JPH10223953A - 放電励起ガスレーザー装置 - Google Patents

放電励起ガスレーザー装置

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JPH10223953A
JPH10223953A JP5822997A JP5822997A JPH10223953A JP H10223953 A JPH10223953 A JP H10223953A JP 5822997 A JP5822997 A JP 5822997A JP 5822997 A JP5822997 A JP 5822997A JP H10223953 A JPH10223953 A JP H10223953A
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JP
Japan
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main discharge
discharge electrodes
pair
capacitor
discharge
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JP5822997A
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English (en)
Inventor
Akira Senbayashi
暁 千林
Kenta Naito
健太 内藤
Shigeru Kato
茂 加藤
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧・高繰り返し・短パルス放電によりガ
スを励起してレーザ光を発生する放電励起ガスレーザー
装置において、レーザ励起のためのインパルス電流の大
きさにかかわらず、補助電圧発生器を主放電電極に接続
することのできる放電励起ガスレーザー装置を提供する
こと。 【解決手段】 1次コンデンサ12に充電用インダクタ
ンスL1を介して充電された電荷をスイッチ素子14の
オン駆動の繰り返し毎に、2次コンデンサ13へ移行
し、この移行により放電してレーザガスの励起を行う一
対の主放電電極2,3に、主放電インターバル中に一対
の主放電電極2,3間の残留電荷を除去する電圧を印加
する補助電圧発生器Eを接続するともに、補助電圧発生
器Eから前記充電用インダクタンスL2へ流れる電流を
阻止するダイオードDを前記移行回路中に挿入接続し、
ダイオードDに流れる電流を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電励起エキシマ
レーザー等の高電圧・高繰り返し・短パルス放電により
ガスを励起してレーザ光を発生する放電励起ガスレーザ
ー装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】放電励起エキシマレーザー等の高電圧・
短パルス放電ガスレーザー装置では、高出力を得るため
に数Hz〜数100Hzの高繰り返し運転が行われる。
図3はこのような高電圧・高繰り返し・短パルス放電に
よりレーザガスを励起してレーザ光を発生する放電励起
ガスレーザー装置の構造の概略を示す図で、図におい
て、1は放電チャンバで、放電チャンバ1の内部に一対
の主放電電極2及び3、対からなる予備電離電極4及び
5、ブロワ6、熱交換器7を収納して構成されている。
【0003】一対の主放電電極2及び3は、主放電パル
ス発生器10に接続され、対の予備電離電極4及び5は
予備電離電源9に接続されている。レーザ発振時には、
対の予備電離電極4及び5間に予備電離電源9から放電
電圧を印加して予備放電を発生し、この放電により発生
する例えば紫外光を一対の主放電電極2及び3間のレー
ザガス8に照射して予備電離し、つづいて一対の主放電
電極2及び3間に主放電パルス発生器10から高電圧・
短パルスの電圧が印加されて主放電を発生し、この放電
によって一対の主放電電極2及び3間のレーザガス8を
励起し、この励起により例えば紫外域のパルスレーザを
発振する。
【0004】ところで、この1つの主放電パルスによっ
て主放電電極2及び3間には残留電荷が発生する。高繰
り返し運転時には、この主放電電極2及び3間の残留電
荷が連続する主放電パルスに影響を与え、数Hz以上で
は空間的に均一なグロー状のパルス放電が得られなくな
り、レーザー出力が低下することが知られている。高繰
り返し運転により高出力を得るためには主放電電極2及
び3間の残留電荷を除去する必要がある。この残留電荷
を除去するために主放電電極2及び3間のレーザーガス
8をブロワ6によって残留電荷を吹き流すようにされて
いる。
【0005】一般的には主放電空間は、主放電電極2及
び3間距離が数cm電極長方向が10cm以上となって
いる。ガスフローの方向としては電極幅方向が選ばれ
る。数10Hzの繰り返し運転とすると数10msのイ
ンターバル(パルス放電の空き時間)中に、数100H
zの繰り返し運転とすると数msというインターバル中
に主放電空間体積のレーザーガスを吹き流す必要があ
る。
【0006】実際にはこのインターバル中に主放電空間
体積の3倍程度以上のガスフローが必要とされており、
必要なガス流量は100m/h以上にも及ぶ。このた
めに消費される電力は、この種のレーザー装置の全消費
電力に占める割合の数10%にも及び、総合エネルギー
効率を低下させる要因となっている。
【0007】また、レーザーガス8は主放電によっても
発熱して高温になるが、ブロワ6による高速フローでも
加熱されてさらに高温になる。一般にレーザーガス8は
高温になるとレーザー出力が低下する傾向がある。この
ため、高速フロー時にはより冷却能力の高い熱交換器7
が必要となる。その結果、高速ガスフローで主放電空間
から残留電荷を取り除く手法では、装置サイズは大型化
し、高価で、しかも総合エネルギー効率が悪いという問
題がある。
【0008】この問題を解消するために、補助電圧発生
器を設け、この補助電圧発生器と主放電電極2及び3を
接続して、主放電電極2及び3の短パルス放電のインタ
ーバル中に主放電電極2及び3間に補助電圧発生器から
絶縁破壊以下の電圧を印加し、この電圧によって主放電
電極2及び3間の残留電荷を電気的に除去することが提
案されている。この提案によれば、残留電荷を電気的に
除去するため、ガスフローは全く行わなくてよいか、も
しくは小容量で済み、エネルギー効率が高く、コンパク
トな高電圧・高繰り返し・短パルス放電ガスレーザ装置
を得ることが可能になる。
【0009】図4は、この提案による補助電圧発生器を
設けた高電圧・高繰り返し・短パルス放電ガスレーザ装
置の一例の回路構成を示す図で、11は高圧電源入力端
子、12は1次コンデンサ、13は2次コンデンサ、1
4はサイラトロン等のスイッチ素子、2,3は一対の主
放電電極、L1は回路インダクタンス、L2は充電用イ
ンダクタンス、L3はブロッキングインダクタンス、D
はダイオード、Eは直流電源(補助電圧発生器)であ
る。なお、予備電離電極及び予備電離電極の電源回路は
省略されている。
【0010】高圧電源入力端子11、1次コンデンサ1
2、2次コンデンサ13、スイッチ素子14、回路イン
ダクタンスL1、充電用インダクタンスL2からなる回
路は図3における主放電パルス発生器10に相応する回
路で、スイッチ素子14がオフしている時に高圧電源入
力端子11に接続された図示しない高圧電源から1次コ
ンデンサ12にインダクタンスL1,L2を介して充電
される。
【0011】ついで、スイッチ素子14がオン駆動され
ると1次コンデンサ12に充電された電荷は2次コンデ
ンサ13へと移行する。この移行により2次コンデンサ
13の電圧が所定の高電圧に達すると、主放電電極2,
3間にグロー放電が発生し、この放電によりレーザガス
が励起されてレーザ光を出力する。
【0012】主放電電極2,3には補助電圧発生器Eが
ブロッキングインダクタンスL3を介して接続され、主
放電電極2及び3の放電のインターバル中に主放電電極
2及び3間に絶縁破壊以下の電圧を印加するようにされ
ている。この場合、主放電パルス発生器と補助電圧発生
器Eの絶縁を保ち、補助電圧印加中に主放電電極2及び
3間が充電用インダクタンスL2を通じて短絡されない
ようにダイオードDが主放電電極2及び3と2次コンデ
ンサ13の間に挿入接続されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように主
放電電極2及び3と2次コンデンサ13の間にダイオー
ドDを挿入接続して補助電圧発生器Eを主放電電極2,
3に接続する構成では、レーザ励起のためのインパルス
電流がダイオードDに流れるため、大容量かつ高速のダ
イオードとする必要があり、特に数10nSの間に数1
0KAもの大電流が流れるエキシマレーザ等に対応する
ことが困難であるという問題がある。
【0014】本発明は、この問題に鑑みなされたもの
で、高電圧・高繰り返し・短パルス放電によりガスを励
起してレーザ光を発生する放電励起ガスレーザー装置に
おいて、レーザ励起のためのインパルス電流の大きさに
かかわらず、補助電圧発生器を主放電電極に接続するこ
とのできる放電励起ガスレーザー装置を提供することを
目的とする。
【0015】
【課題が解決しようとする手段】本発明では、高圧電源
により充電用インダクタンスを介して充電される1次コ
ンデンサと、所定のタイミングでオン駆動されるスイッ
チ素子と、前記充電用インダクタンスに並列に接続され
前記スイッチ素子のオン駆動時前記1次コンデンサによ
り充電される2次コンデンサと、前記2次コンデンサに
並列に接続され前記2次コンデンサの充電により放電し
てレーザガスの励起を行う一対の主放電電極とを備え、
前記一対の主放電電極間に高電圧・高繰り返し・短パル
ス放電を発生させ、前記放電により前記一対の主放電電
極間のガスを励起してレーザ光を発生する放電励起ガス
レーザー装置において、前記短パルス放電のインターバ
ル中に前記一対の主放電電極に、絶縁破壊以下で前記一
対の主放電電極間の残留電荷の除去可能の電圧を印加す
る補助電圧発生器を前記一対の主放電電極に並列に接続
するとともに、前記補助電圧発生器から前記充電用イン
ダクタンスへ流れる電流を阻止するダイオードを前記充
電用インダクタンスと前記2次コンデンサの並列回路中
に挿入接続してなることを特徴とする。
【0016】本発明の上記特徴によれば、補助電圧発生
器から充電用インダクタンスへ流れる電流を阻止するダ
イオードには、1次コンデンサから2次コンデンサへの
容量移行時の数KA〜10KAの電流、あるいは1次コ
ンデンサ充電時の電流及びパルス印加時の漏れ電流の数
10Aが流れるだけでダイオードに流れる電流は大幅に
低減されるので、レーザ励起のためのインパルス電流が
大きくても一対の主放電電極に補助電圧発生器を簡単に
接続することが可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る放電励起ガス
レーザー装置の実施の形態について図を参照して説明す
る。図1は本発明に係る実施の形態の放電励起ガスレー
ザー装置の回路図、図2は本発明に係る他の実施の形態
の放電励起ガスレーザー装置の回路図である。なお、図
4に示す従来の放電励起ガスレーザー装置の回路と同一
部分および対応する部分には同一の符号が付してある。
また、予備電離電極及び予備電離電極の電源回路は省略
されている。
【0018】本発明にしたがい、図1に示す実施の形態
の放電励起ガスレーザー装置では、主放電電極2,3
に、主放電パルス電圧の最大値の1/10よりも低い例
えば1KVの直流電圧を発生する補助電圧発生器Eをブ
ロッキングインダクタンスL3を介して接続し、補助電
圧発生器Eから充電用インダクタンスL2へ流れる電流
を阻止するダイオードDを充電用インダクタンスL2と
2次コンデンサ13の並列回路の1次コンデンサ12か
ら2次コンデンサ13への容量移行時の電流が流れる回
路中に挿入接続して構成されている。
【0019】このように構成された放電励起ガスレーザ
ー装置は、スイッチ素子14がオフしている時に高圧電
源入力端子11に接続された図示しない高圧電源から1
次コンデンサ12にインダクタンスL1,L2を介して
充電される。このとき、主放電電極2,3は補助電圧発
生器Eの電圧が印加され、また2次コンデンサ13は補
助電圧発生器Eにより充電される。
【0020】ついで、スイッチ素子14がオン駆動され
ると1次コンデンサ12に充電された電荷は2次コンデ
ンサ13へと移行する。この移行により2次コンデンサ
13の電圧が所定の高電圧に達すると、主放電電極2,
3間にグロー放電が発生し、この放電によりレーザガス
が励起されてレーザ光を出力する。この主放電は、数H
z〜数100Hzで繰り返し行われる。スイッチ素子1
4がオン駆動されたとき、ダイオードDに流れる電流は
1次コンデンサ12から2次コンデンサ13への容量移
行電流であり、数KA〜10KAである。
【0021】そして、一対の主放電電極2及び3間への
高電圧・短パルスの電圧の印加のインターバル毎に一対
の主放電電極2及び3間に補助電圧発生器Eからの電圧
が印加されることにより一対の主放電電極2及び3間に
残留する電子あるいはイオン等の荷電粒子は一対の主放
電電極2及び3に吸収されてスイープされ、次の高電圧
・短パルスの電圧の印加時には、一対の主放電電極2及
び3間に残留する電荷はなくなり、これにより空間的に
均一なグロー状のパルス放電が得られる。
【0022】補助電圧発生器Eから充電用インダクタン
スL2へ流れる電流を阻止するダイオードDは、図2に
示すように、充電用インダクタンスL2と直列に1次コ
ンデンサ12の充電電流が流れる回路中に挿入接続して
構成しても良い。この場合、ダイオードDに流れる電流
は、1次コンデンサ12の充電時の電流及び一対の主放
電電極2及び3間への高電圧・短パルスの電圧の印加時
の漏れ電流の数10A以下となりダイオードDに流れる
電流は大幅に低減される。
【0023】なお、図2に示す放電励起ガスレーザー装
置は、図1の放電励起ガスレーザー装置と同様に動作す
るので、その説明は省略する。また、図2に示す放電励
起ガスレーザー装置では、スイッチ素子14と並列に抵
抗Rが接続されているが、この抵抗Rはスイッチ素子1
4のオフ時、すなわち一対の主放電電極2及び3間への
高電圧・短パルスの電圧の印加前に、補助電圧発生器E
の電圧を1次コンデンサ12に充電してこの電圧がスイ
ッチ素子14に加わらないようにするためのものであ
り、スイッチ素子14の動作特性(オフ特性)に差しつ
かえがない場合には省略しても良い。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
補助電圧発生器から充電用インダクタンスへ流れる電流
を阻止するダイオードには、1次コンデンサから2次コ
ンデンサへの容量移行時の電流、あるいは1次コンデン
サ充電時の電流及びパルス印加時の漏れ電流が流れるだ
けでダイオードに流れる電流は大幅に低減されるので、
ダイオードの選定範囲が拡大され安価なダイオードの使
用が可能になるとともに、ダイオードの寿命を延ばすこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る放電励起ガスレーザー装置の回路
図である。
【図2】本発明に係る放電励起ガスレーザー装置の他の
例の回路図である。
【図3】放電励起ガスレーザー装置の構造の概略を示す
構成図である。
【図4】従来の放電励起ガスレーザー装置の回路図であ
る。
【符号の説明】
3、4 主放電電極 11 高圧電源入力端子 12 1次コンデンサ 13 2次コンデンサ 14 スイッチ素子 D ダイオード L1 回路インダクタンス L2 充電インダクタンス L3 ブロッキングインダクタンス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高圧電源により充電用インダクタンスを
    介して充電される1次コンデンサと、所定のタイミング
    でオン駆動されるスイッチ素子と、前記充電用インダク
    タンスに並列に接続され前記スイッチ素子のオン駆動時
    前記1次コンデンサにより充電される2次コンデンサ
    と、前記2次コンデンサに並列に接続され前記2次コン
    デンサの充電により放電してレーザガスの励起を行う一
    対の主放電電極とを備え、前記一対の主放電電極間に高
    電圧・高繰り返し・短パルス放電を発生させ、前記放電
    により前記一対の主放電電極間のガスを励起してレーザ
    光を発生する放電励起ガスレーザー装置において、前記
    短パルス放電のインターバル中に前記一対の主放電電極
    に、絶縁破壊以下で前記一対の主放電電極間の残留電荷
    の除去可能の電圧を印加する補助電圧発生器を前記一対
    の主放電電極に並列に接続するとともに、前記補助電圧
    発生器から前記充電用インダクタンスへ流れる電流を阻
    止するダイオードを前記充電用インダクタンスと前記2
    次コンデンサの並列回路中に挿入接続してなることを特
    徴とする放電励起ガスレーザー装置。
JP5822997A 1997-02-04 1997-02-04 放電励起ガスレーザー装置 Pending JPH10223953A (ja)

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