき
い値の最も低い構成ガス、及びガスボンベやレーザチャ
ンバーに最初から混入されている不純ガスである。

【００４０】図３(a) はＸ線を照射しない従来の紫外線
予備電離方法の場合であり、ピン電極間の放電によりガ
ス粒子は高エネルギー状態Ａに励起され、基底状態Ｇに
戻るときに発する紫外光Ｗにより予備電離する。

【００４１】これに対して同図(b) は本発明の場合であ
り、Ｘ線により予めガス粒子をある程度高いエネルギー
状態Ｂ（励起状態、準安定状態）に励起しておく。この
後、各ピン電極３７のギャップ間の放電によってエネル
ギー状態Ｂからエネルギー状態Ａに励起し、基底状態Ｇ
に戻るときに発する紫外光Ｗにより予備電離する。

【００４２】このように上記一実施の形態においては、
予備電離に先立ってＸ線管３８からＸ線を各主電極３
５、３６の間に照射して弱電離し、この弱電離の後に各
主電極３５、３６間のガスレーザ媒質を予備電離し、続
いて主放電を点弧してガスレーザ光を出力するようにし
たので、各ピン電極３７のギャップ間の破壊電圧をＸ線
未照射の場合よりも低下でき、かつ各ピン電極３７にお
いて放電を同時に点弧でき、これにより時間的及び空間
的に均一で安定した予備電離の点弧ができる。

【００４３】Ｘ線管３８からのＸ線は、気密容器３９の
外部からその壁を透過することにより大きく減衰する
が、本発明では少ないＸ線量で効果があるので、小型の
Ｘ線管により低投入電力で弱電離ができる。

【００４４】又、このＸ線管３８は、ガスレーザ発振装
置には必ず設けられている高反射ミラー４０を透過して
Ｘ線を照射するので、どんなガスレーザ発振装置にも適
用が可能である。

【００４５】本発明においては、高効率なレーザ発振を
行うことができ、又ピン電極３７のギャップ間の破壊電
圧を低下できるので、長時間動作において各ピン電極３
７の先端の消耗度合いを減少でき、ガスレーザ媒質の寿
命やピン電極３７自体の寿命を長くできる。

【００４６】さらに、レーザの高繰り返し動作時の予備
電離強度の低下の問題もＸ線量を多くすることで解決で
き、繰り返し数の増加や平均出力の増加もできる。その
うえ、Ｘ線を各主電極３５、３６間に照射すればよいの
で、既存のガスレーザ発振装置にＸ線管３８を外部付加
してその動作タイミングを制御するだけで、容易に実現
が可能である。

【００４７】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなく次の通り変形してもよい。例えば、上記一
実施例では弱電離にＸ線を照射して行っているが、この
弱電離を紫外線を照射して行うようにしてもよい。この
紫外線発生装置としては、例えばピン電極で発生する紫
外光、エキシマレーザ発振装置、超高圧Ｈｇランプがあ
る。

【００４８】又、Ｘ線管３８は、図４に示すように気密
容器の側面側からＸ線を照射するようにしてもよく、
又、図６に示すように一方の主電極の背面側からＸ線を
照射し、各主電極間を弱電離するようにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、時
間的及び空間的に均一な予備電離ができ、安定した主放
電の点弧ができ、装置の長寿命化を図ることができるガ
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一実施の
形態を示す構成図。

【図２】Ｘ線管の具体的な構成図。

【図３】ガス粒子のエネルギ状態の概略図。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す構成図。

【図５】従来における紫外線予備電離方法を用いたガス
レーザ発振装置の構成図。

【図６】従来におけるＸ線予備電離方法を用いたガスレ
ーザ発振装置の構成図。

【符号の説明】 ３０…制御装置、３１…高電圧電源、３２…駆動電源、
３３…主コンデンサ、３４…ピーキングコンデンサ、３
５…陰極、３６…陽極、３７…ピン電極、３８…Ｘ線
管、３９…気密容器、４０…高反射ミラー、４１…出力
ミラー。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主放電空間のガスレーザ媒質を予備電離
   し、この後に前記主放電空間に主放電を点弧してガスレ
   ーザ光を出力するガスレーザ発振方法において、 前記予備電離に先立って前記主放電空間を弱電離するこ
   とを特徴とするガスレーザ発振方法。
2. 【請求項２】 主放電空間のガスレーザ媒質に対してＸ
   線、又は紫外線を照射して弱電離することを特徴とする
   請求項１記載のガスレーザ発振方法。
3. 【請求項３】 対向配置された各主電極間の主放電空間
   を予備電離し、この後に前記主放電空間に主放電を点弧
   してガスレーザ光を出力するガスレーザ発振装置におい
   て、 前記予備電離に先立って前記主放電空間を弱電離する弱
   電離手段を具備したことを特徴とするガスレーザ発振装
   置。
4. 【請求項４】 弱電離手段は、Ｘ線管を備えたことを特
   徴とする請求項３記載のガスレーザ発振装置。
5. 【請求項５】 弱電離手段は、紫外線発生器を備えたこ
   とを特徴とする請求項３記載のガスレーザ発振装置。
6. 【請求項６】 弱電離手段は、主電極を収納する気密容
   器の外側からＸ線又は紫外線を主放電空間に照射するこ
   とを特徴とする請求項３記載のガスレーザ発振装置。