JPS61224383A

JPS61224383A - レーザー管用電源装置

Info

Publication number: JPS61224383A
Application number: JP61061008A
Authority: JP
Inventors: アントワーヌ　イルト; アントワーヌ　シモン
Original assignee: ANSUCHI FURANKO ARUMANDO DE RE; ANSUCHI FURANKO ARUMANDO DE RECH DE SAN RUI
Current assignee: ANSUCHI FURANKO ARUMANDO DE RE; ANSUCHI FURANKO ARUMANDO DE RECH DE SAN RUI
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1986-10-06
Also published as: US4698819A; JPH0342710B2; FR2579382A1; FR2579382B1; DE3606578A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザー管特にガスレーザー菅ある≠は金属
蒸気レーザー管＃ｌＩＥ源装置に関す、る。

〔従来の技術〕

レーザー管を用いる場合には、まずレーザー媒体のイオ
ン化（以下前駆イオン化と呼ぶ）を行い、次にこの前駆
イオン化されたプラズマに大電力パルスを加えてレーザ
ーを励起させることが必要であることは周知である。こ
れは、分布反転すなわち励起された分子の数が低エネル
ギーレベルの分子のそれを上まわる励起状態への分子の
遷移の生じる時間内に行われる。レーザー放出は、この
励起され九分子が低レベル状態にもどる際に生じる。

横励起型ガスレーザー、例えばエキシマ（ｅｘｅｌｍｅ
ｒ）レーザーの場合には、レーザー媒体の前駆イオン化
にはＸＩｉまたは紫外線が頻々＃１−られる。しかしな
がら、ＸＩＩ！あるいは紫外線による前駆イオン化装置
は高価であり且つ大型である。更に金属蒸気レーザーの
場合には、高周波数１　（１〜ｔｏｏＫＨｚ）、低放！
１Ｅ１１に流（１００〜１００ＯＡ　）および縦励起、
すなわちレーザビームの出力方向に平行な電界の使用、
のためにｘｍまたは紫外線を前駆イオン化に用いること
が出来ない。この種のレーザーでは、前駆イオン化を°
放電により行うのが普通である。前駆イオン化中に共振
回路により得られるエネルギーは部分的にコンデンサに
蓄えられ、レーザー管内Ｉｌｃ紋電がはじまるときにレ
ーザー管に放出される。

しかしながら、このコンデンサの放電は制御不能であり
一従って放電の瞬間にプラズマが充分にイオン化されな
―ことも生じうる◎その場合には、レーザー管のインピ
ーダンスは、例えば電界（１００１リーと２００　ｖ／
ｍの間で最適となる）あるいはプラズマに送り込まれる
エネルギーの密１ｊ　（１ｍＪ／７が最適）のような放
電パラメータの最適化には望ましくない状態となる。

更に、金属蒸気レーザーで高出力を得ようとすれば、レ
ーザー管の容積を増さなければならない。

従って、プラズマの単位体積当りのレーザー出力エネル
ギーが減少することになるが、その場合には次のような
腐象が生じる。

イ）　プラズマ内の再結合に要する時間が長くなり、そ
して低放ｍｗＲ波数の使用が不可欠となる。これにより
、通常繰返し周波数によりきまる残留鴨オン化損失が生
じる０それ故、管内に放電が生じるまでの時間がますま
す長くなる。

口）　励起回路が管の容積に比例する性能をつくり出さ
ねばならない０これは、枚Ｉ！周波数の低下とは相いれ
ないものである。

ハ）　レーザー管の゛寸法を増大する場合には、管のイ
ンダクタンスが増加し、抵抗が減少する。その結果、電
流の立上り時間が長くなり、そして分布反転が維持出来
る約５０　ｎｓの最大時間より一般に長くなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のガスレーザーにおける上記したＸＳあるいは紫外
Ｓあるいは放電を利用しての励起に固有の欠点を解決す
ることが本発明の目的であり、レーザー媒体の適正な前
駆イオン化およびレーザー管内での高速励起を生じさせ
るような放電をつくり出すことの出来るレーザー管用の
電源装置を提供する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための手段は、前駆イオン化パルス
を形成する前駆イオン化回路と、励起パルスを形成する
九めの励起回路と、この前駆イオン化パルスと励起パル
スを同期化する装置とを特徴として有する、パルス形成
およびパルストリガ一手段を備え次レーザー管用の電源
装置である。

〔作用〕

この電源装置によれば、前駆イオン化パルスがレーザー
管を望ましい状態にし、励起パルスがレーザー媒体内に
必要な時間だけ分布反転をつくり出すことが出来る。

一実施例によれば、上記同期化手段は前駆イオン化回路
と励起回路との間に配置式れるトリガ−装置なスイッチ
から成る。これによれば、励起放電の瞬間がスイッチを
トリガーすることだけで決定出来る。

このスイッチは磁気的に動作するものであればよく、そ
の場合にはスイッチのコアを飽和させることにより−ド
リガーを自動的に行うことが出来る。

他の実施例によれば、この磁気的に動作するスイッチの
リセット電流を調整する装置を設ける。

これによりレーザー管の励起パルスをトリガーする時点
をリセツ）ＩＫ流の適正な決定により管の動作条件に容
易に合わせることが出来るようになる◎本発明の第一の
実施列においては１電源装置は前駆イオン化回路と励起
回路とに共通のインダクタンスと阻止ダイオードを有す
る。前駆イオン化回路は、前駆イオン化インダクタンス
を介して阻止ダイオードとパルストリガー装置とに接続
する第１端子を有する前駆イオン化コンデンサを含んで
いる。レーザー管の一端子に接続するこのコンデンサの
第２端子は、レーザー管に並列のインピーダンスと磁気
動作するスイッチの第１端子とに接続する。励起回路は
第１励起コンデンサを含み、その第１端子は励起インダ
クタンスを介して阻止ダイオードに接続し、第２端子は
上記スイッチの第２端子とレーザー管に並列となった第
２励起コンデンサとに接続する。従って、前駆イオン他
相において前駆イオン化コンデンサがレーザー管に前駆
イオン化パルスを送り込み、第１励起コンデンサが第２
励起コンデンサに送られるべきエネルギーを得るように
なっており〜励起相にお−ては磁気動作するスイッ゛チ
のコアが飽和すると直ちにＩｇ２’ｍ起コンデンサが励
起パルスを送り出すようになって−る。

前駆イオン化回路は１可飽和コアを有する昇圧変圧−の
１次巻線を含んで−る口この１次巻線の第１端子はパル
ス形成装置のレーザー管、それに並列のインピーダンス
およびトリガ−装置なスイッチの第１端子に接続する。

この励起回路は可飽和コアを有する変圧器の２次巻線を
含み、この巻線はスイッチの第２端子ＶＣ接続するイン
ダクタンスに直列となっており、その第２端子はレーザ
二管の第２端子に接続する。従って、この変圧器の１次
巻線を通る前駆イオン化菖流の流路は、スイッチのりセ
ットおよび変圧器コアの連続した非飽和をも苑らすもの
であり、それにより前駆イオン化パルス°の終端に□お
いてこの励起回路はレーザー管に一起パルスを送り込む
態勢となる。　　　　□〔実施例〕第１図に示す電源装置は、直流電源１およびそれに接続
するインピーダンス２とコンデンサ３からなるフィルタ
回路を含んでいる。このフィルタ回路には、前駆イオン
化回路と励起回路に共通のインダクタンス４と阻止ダイ
オード５からなる装置が接続する◎前駆イオン化回路は
前駆イオン化コンデンサ６を含み、このコンデンサの第
１端子７は前駆イオン化コイル９を介してインダクタン
ス４とサイラトロンのようなパルストリガー装置８に接
続し１第２端子１０はレーザー管１２の第１端子１１と
、磁気的に動作するスイッチ１５の第１端子１４と、こ
の管に並列のインピーダンス１３とに接続する。レーザ
ー管１２の第２端子は、接地点を介してインダクタンス
１３の第２端子とパルストリガー装置８に接続する。

こ、の実施例では、前駆イオン化回路はレーザー管１２
とインピーダンス１３とに並列のコンデンサ１６を含ん
でいる。

励起回路は第１励起コンデンサ１７を含み、その第１端
子１８は励起インダクタンス１９によりインダクタンス
４に接続し、第２端子２０はスイッチ１５の第２端子２
１とレーザー管１２に並列の第２励起コンデンサ２２に
接続する。

磁気的に動作するスイッチ１５は、前駆イオン化回路を
励起回路から切離すためのトリガ−装置なスイ、ツチで
あり、後述する前駆イオン化Ｓルスと励起パルスの同期
化装置を構成する◎一方、更にスイッチ１５のリセツ）
ＩＥ流を調整するための装置が設けである。この装置は
可変インピーダンス回路を含んでおり、列えはエミッタ
とコレクタに直列となったインダクタンス２４とダイオ
ード２５からなる保護回路を有するトランジスタ２３で
構成出来る。

この実施例の動作を次に述べる。

サイラトロン８がトリガーされない期間、すなわちその
格子にパルスがない期間には、インピーダンス１３を通
じて前駆イオン化コンデンサ６が直流電源’ｌＫより充
電される。励起コンデンサ１７もスイッチ１５、インピ
ーダンス１３、ダイオード２５、インダクタンス２．４
およびトランジスタ２３からなる回路を通じて充電する
。励起コンデンサ１７の充電電流は、スイッチ１５がそ
のリセットによりその磁心が非飽和となり開くと同時に
生じる口他方、スイッチ１５の閉成時点は−いくりかの
７アクタ、すなわち磁気回路のパラメータ（横断面積、
巻回数、磁気回路の長さ）、その端子における電圧変動
、リセット時と飽和時間の磁心の磁気誘導の変動に°よ
りきまるものであることは周知である。磁気誘導の変動
自体は、リセット電流によりきまるものである。これら
パラメータは構造により固定されるものでありクセして
電圧変動は全体の回路により同じく決定されるもの！あ
ることを考慮すると、スイッチ１５の閉成時点はり七ツ
）ＷＥ流によってのみ決定される。本発明によれば、こ
のリセット電流は、インダクタンス２４とダイオード２
５により保護されるトランジスタ２３で形成される可変
インピーダンスへ流れるコンデンサ１７の充電電流の部
分により決定される。それ故、トランジスタ２３に入る
電流部分はスイッチ１５には流れないことは明らかであ
る。

従って、スイッチ１５の磁心の磁気誘導の変動、すなわ
ちスイッチ１５の閉成時点はトランジスタ２３の利得に
よりきまる。

サイラトロン８の、格芋にパルスがある時はこのスイッ
チは閉成し、それによりインダクタンス９により抑えら
れる前駆イオン化コンデンサ６０枚電によって前駆イオ
ン化パルスが発生する。この　　　１放電の初期にレー
ザー管１２のインピーダンスは極めて査であり、前駆イ
オン化コンデンサ６により与えられるエネルギーはコン
デンサ１６に部分的に蓄えられる。レーザー管１２が部
分的に導通状態となると、コンデンサ１６は、このコン
デンサ１６をレーザー管１２に接続する回路のインダク
タンスの低下により、レーザー管１２に高速で放電し、
レーザー管１２の前駆イオン化を完了する◎ レーザー管１２の前駆イオン化状態におけるサ　。

イテトロン８の閉成により、第１励起コンデンサ１７か
ら第２励起コンデンサ２２への電荷の転、移が生じる。

これに関し、第１および第２励起コンデンサ１７．２２
は、好適には同一または同程度の容量を有すべきである
点に注意しなければならない。コンデンサ１７から２２
への電荷の転移は〜インダクタンス１９により比較的低
速で行われる。

第２励起コンデンサ２２の端子電圧が充分高く且つレー
ザー管の端子電圧が充分低い、すなわち前駆イオン化−
Ｆ！ＬＩ！Ｅの終期において、スイッチ１５に電流が流
れはじめる。スイッチ１５の磁心が飽和すれば、そのス
イッチは閉じ、すなわちそのインダクタンスはレーザー
管１２のそれより著しく小さくなる。このときコンデン
サ２２は、レーザー管１２に急激に放電して励起？ずル
スを形成する・従って、前駆イオン化ハヘスと励起パル
スの同期化は、スイッチ１５をトリガーすることにより
、そして特にこのスイッチの特性にもとづきそのリセッ
ト電流を決定することにより得られる。またインダクタ
ンス９と１９は、組込まれている回路内の電流の上昇を
抑えてサイテトロン８を保護するだけでなく、前駆イオ
ン化パルスと励起パルスの同期化の調整をも可能にする
ものがある。

第２図は、本発明の他の実施例を示すものである。図中
、第１図と同一参照数字で示される部分は、第１ｖ！Ｊ
と同じものを示している。

前の実施例におけると同様に・第２図の電源装置はフィ
ルタ回路の前に直流電源１を有している。

このフィルタは、インピーダンス２とコンデンサ３から
なる口この直流電源１は低圧共振回路２６に接続されて
おり、回路２６は周知のように可飽和共振コイル２７、
阻止ダイオード３１、コンデンサ２８、インダクタンス
２９、パルストリガーサイリスタ３０（好適には数個の
サイリスタ３０を使用してそれらに加わる電位差を小さ
くする）、阻止ダイオード５４および保護インピーダン
ス５５から構成されている。共振回路２６は昇圧変圧器
の１次巻線３２に接続し、その２次巻線はカスケード接
続した一連のパルス圧縮段３５．１　、３５．２−・・
３５、＋ｎＫ接続する。圧縮段３５．１は磁気的に動作
するスイッチ゛３６．ｌとコンデンサ３７．１を含み、
高圧共振回路を形成し、これは変圧器３３の門状巻線Ｕ
からのパルスと比較してより幅λ狭いパルスを発生する
。スイッチ３６．１は、リセット回路３９．１に接続す
るリセットループ３８．１を有するロリセット回路３９
・ｌは、周知のように、可飽和共振コイル４０・１１阻
止ダイオード４５−１ｘコンデンサ４１−１　ｓ　可変
インピーダンス４２−１　ｓインダクタンス４３．１　
、リセットパルスをト・リガーする九めのサイリスタ４
４．１および充電ダイオード５６．１からなる。

このカスケード接続され九すべての圧縮段は、圧縮段３
５．１と同様の構成を有するが、利得は股間に充分高い
エネルギー転移を得るために段から段に減少するもので
あり、それと同時に高圧パルスの圧縮を行うものである
。段数は元のパルスの幅の関数として決定されるもので
あって、段３５．ｎからの最終／′：ルスはレーザー管
１２の特性によりきまる。特にガスレーザーにりψては
、段数ｎは最終パルスの幅が約１５０〜２００　ｎｓと
なるように決定される。

この実施例では、前駆イオン化回路は可飽和磁心４７を
有する昇圧変圧器の１次巻線４６を含み、この巻線４６
はパルス形成装置の最終のスイッチ３６、ｎの出力端子
に接続する第１ｇｓ子４８と、レーザー管１ｉ′の端子
、それに並列のインピーダンス１３およびスイッチ１５
の第１端子１４に接続する第２端子５３とに接続する。

励起回路は１スイッチ１５の第ｚｔ１４子２１に接続す
る励起インダクタンス１９に直列の変圧［ｓ！４７の第
２巻１！４９と、励起コンデンサ２２とからなり、コン
デ□ンサ２２の第１端子はスイッチ１５の第２端子２１
に、そして第２端子は接地回路を通じレーザー管１２の
第２端子に接続する。

同様に、この回路はスイッチ１５のリセット電流の取出
しループを有する。このループはトランジスタ２３を含
み、このトランジスタのエミッターコレクタ回路はイン
ダクタンス２４とダイオード２５に直列に接続する。可
飽和磁心４７を有する変圧器は、直流ＩＥ源５１から連
続的に給電される飽和ループ５０を含み、このループ５
ｏの電流は、可変抵抗５２により調整される。

この実施例は、次のように動作する。

サイリスタ３０によるパルストリガーがない場竺・飽和
ｈ−プＳＯ″）直流電流が変圧器°７の磁心を飽和させ
、１次および２次巻！！４６と４９が分離される。パル
スがサイリスタ３０によりトリガーされると、そのパル
スは変圧器３３にそして圧縮段３５−１−３５−２　＊
　””　３５−ｎへと入り、磁気的に動作するスイッチ
３６．１　、３６．２　、・・・３６．ｎを次々に閉じ
させる◎スイッチ３６．ｎが閉じた時点で、コンデンサ
３７．ｎがレーザー管１２に放電を開始してそれを前駆
イオン化状態にさせ、それと同時にスイッチ１５のリセ
ットを行う。それ故、リセット電流がスイッチ１５とト
ランジスタ２３を通り、ルーグー励起インダクタンス１
９および２次巻線４９へと流れる。ループ５０の電流よ
り高−前駆イオン化ＩＥ癒により、変圧器４７の可飽和
磁心の飽和解除が保証される。変圧器４７が非飽和とな
ると１コンデンサ３７．ｎ内のエネルギーの大部分が、
励起コンデンサ２２を変圧器４７の変圧比に従う電圧ま
で充電するために使用される。励起デンデンサ２２の電
圧がレーザー管１２のそれより高くなると、スイッチ１
５が閉じる時点まで電流がスイッチ１５に流れはじめ、
励起コンデンサ２２のレーザー管入、２への急激なａ！
電を可能にしそして励起パルスを発生する。

第１の実施例におけるように、この実施例でも一スイッ
チ１５の閉成時点は、トランジスタ２３のインピーダン
スによりｒするスイッチ１５のリセット電流により前も
って調整される。

この第２の実施例は１第１の実施例のサイラド四ン８の
代りに半導体装置により形成しうるものであり、そして
それ故素子寿命が長いことから第１の実施例よりも経済
的である口当然本発明は、これら二つの実施列に限定されるもので
はなく、種々の変更が可能である。特に磁気的に動作す
るスイッチ１５は、複数のそのようなスイッチを用いて
形成してもよく、あるいは等価なトリガ−装置なスイッ
チを用いてもよい。

同様に、スイッチ１５のリセット電流のループ内のトラ
ンジスタ２３も、可変インピーダンスを与えることの出
来る他の装置に置換えることが出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小型且つ安価な前駆イオン化装置が得
られ、そのコンデンサの枚亨の制御は極めて容易となる
◎ま九残留イ、オン化損失が少く、レーザー管自体を大
型にする必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、竺２図は本発
明の他の実施例を示す回路図である。１・・・直流電源、２・・・インピーダンス、　　、８
・・・サイラトロン、１２・・・レーザー管、１３・・
・インピーダンス、１５・・・磁気的に動作するスイッチ、２６・・・低電
圧共振回路１２７・・・可飽和共振コイル、３０・・・サイリスタ、
３２・・・１次巻線、３３・・・昇圧変圧器、コ＋３４
・・・２次巻線、３５．１・・・３５．ｎ・・・圧縮段
、３６．１・・・３６．ｎ・・・磁気的に動作するスイ
ッチ、３８．１・・・３８．ｎ・・・リセットループ、
３９．１・・・３９＊ｎ・・・リセット回路、４０．１
・・・４０．ｎ・・・可飽和共振コイル、４２．１−・
・４２．ｎ・・・可変インピーダンス、４４．１・・・
４４．ｆｉ・・・サイリスタ、４６・−１次巻線、４７
・・・可飽和磁心、４９−２次着線、５０・・・飽和ル
ープ、５１−・・直流電源、５２・・・可変抵抗、５５
・・・インピーダンス

Claims

【特許請求の範囲】

（１）前駆イオン化パルスを形成するための前駆イオン
化回路（４、６；３６、ｎ、４６）と、励起パルスを形
成するための励起回路（１７、２２；４９、２２）と、
上記前駆イオン化パルスと励起パルスを同期化させる装
置とから成ることを特徴とするパルス形成およびパルス
トリガー装置のレーザー管用電源装置。
（２）前記同期化装置が、前記前駆イオン化回路を前記
励起回路から切離すためのトリガー可能なスイッチ（１
５）を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の電源装置。
（３）前記トリガー可能なスイッチが磁気的に作動され
るスイッチであることを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の電源装置。
（４）前記スイッチ（１５）のリセット電流（２３）用
の調整装置を更に含むことを特徴とする特許請求の範囲
第３項記載の電源装置。
（５）前記調整装置が前記スイッチ（１５）に接続する
閉回路内に配置される可変インピーダンス回路（２３）
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電
源装置。
（６）前記可変インピーダンス回路が直列接続するイン
ダクタンス（２４）とダイオード（２５）により保護さ
れるトランジスタ（２３）から成ることを特徴とする特
許請求の範囲第５項記載の電源装置。
（７）電源装置が前記前駆イオン化回路と励起回路内に
配置されるインダクタンス（４）と阻止ダイオード（５
）を更に含むこと、上記前駆イオン化回路が前駆イオン
化インダクタンス（９）を介して上記阻止ダイオード（
５）と前記トリガ−装置（８）に接続する第１端子（７
）と前記レーザー管（１２）の端子（１１）、このレー
ザー管に並列のインピーダンス（１３）および前記スイ
ッチ（１５）の第１端子に接続する第２端子（１０）を
有する前駆イオン化コンデンサ（６）を含んでいること
、そして上記励起回路が励起インダクタンス（１９）を
介して上記阻止ダイオードに接続する第１端子（１８）
と上記スイッチ（１５）および上記レーザー管（１２）
に並列の第２励起コンデンサ（２２）に接続する第２端
子（２１）を有する第１励起コンデンサ（１７）を含ん
でいることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電
源装置。
（８）前記パルス形成装置が、昇圧変圧器（３３）の１
次巻線（３２）に接続する低電圧共振回路（２６）と上
記変圧器（３３）の２次巻線（３４）に接続する１群の
パルス圧縮段（３５．１〜３５．ｎ）を含んでいること
、および前記パルストリガー装置（３０）が上記低電圧
共振回路（２６）に組込まれていることを特徴とする特
許請求の範囲第２項乃至第６項の１つに記載する電源装
置。
（９）前記圧縮段（３５．１〜３５．ｎ）の夫々がコン
デンサ（３７．１〜３７．ｎ）およびリセットループ（
３８．１〜３８．ｎ）を有する磁気的に動作するスイッ
チ（３６．１〜３６．ｎ）からなる共振回路を含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第８項記載の電源装置。
（１０）前記前駆イオン化回路が、可飽和コア（４７）
を有し前記パルス形成装置（３６．ｎ）に接続する第１
端子（４８）と前記レーザー管（１２）の端子、このレ
ーザー管に並列のインピーダンス（１３）および前記ス
イッチ（１５）の第１端子（１４）に接続する第２端子
（５３）を有する昇圧変圧器の１次巻線を含んでいるこ
と、および前記励起回路が、上記スイッチの第２端子（
２１）に接続する励起インダクタンスに直列となつた上
記変圧器の２次巻線（４９）と、上記スイッチの第２端
子（２１）に接続する第１端子と、上記レーザー管の第
２端子に接続する第２端子を有するコンデンサ（２２）
とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第８項また
は第９項記載の電源装置。