JPH09214021A

JPH09214021A - ガスレーザ装置

Info

Publication number: JPH09214021A
Application number: JP3574896A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Nishisaka; 敏博西坂; Takanobu Ishihara; 孝信石原; Yukio Kobayashi; 諭樹夫小林; Noriaki Itou; 仙聡伊藤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】放電毎の予備電離光エネルギーの主放電空間
への放出量のばらつきをなくすことが可能なガスレーザ
装置を提供する。【解決手段】所定方向に細長い一対の主放電電極６、
６ａの近傍に設けられた予備電離電極８、８ａを有した
放電励起方式のガスレーザ装置において、予備電離電極
８、８ａの予備放電方向に対して垂直な断面は偏平断面
であり、かつその偏平断面の長手方向が主放電電極６、
６ａの長手方向に平行である。予備電離電極８、８ａは
前記偏平断面の長手方向に複数並べて配設されてもよ
く、また予備電離電極８、８ａのいずれか一方のみが前
記偏平断面を有してもよい。偏平断面を有する予備電離
電極８、８ａの少なくともいずれか一方の放電面は、対
向する他方の予備電離電極８、８ａの方に膨らんだ滑ら
かな曲面を有したり、主放電電極６、６ａに近い方の高
さを遠い方よりも低くした方が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電励起方式のガ
スレーザ装置に係わり、特に予備電離光エネルギーの放
出量の安定性に関する。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザ装置等のガスレーザ装置
は、放電励起等によりレーザガス（エキシマレーザ装置
の場合は、例えばハロゲンガスのＦ2 ガスと希ガスのＫ
r ガスとバッファガスのＨe ガスとの混合ガス）の分子
を励起状態にしてレーザ光を発振させている。ガスレー
ザ装置においては、上記の放電時に放電空間全体が一様
に広がった放電を行なうグロー放電を得るために、主放
電を開始する前に予備電離を行ない、予め主放電空間全
体に電子をばらまいておく必要がある。特にエキシマレ
ーザ装置の場合にはハロゲンガス中での電子の寿命が短
いので、主放電の直前にできるだけ多くの電子を発生さ
せておく必要がある。したがって、通常のガスレーザ装
置においては、主放電用の主放電電極及び予備電離用の
予備電離電極を備えたものが多く使用されている。

【０００３】このような予備電離電極を備えたガスレー
ザ装置として、例えば特願平４−３２８５４６号公報に
よって提案されたエキシマレーザ装置がある。図１０は
この提案のエキシマレーザ装置の構成を表しており、以
下、同図に基づいて従来の予備電離電極について説明す
る。レーザチャンバ１はその内部に封入されたレーザガ
スを放電励起してレーザ光を発振させる放電管であり、
レーザチャンバ１内にはレーザガスを還流するためのク
ロスフローファン（以後、ファンと呼ぶ）２が配設され
ている。レーザガスの還流路内にはベローズ４が配設さ
れており、ベローズ４とレーザチャンバ１の内壁との間
にレーザガス流路を形成している。図１０においては、
レーザガス還流方向は、レーザ光の光軸方向すなわち同
図において紙面に垂直方向に対して直交する方向になっ
ている。

【０００４】また、レーザガスの還流路内には主放電電
極６、６ａが対向して設けられている。主放電電極６、
６ａの放電方向はレーザガス還流方向及びレーザ光軸方
向に対して直交しており、主放電電極６、６ａの間に主
放電空間１１を形成している。主放電電極６、６ａの一
方の主放電電極６ａは、レーザチャンバ１の外壁に支持
され、かつ、レーザチャンバ１の内部と外部を分離して
いる絶縁部材１３に取着されている。また、他の主放電
電極６は、レーザチャンバ１の内壁に取着された電極支
持体５に取着されて支持されている。なお、主放電電極
６、６ａは主放電空間１１を一様に主放電させるために
レーザ光軸方向に細長い形状を有している。さらに、主
放電空間１１の近傍には予備電離電極８、８ａがレーザ
ガス還流方向及びレーザ光軸方向に対して垂直方向に対
向して配設されている。そして、予備電離電極８、８ａ
は、主放電電極６、６ａを中心にしてレーザガス還流方
向の前後にそれぞれ設けられている。予備電離電極８、
８ａの一方の予備電離電極８はレーザチャンバ１の内壁
に取着されている。また他方の予備電離電極８ａは、レ
ーザチャンバ１の外周壁を内部から外部に貫通し、か
つ、レーザチャンバ１に取着された絶縁部材１２に取着
されている。

【０００５】主放電電極６及び予備電離電極８は、レー
ザチャンバ１の外周壁と同電位になるように電気的に接
続されている。また、他の主放電電極６ａは、絶縁部材
１３によりレーザチャンバ１と絶縁されており、レーザ
チャンバ１の外部の給電線１４に接続されている。他の
予備電離電極８ａは、絶縁部材１２及び電流導入端子ホ
ルダ１６によりレーザチャンバ１と絶縁されており、レ
ーザチャンバ１の外部の給電線１０に接続されている。
そして、主放電電極６及び予備電離電極８と、主放電電
極６ａ及び予備電離電極８ａとの間には、レーザチャン
バ１の外周壁と給電線１４及び給電線１０とを介して励
起電源からの電源ラインが接続されている。この励起電
源は、主放電電極６、６ａ間及び予備電離電極８、８ａ
間に所定の大きさの高電圧と電流を供給するものであ
る。本実施例では、励起電源は電力を供給する電源１７
と、電源１７からの供給エネルギーを一時的に蓄積する
コイル１８と、コイル１８に蓄積されたエネルギーを吸
収し、蓄積して高電圧を発生するコンデンサ１９ａ、１
９ｂとを備えているが、これに限定されない。

【０００６】このようなエキシマレーザ装置において、
電源１７からコイル１８を介してコンデンサ１９ａ、１
９ｂに高電圧エネルギーが蓄積されると、予備電離電極
８、８ａ間にアーク放電が発生し、このときの紫外光エ
ネルギー（以後、予備電離光エネルギーと言う）によっ
て主放電空間１１内のレーザガスがイオン化され、多量
の電子が生成される。生成されたこの多量の電子によっ
て、主放電電極６、６ａ間にグロー放電が発生し易くな
る。次いで主放電空間１１にこのグロー放電が発生する
と、主放電空間１１中の高速電子のエネルギーによって
Ｋr ガスが励起され、励起状態Ｋr 原子とＦ2 分子が反
応してＫr Ｆエキシマが生成される。こうして、Ｋr Ｆ
エキシマによるレーザ光が発振する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１１には予備電離電
極８、８ａと主放電電極６、６ａの詳細図を示している
が、予備電離電極８の放電方向に垂直な方向の断面形状
（図１１におけるＡ−Ａ断面）は、例えば図１２の(a)
のような円形、(b) のようなレーザ光軸方向に垂直な方
向の幅Ｌ２が長い正方形や長方形になっている。このよ
うな予備電離電極８、８ａにおいて、予備電離電極８、
８ａの放電面の内、主放電電極６、６ａに近い面（Ｐ
点）でアーク放電が発生すると、このときの紫外光によ
って発生する前記予備電離電子のエネルギーが予備電離
電極８、８ａに妨げられずに主放電空間１１に放出され
る。（図１１の２点鎖線Ｐ1 −Ｐ2 間）

【０００８】しかしながら、予備電離電極８、８ａの放
電面の内、主放電電極６、６ａから遠い面（Ｑ点）でア
ーク放電が発生すると、このときの予備電離光エネルギ
ーが予備電離電極８、８ａに遮断される。したがって、
予備電離電極８、８ａの予備電離空間１５の狭い領域を
通過できるわずかな予備電離光エネルギーのみが主放電
空間１１に放出される。（図１１の２点鎖線Ｑ1 −Ｑ2
間）このために、予備電離電極８、８ａへの供給電流を
一定に保っても、放電毎に予備電離光エネルギーの主放
電空間１１への放出量がばらつくことになる。この結
果、主放電空間１１内で励起されるＫr 原子の量がばら
つくので、レーザ光発振時のレーザ光量がばらついて安
定しないという問題を発生している。

【０００９】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、放電毎の予備電離光エネルギーの主放電
空間への放出量のばらつきをなくすことが可能なガスレ
ーザ装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定方
向に細長い一対の主放電電極６、６ａの近傍に設けられ
た予備電離電極８、８ａを有した放電励起方式のガスレ
ーザ装置において、予備電離電極８、８ａの予備放電方
向に対して垂直な断面は偏平断面であり、かつその偏平
断面の長手方向が主放電電極６、６ａの長手方向に平行
である構成としている。

【００１１】請求項１に記載の発明によると、予備電離
電極の放電方向に対して垂直な断面形状を偏平にし、そ
の偏平断面の長手方向と主放電電極の長手方向とを平行
にしているので、予備電離光エネルギーが予備電離電極
に遮断されることなく主放電空間へ放出される。したが
って、予備電離電極への供給電流を一定に保っておけば
放電毎に主放電空間内で励起される気体量がばらつくこ
とが無いので、レーザ光発振時のレーザ光量が安定す
る。この結果、安定したレーザ出力が得られる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
記載のガスレーザ装置において、予備電離電極８、８ａ
が、前記偏平断面の長手方向に複数並べて配設された構
成としている。

【００１３】請求項２に記載の発明によると、上記請求
項１記載の扁平予備電離電極を偏平断面の長手方向に複
数個並べて配設しているので、レーザ光軸方向に細長い
主放電空間１１の場合でも、予備電離光エネルギーが主
放電空間１１全体に一様に放出され、予備電離電極への
供給電流を一定に保っておけば放電毎に主放電空間内で
励起される気体量がばらつくことが無くなる。よって、
レーザ光発振時のレーザ光量が安定し、安定したレーザ
出力が得られる。

【００１４】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
記載のガスレーザ装置において、予備電離電極８、８ａ
のいずれか一方のみが前記偏平断面を有する構成として
いる。

【００１５】請求項３に記載の発明によると、いずれか
一方の予備電離電極の予備放電方向に対して垂直な断面
形状を偏平にし、その偏平断面の長手方向と主放電電極
の長手方向とを平行にしているので、予備電離光エネル
ギーが予備電離電極に遮断されることなく主放電空間へ
放出される。したがって、予備電離電極への供給電流を
一定に保っておけば放電毎に主放電空間内で励起される
気体量がばらつくことが無いので、レーザ光発振時のレ
ーザ光量が安定する。この結果、安定したレーザ出力が
得られる。

【００１６】また、請求項４に記載の発明は、請求項
１、２又は３に記載のガスレーザ装置において、前記偏
平断面を有する予備電離電極８、８ａの少なくともいず
れか一方の放電面は、対向する他方の予備電離電極８、
８ａの方に膨らんだ滑らかな曲面を有する構成としてい
る。

【００１７】請求項４に記載の発明によると、偏平予備
電離電極の放電面を対向する一方の予備電離電極の方に
膨らんだ滑らかな曲面としているので、予備放電が電極
の角部に集中することが防止される。この結果、予備電
離電極の寿命を向上することができる。

【００１８】また、請求項５に記載の発明は、請求項４
記載のガスレーザ装置において、前記偏平断面を有する
予備電離電極８、８ａの少なくともいずれか一方の放電
面は、主放電電極６、６ａに近い方の高さを遠い方より
も低くした構成としている。

【００１９】請求項５に記載の発明によると、主放電電
極に遠い方の予備電離電極の放電面での放電時の予備電
離光エネルギーを主放電電極に近い方の予備電離電極で
遮断することが無くなるので、予備電離電極への供給電
流を一定に保っておけば放電毎に予備電離光エネルギー
の主放電空間への放出量がばらつくことが無くなる。よ
って、レーザ光発振時のレーザ光量が安定し、より安定
したレーザ出力が得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら発明
の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係わ
るガスレーザ装置のレーザチャンバ内の構成を示した横
断面図である。同図において、従来と同様の構成には同
一の符号を付しており、ここでの説明を省く。レーザチ
ャンバ１内に、放電によって熱せられ、かつ、ファン２
によって還流されたレーザガスを冷却する熱交換器３を
配設している。図１において、レーザガス還流方向２０
はレーザ光の光軸方向（同図において、紙面に垂直方
向）に対して垂直な方向になっている。

【００２１】主放電空間１１の近傍には予備電離電極
８、８ａがレーザガス還流方向２０及びレーザ光軸方向
に対して垂直方向に対向して配設されている。そして、
両方の予備電離電極８、８ａの予備放電空間の位置は主
放電電極６、６ａ間の略中央に設定されている。

【００２２】予備電離電極８ａは絶縁部材１２に給電線
１０と共に取着され、絶縁部材１２はレーザチャンバ内
壁９の所定位置に設けられた絶縁部材取付穴２５に挿入
され、レーザチャンバ内壁９に取着されている。また、
予備電離電極８、８ａの近傍のレーザチャンバ内壁９に
は放電防止用絶縁部材２２ａが設けられていて、予備電
離電極８ａとレーザチャンバ内壁９との間で放電が発生
しないようになっている。主放電電極６及び予備電離電
極８と、主放電電極６ａ及び予備電離電極８ａとの間に
は、励起電源（図１０参照）からの電源ラインが接続さ
れている。

【００２３】予備電離電極８、８ａの少なくとも一方の
放電方向に垂直な断面は、レーザ光軸方向、すなわち、
主放電電極６、６ａの長手方向と平行な偏平な形状を有
している。第一実施例は予備電離電極８側の放電方向に
垂直な断面が偏平形状を有する場合を示しており、図２
は第一実施例を説明するための主放電電極６、６ａ及び
予備電離電極８、８ａの斜視図を表している。同図に示
すように、主放電電極６、６ａはレーザ光軸方向に細長
い形状を有しており、予備電離電極８の放電方向に垂直
な断面は主放電電極６、６ａの長手方向と平行な偏平な
形状を有している。図３は、図２における予備電離電極
８のＸ視図であり、予備電離電極８の放電方向に垂直な
断面形状を表している。この断面形状は偏平していて、
図３の(a) に示す長方形や、(b) に示す長方形の４つの
角が丸みを帯びたものや、(c) に示す楕円形等の形状で
あってもよい。

【００２４】また、予備電離電極８、８ａは主放電電極
６、６ａの長手方向に複数並べて配設されている。図４
は複数の予備電離電極８、８ａが配列された図を示して
おり、図２におけるＹ視図を表している。各予備電離電
極８、８ａは、前述のようにそれぞれ図示していない励
起電源からの電源ラインに接続されている。なお、予備
電離電極８、８ａは長手方向に１個のみ配設してもよ
い。

【００２５】上記のような予備電離電極８、８ａの作用
を、次に説明する。図２に示すように、主放電電極６、
６ａの長手方向（レーザ光軸方向と一致している）と直
交する方向の予備電離電極８の幅Ｌ１を狭くしている。
これによって、予備電離電極８、８ａ間の予備電離空間
１５の内、主放電電極６、６ａの主放電空間１１に向か
う方向の長さを狭くできる。このとき、予備電離光エネ
ルギーが予備電離電極８、８ａにより遮断されることが
無いので、予備電離光エネルギーの主放電空間１１への
放出量が放電毎にばらつかなくなる。このため、主放電
空間１１内で励起される気体量がばらつくことが無いの
で、レーザ光発振時のレーザ光量が安定する。この結
果、安定したレーザ出力が得られる。

【００２６】なお、予備電離電極８の放電面の形状は、
放電が角部に集中しないように角部を無くした滑らかな
曲線が望ましい。図５(a),(b) 及び図６(a),(b) はこの
形状を説明する図であり、それぞれ予備電離電極８、８
ａをレーザ光軸方向から見た側面図及び主放電電極６、
６ａ側から見た側面図（図５のＺ視図）を表している。
図５(b) 及び図６(b) に示すように、予備電離電極８の
放電面は対向する一方の予備電離電極８ａの方に膨らん
だ滑らかな曲面を有している。このとき、この曲面は、
レーザ光軸方向から見た側面が図５(b) のようになって
いるか、主放電電極６、６ａ側から見た側面が図６(b)
のようになっているかの少なくともいずれか一方を満足
していればよい。

【００２７】また、予備電離電極８の放電面の高さを、
主放電電極６、６ａに近い方を遠い方よりも低くするこ
とが望ましい。すなわち、図７に示すように、予備電離
電極８の放電面の主放電電極６、６ａに近い方の高さを
Ｈ1 とし、遠いほうの高さをＨ2 とすると、「Ｈ1 ＜Ｈ
2 」となるように構成する。こうすることにより、予備
電離空間１５の内、主放電電極６、６ａに近い方の空間
が遠い方よりも広がるので、予備電離光エネルギーが予
備電離電極８、８ａにより遮断されることがもっと少な
くなる。よって、予備電離光エネルギーの主放電空間１
１への放出量のばらつきがさらに改善され、レーザ光発
振時のレーザ光量が一層安定する。

【００２８】次に、第二実施例を図８によって説明す
る。第二実施例は、予備電離電極８、８ａの内で予備電
離電極８ａ側の放電方向に垂直な断面が偏平形状を有す
る場合を示しており、その他の構成は第一実施例と同様
とする。図８は、第二実施例を説明するための予備電離
電極８、８ａをレーザ光軸方向から見た側面図を表して
いる。同図において、Ｂ−Ｂ断面図は前実施例と同様に
図３の(a) 、(b) 、(c)等のいずれかで表される。この
とき、予備電離電極８側の放電方向に垂直な断面は円
形、正方形等になっていてもよい。

【００２９】第二実施例の作用は、第一実施例と同様と
なる。すなわち、予備電離電極８、８ａ間の予備電離空
間１５の内、主放電電極６、６ａの主放電空間１１に向
かう方向の長さを狭くできる。よって、予備電離光エネ
ルギーの主放電空間１１への放出量が放電毎にばらつか
なくなる。このため、主放電空間１１内で励起される気
体量がばらつくことが無いので、レーザ光発振時のレー
ザ光量が安定し、安定したレーザ出力が得られる。

【００３０】なお、本実施例においても、偏平形状の断
面を有する予備電離電極８ａの側面形状は、図５及び図
６に示されている予備電離電極８の形状と同様にする方
が望ましい。すなわち、予備電離電極８ａの放電面は対
向する一方の予備電離電極８の方に膨らんだ滑らかな曲
面を有しており、このとき、この曲面は、レーザ光軸方
向から見て膨らんでいるか、主放電電極６、６ａ側から
見て膨らんでいるかの少なくともいずれか一方を満足し
ていればよい。また、予備電離電極８ａの放電面の高さ
も、図７に示される予備電離電極８の形状と同様に、主
放電電極６、６ａに近い方を遠い方よりも低くすること
が望ましい。

【００３１】さらに、予備電離電極８、８ａの両方が、
図９に示すように第一実施例及び第二実施例と同様の偏
平形状の断面を有していてもよい。そして、このときの
各予備電離電極８、８ａの放電面の側面形状及び高さ
も、第一実施例及び第二実施例において述べたように図
５、図６、図７と同様にした方が望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるガスレーザ装置のレーザチャン
バ内の構成を示した横断面図である。

【図２】本発明に係わる第一実施例の主放電電極及び予
備電離電極の斜視図を表す。

【図３】本発明に係わる予備電離電極の断面形状を表
す。

【図４】本発明に係わる複数の予備電離電極をレーザ光
軸方向に並べた側面図を表す。

【図５】本発明に係わる予備電離電極のレーザ光軸方向
から見た側面図を表す。

【図６】本発明に係わる予備電離電極の主放電電極側か
ら見た側面図を表す。

【図７】本発明に係わる予備電離電極のレーザ光軸方向
から見た側面図を表す。

【図８】本発明に係わる第二実施例の予備電離電極のレ
ーザ光軸方向から見た側面図を表す。

【図９】本発明に係わる他の実施例の予備電離電極のレ
ーザ光軸方向から見た側面図を表す。

【図１０】従来技術に係わるガスレーザ装置を使用した
レーザチャンバ内の構成を示した横断面図である。

【図１１】従来技術の予備電離電極の予備電離光エネル
ギー放出量のばらつきを説明する図である。

【図１２】従来技術の予備電離電極の断面形状の例を表
す。

【符号の説明】

１…レーザチャンバ、２…ファン、３…熱交換器、４…
ベローズ、５…電極支持体、６、６ａ…主放電電極、
８、８ａ…予備電離電極、９…レーザチャンバ内壁、１
０…給電線、１１…主放電空間、１２…絶縁部材、１３
…絶縁部材、１４…給電線、１５…予備電離空間、１６
…電流導入端子ホルダ、１７…電源、１８…コイル、１
９ａ、１９ｂ…コンデンサ、２０…レーザガス還流方
向、２２ａ…放電防止用絶縁部材、２５…絶縁部材取付
穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤仙聡神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定方向に細長い一対の主放電電極(6),
(6a)の近傍に設けられた予備電離電極(8),(8a)を有した
放電励起方式のガスレーザ装置において、予備電離電極(8),(8a)の予備放電方向に対して垂直な断
面は偏平断面であり、かつその偏平断面の長手方向が主
放電電極(6),(6a)の長手方向に平行であることを特徴と
するガスレーザ装置。
【請求項２】予備電離電極(8),(8a)が、前記偏平断面
の長手方向に複数並べて配設されたことを特徴とする請
求項１記載のガスレーザ装置。
【請求項３】予備電離電極(8),(8a)のいずれか一方の
みが前記偏平断面を有することを特徴とする請求項１記
載のガスレーザ装置。
【請求項４】請求項１、２又は３に記載のガスレーザ
装置において、前記偏平断面を有する予備電離電極(8),(8a)の少なくと
もいずれか一方の放電面は、対向する他方の予備電離電
極(8a),(8)の方に膨らんだ滑らかな曲面を有することを
特徴とするガスレーザ装置。
【請求項５】請求項４記載のガスレーザ装置におい
て、前記偏平断面を有する予備電離電極(8),(8a)の少なくと
もいずれか一方の放電面は、主放電電極(6),(6a)に近い
方の高さを遠い方よりも低くしたことを特徴とするガス
レーザ装置。