JPS6191983A - 放電励起短パルスレ−ザ装置 - Google Patents

放電励起短パルスレ−ザ装置

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JPS6191983A
JPS6191983A JP21362984A JP21362984A JPS6191983A JP S6191983 A JPS6191983 A JP S6191983A JP 21362984 A JP21362984 A JP 21362984A JP 21362984 A JP21362984 A JP 21362984A JP S6191983 A JPS6191983 A JP S6191983A
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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、気体レーザのうち放電励起短パルスレーザを
対象とするものでらって、特にその電極部冷却構造に関
するものである。
(従来の技術〕 第3図は従来の放電励起高くシ返し短パルスレーザ装置
を示す断面図でオシ、短パルスレーザの1つであるエキ
シマレーザを例としたものである。
図において、(1)は高電圧電源、(2)はキャパシタ
ー、(3)は高抵抗、(4)はスイッチ、(5)はキャ
パシター、(6)はコイル、(7)はキャパシター、(
8)は開孔電極、(9)は電極、(10は開孔電極(8
)K直接々触している補助電極、aυは開孔電極(3)
に直接々触している誘電体、(2)は熱交換器、α]は
流体ガイド、q4)はファン、q珈はレーザ筺体、αG
は絶縁物、qηは′主放電空間、肋はガス流である。
また詔4図は、上記開孔電極(8)の主放電空間Qηに
面する方向の様子を示したものであシ、図において09
は開孔部、他の各符号は第3図と同じである0 次に動作について説明する。まず回路系について述べる
。高電圧電源(1)から・供給される電荷は、まずキャ
パシター(2)に1積される。次いでスイッチ(4)が
導通状態になるとキャパシター(2)からスイッチ(4
)、さらにアースラインを介してキャパシター(5)、
コイル(6)を経てキャパシター(2)にもどるという
電流ループによって、キャパシター(2)に蓄積されて
いた電荷はキャパシター(5)に移行される。この迅速
な電荷の移行にともなって開孔電極(8)と電m(9>
の間(以下主放電々極間と呼ぶ)および開孔電極(8)
と補助電極αQとの間(以下補助放電々極間と呼ぶ)の
電圧が急峻に上昇する。補助放電の開始電圧は主放電の
開始電圧よシ低いので、まず開孔電極(3)に設けられ
た開孔部α燵において誘電体表面に補助放電(沿面放電
)が起こる。該補助放電で生成する電子の一部および該
放電から発生する紫外光により光電離されて生成する電
子が、主放電をグロー状の均一な放′亀とするための種
となシ、次いで主放電空間αηにおいてパルス的に主放
電が起こりレーザ媒質が励起され、その結果レーザ光が
取シ出される0該レーザ光のパルス幅は主放電のパルス
幅によるが一例をあげれば、短パルスレーザの1つであ
るところのエキシマレーザにおいては数+n5ecであ
る。スイッチαDとしては通常サイラトロンが用いられ
、上記のレーザパルス発振が数H2ないし数KHz、通
常は数百Hzのくシ返し速度でくシ返し行なわれる。
次に流体系について述べる。一般にパルス的に主放電が
起こった後は主放電空間Q7)は、熱的にも電荷分布の
潰からも不均一な状態になっており、次のパルス主放電
がアークになプ易いため、次のパルス主放電が起こる前
に主放電空間Q″I)のレーザガスを置き換えておく会
費がある。このためファンα4や流体ガイド叫および、
レーザガスの放電による温度上昇を防ぐための熱交換器
(6)が配設されておシ、通算主放電空間における流速
か毎秒数十mという高速なガス流(至)が達成されてい
る。
本従来例においては、開孔電極(8)および酩゛ル7体
O11の冷却は上記ガス流囮による乱流熱伝達と背面の
補助′屯極叫を介して、該背面空間で形成される自然対
流による熱伝達によってしか行なわれない。
しかも、開孔電極(8)側は沿面補助放電および主放電
が起っている間は逆に熱入力面となる。
エキシマレーザを例として熱入力のオーダを試算してみ
ると、レーザパルスエネルギー200(mj/パルス)
、<9返し速度1 KH2で平均出力200 wの機種
を考えると、通常レーザ発振効率は1チであるから、キ
ャパシター(2)に蓄えられるエネルギーは20 kv
rとなる。回路糸におけるオーミックな損失が半分とす
れば10 kwがガスに投入される。その内わずか数チ
が開孔電極部の加熱源になるとしても数百Wのオーダに
達する。
一方乱流熱伝達率を試算してみると、例−えば(甲藤好
部、伝熱概論、養賢堂版、 116 p (1982)
 )から、カルマンのアナロジ式を用いれば、ヌツセル
)a(1(u!と記す)、レイノルズ数(R@”ト記す
)、プラント数(p、と記す)、局所熱伝達率(hXと
記す)、流体(一般のエキシマレーザのカス組成はヘリ
ウムが90チ以上であるので、試算においてはヘリウム
ガスとする)の熱伝導率(λH0と記す)、開孔電極の
ガス流上流側の端から、今局所熱伝達率を試算しようと
している開孔電極上のらる部分までの距離(Xと記す)
の詰変数を用いて と書くことができる。
H6の圧力を通常のエキシマレーザの動作圧3り圧とし
、ガス加速をも通常のエキシマレーザでの流速から20
 m/seaとし、開孔電極形状を輔0.06m。
レーザ光軸方向の長さ0.6mとする。今、距離X 。
のポイントとして0.03m、すなわち電極幅の中央を
設定すると、レイノルズ動(Re )は1.6 X 1
0’ 、!−なり、また気体のプラントル数は約0.7
ヘリウムの熱伝導率は0.13 Kcajl’/m b
r ”Cテ?、 ルカラ、局所f4伝達係数h!は2.
6 X 102kcalンm2hr℃と算出される0 今、ヘリウムガス温度と開孔電極温度との差を2゜℃と
すると、取シ去られる熱量は約200 wとなシ、先述
の熱入力と同等もしくはそれ以下にしか満たない。一方
、上記設定温度差20℃においては、例えば開孔電極が
ニッケル(エキシマレーザではもつとも望ましい材料と
されている)製であるとすると、その線膨張率0.15
 X ’lσ4から開孔電極は0.2mmも伸ひる事に
なる。−←に開孔電極は誘電体に@着させる構造がとら
れているので、誘電体上を1孔電極がスムーズにすべら
ず上記の伸びは開孔電極の゛そシ“となって表われるこ
とが多い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の装置は以上のように構成されているので、レーザ
平均出力を向上させるためにくシ返し速度を増すと、開
孔電極や誘電体が加熱され熱応力による誘電体の破損や
開孔電極の反りによって主放電々極間のギャップ長が局
部的に不ぞろいになシ、主放電がアークになりやすいな
どの問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、効率の良い方法で開孔電極および誘電体を冷
却し、これによってレーザ発振のくシ返し速度を増して
も安定に動作する放電励起短パルスレーザ装置を得るこ
とを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る放電動起短パルスレーザ装置は、誘電体
を管構造とし、管内部に冷却用媒体を封入するか、もし
くは流すことによシ開孔電極、誘電体および補助電極の
冷均をきわめて効率良く行うようにしたものである。
(作用〕 開孔電極、誘電体および補助電極は、熱的には三層積層
板と見なすことができ、例えば開孔電極および補助電極
の材質をニッケルとし、誘電体の材質をアルミナとする
と、総括的な熱伝達率の値は10’ Kca//m2h
r ’Cのオーダとなシ先述の熱入力のオーダよ92桁
も大きい。
したがって誘電体を管構造とし、管内部に冷却用媒質を
封入もしくは流すことによシ、補助電極もしくは誘電体
を直接冷却するようにすれば、開孔電極も含めてきわめ
て迅速にかつ効率良く冷却を行うことが可能となる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において(3)は開孔電極、(9)は電極、αυは誘
電体、αηは主放電空間、(ホ)は脱イオン水である0 誘電体αυは管構造となっている。その内部に補助電極
αqが設置されており、かつ脱イオン水翰が流され、該
脱イオン水(ホ)によって補助電極aQと誘電体αυの
冷却およびこれらを介して開孔陰極(8)の冷却が行な
われる。
脱イオン水と補助電極αqとの間の熱伝達率は103K
caf 7m2hr ℃以上であり、また補助を極u*
、誘電体aυおよび開孔陰極の三層積層構造部の熱伝達
率は、先述したように10 ’ KQal/m2h r
 ’Cであるから、いづれも先述した熱入力のオーダと
比較すれば、上記三層積層構造部の温度を脱イオン水の
温度とほとんど等しく保つことが可能であることは明ら
かである。
第2図は本発明による他の実施例であシ、図において(
21)は給電線、その他の符号は第1図と同−である。
本実施例では補助電極QOを排除し、脱イオン水(4)
自身に冷却媒体とともに補助電極としての役割をもたせ
、該脱イオン水中に設けられた給電線によシミ圧供給を
するようにしたもので、補助電極部をきわめて簡単な構
造としたものである0 また、冷却媒体として脱イオン水(ホ)以外にアンモニ
アやフッ化ハロゲン化炭化水素系冷媒などを用いても良
い。
さらに、これらの冷却媒体を誘電体Qυ内に封入し、ヒ
ートパイプを形成するようにして冷却動作を行なわせて
も良い。
(発明の効果〕 以上のように、この発明によれば誘電体を管構造とし、
該管内に冷却用媒体を封入もしくは流すように棋成した
ので、開孔電極および誘電体の冷却を効率良く行うこと
ができ、したがってレーザ発振くり返し速度の高い、つ
ま夛平均出力の高いかつ高速くシ返し発振時にも安定動
作可能な放電励起短パルスレーザ装置を実現したもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例による放電励起短パルス
レーザ装置を示す断面図、第2図は、この発明の他の実
施例を示す断面図、第3図は従来の放電励起短パルスレ
ーザ装置を示す断面図、第4図は誘電体および開孔電極
の構成図である。 図において、(8)は開孔電極、(9)は電極、明は補
助電極、Ql)は誘電体、(1)は脱イオン水、(21
)は給xiである。なお図中、同一符号は同−又は相当
部分を示す。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レーザ光軸方向を長手方向とし、かつ相対向する
    ように配設された一対の電極で、該電極のうちいづれか
    一方が複数の開孔部を有している主放電々極対、および
    該開孔電極の背面にあり、かつこれに直接々触している
    誘電体部および該誘電体部を狭むように、該誘電体部に
    直接々触している補助電極とを有する電極系と、上記主
    放電々極間にパルス電圧を印加するためのパルス回路お
    よび、該パルス回路の一部を形成するかもしくは、該パ
    ルス回路とは独立したものであつて、上記補助電極と陰
    極との間に電圧を印加するための回路とを有する回路系
    、とから構成される放電励起短パルスレーザ装置におい
    て、上記誘電体部を管構造とし、管内部で、かつ該管に
    おいて開孔陰極と直接接触している面の背面に補助電極
    を直接々触させるようにし、かつ、該管内部に冷却用媒
    体を封入するかもしくは流通するようにしたことを特徴
    とする放電励起短パルスレーザ装置。
  2. (2)冷却用媒体として、脱イオン水を使用することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の放電励起短パル
    スレーザ装置。
  3. (3)冷却用媒体として、脱イオン水を使用し、かつ、
    上記補助電極を排除し、該脱アオン水自身を補助電極と
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の放電
    励起短パルスレーザ装置。
  4. (4)冷却用媒体として、アンモニアもしくはフッ化ハ
    ロゲン化炭化水素系冷媒を用いることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の放電励起短パルスレーザ装置。
  5. (5)冷却用媒体としてアンモニアもしくはフッ化ハロ
    ゲン化炭化水素冷媒を用い、かつこれらの冷却用媒体を
    誘電体の管に封入し、ヒートパイプを構成するようにし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の放電励
    起短パルスレーザ装置。
JP21362984A 1984-10-09 1984-10-11 放電励起短パルスレ−ザ装置 Granted JPS6191983A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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