JPS62190784A - パルスレ−ザ発振器 - Google Patents

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、横方向励起型パルスレーザ発振器に関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の代表的な横方向励起型パルスレーザ発振
器で、特にエキシマレーザ（例えばＡｒＦ　＋ＫｒＦ　
＊　ＸｅＦ　ｓ　ＸｅＣＬ）　、窒素レーザ、ＴＥＡＣ
０２レーザ等で良く使われる装置の一例を示す回路図で
ある。（１）は第１の主電極、（２）は第２の主電極、
（３ａ）、（５ｂ）はレーザ励起用主放電回路の伝導路
を兼ねる紫外発光用予備電離電極対、（４）は主放電を
起こすためのピーキングコンデンサーである。

（５）は主放電によってレーザが励起される放電励起部
、（６）は放電励起部（５）を主放電に先立って予備電
離する紫外光、（７）は紫外光（６）を発生する予備電
離ギャップである。また（８）はレーザ発振光軸、（９
）はレーザガスを封入するレーザ筐体、αＯはピーキン
グコンデンサー（４）をパルス充電する主放電用パルス
充電回路である。

次に動作について説明する。レーザ筐体（９）の中にレ
ーザガスが封入されている。主放電用パルス充電回路α
ｉが予備電離電極対（５ａ）、（５ｂ）を通じて、ピー
キングコンデンサー（４）’ｅ　パルス充電する。その
際、予備電離ギャップ（７）はアーク放電で接続され、
紫外光（６）を発生する。これによって放電励起部（５
）の全域に亘り、レーザガスが弱電離状態（電子密度ｎ
６　＝　１０６〜１０”　＠Ａ／ｃａ）となる。ピーキ
ングコンデンサー（４）の充電により、第１の主電極（
１）と第２の主電極（２）との間の電圧が放電開始電圧
に達すると、ピーキングコンデンサー（４）に蓄えられ
た電荷は予備電離電極対（ろａ）、（３ｂ）を通じて一
気に第１の主電極（１）、第２の主電極（２）間に流れ
、放電励起部（５）にパルス放電が形成される。

これは、あらかじめ放電励起部（５）が紫外光（６）に
よって均一な予備電離状態にされているので、均一な放
電となる。この放電でレーザガス中のレーザ媒質が励起
され、誘導放出によって、光軸（８）の方向にレーザビ
ームが出射する。

さてここに示した回路は、自動予備電離方式と呼ばれ、
その予備電離系の回路が極めて簡単なことから、一般に
良く用いられている。

ここで、レーザの高出力化、高効率化の条件を考えると
、１つには均一な予備電離を行ない、均一な励起放電を
実現することである。この条件は、紫外光による均−予
備電離によυ、ある程度達成されている。いま１つは、
主放電の放電開始電圧を増加させ、主放電が始まるまで
に、少しでも多くのエネルギーをピーキングコンデンサ
ーに蓄えることである。第５図は放電開始電圧Ｖａとレ
ーザの単パルス出力Ｐ。の関係を表わした線図である。

図に示すようにＶＢの増加に応じてＰＧが増加するのが
わかる。Ｖｓは一般に考えられているレーザのガス種、
ガス圧力、主電極の形状、ギャップ長の他に、主電極に
印加される電圧の立ち上がりの速さ、予備電離形態に左
右されることが実験により明らかとなった。ここで、予
備電離形態とは、主放電が開始されるまでの、予備電離
電子量と、その経時変化である。主放電が開始されるに
は、予備電離によって発生した電子を核として、外部電
界によって電子増倍を起こし、電子付着や再結合等で失
なわれる電子を補なう必要がある。この放電開始過程に
おいて、予備電離電子量とその経時変化は大きな影響力
を有する。主電極に電圧印加が開始されると同時に、一
定の割合で予備電離が行なわれる場合は、電圧の立ち上
が多速度に応じて初期から電子増倍が行なわれるため、
比較的低い電圧で主放電が開始され、レーザ出力の高出
力化、高効率化は達成できない。他方、予備電離が全く
行なわれない場合には、宇宙線等により微少量電離され
たガスを核として電子増倍するため、放電形成のために
時間がかかり、それだけ放電開始電圧が増加する。しか
しながら、この場合、放電は一点に収束しやすく、はと
んどの場合レーザ励起は行なわれない。

ここで従来の装置の予備電離形態について考える。図６
にピーキングコンデンサー（４）が充電を開始してから
、放電１開始電圧に達するまでの、主電極（１）　、　
（２）間の電圧ｖｇ１および予備電離電極対（３ａ）、
（３ｂ）に流れるピーキングコンデンサー（４）の充電
電流工、の経時変化を実線で示す。また、予備電離電極
対（３ａ）、（３ｂ）間を短絡し、予備電離のための紫
外光（６）の発生を止めたときの主電極（１）　、　（
２）間の電圧ｖｇヲ破線で示す。このとき、予備電離を
通常通り行なった時の放電開始電圧をｖＢ１予備電離を
行なわなかった時の放電開始電圧（自爆電圧）をＶｌｉ
ｆｌで表わす。

従来の装置では、ピーキングコンデンサー（４）の充電
電流工、により紫外線予備電離を行なっている。

この場合Ｉ、に応じて紫外光（６）の強度が増し、予備
電離電子が増加する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のレーザ装置では、図６に示すごとく、主電極間電
圧ｖｇの立ち上がりとともに予備電離が行なわれていた
ため、予備電離か行なわれていない場合の自爆電圧Ｖ８
Ｂに比べ、放電の開始電圧Ｖｅがかなり下がり、レーザ
の高出力化、高効率化が達成できないという問題があっ
た。

本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、放電開始電圧ＶＢの増加により、高出力で高効
率な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〕

本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、
主電極対に並列に接続されるコンデンサーの充電が開始
された後、一定の遅延をおいて予備電離機構を動作し、
なおかつ予備電離機構の立ち上が９を主電対間の電圧の
立ち上がりに比べ速りスルヨウにしたパルスレーザ発振
器を提供するものである。

〔作用〕

本発明におけるレーザ装置によれば、予備電離の時期を
遅らせ、なおかつ必要な予備電離電子数を短期間で供給
するようにしたため、均一な励起放電を確保しつつ、放
電開始電圧が増加する。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す回路図である。

なお第４図と同じ機能の部分には同じ記号を付し説明を
省略する。図において、Ｕυは予備電離用ピーキングコ
ンデンサー、（１２＋は予備電離用）くルス充電回路、
（１３１は主放電用パルス充電回路α０と予備電離用パ
ルス充電回路Ｃｌ２１のスイッチングを制御するトリガ
ー制御回路である。また第２図は本発明における主電極
（１）　、　（２）間の電圧ｖｇ１および予備電離電極
対（３ａ）、（３ｂ）に流れる電流工、の経時変化を示
す線図である。図において、予備電離が行なわれない条
件で、主電極対（１）　、　（２）間に電圧が印加され
始めてから主放電が開始されるまでの時間をｔｓａ　Ｎ
また、トリガー制御回路の設定により予備電離電流Ｉ、
ｆｃ流し始める時間をｔ、とする。

上記のように構成した本発明の詳細な説明すれば次の通
りである。トリガー制御回路（１３）からの信号はブず
主放電用パルス充電回路０１に送られる。

これによりピーキングコンデンサー（４）のパルス充電
が始まり１主電極（１）　、　（２）間の電圧ｖｇが立
ち上がシ始める。７ｇが立ち上が９始めてから一定時間
後に、トリガー制御回路（１３）から予備電離用パルス
充電回路（１２）に信号が送られ、主電極対（１）　、
　（２）間の電圧印加から棒時間遅れて予備電離用ピー
キングコンデンサー０υの充電が始まる。そして予備電
離電極対（３ａ）、（３ｂ）間においてアーク放電が起
とシ、紫外光（６）の発生により放電励起部（５）の全
域に渡シ予儂電離が行なわれる。この後、主電極（１）
。

（２）間の電圧■２が放電開始電圧ＶＢに達して主放電
が開始治れ、光軸（８）の方向にレーザビームが出射す
る。この際、予備電離はＶ、の立ち上がシ始めてから後
に行なわれているため、放電形成時間の関係から、主電
極（１）　、　（２）間に電圧が印加されると同時に予
備電離を始める場合に比べ、放電開始電圧Ｖａが増加し
、レーザの高出力化、高効率化が達成される。

本発明の特徴は、主電極対（１）　、　（２）間の電圧
印加後ｔ９時間の遅延をおいて電圧を立ち上げ、放電開
始電圧ＶＢの増加を計ることにある。この際、主放電が
開始されるまでに予備電離において均一で、なおかつ必
要な電子数密度が確保されていることが必要条件であシ
、遅延時間ｔ、と均−予備電離を達成するための時間が
、動作条件最適化のための重要なパラメーターとなる。

予備電離が短時間で行なわれる場合には、それだけ遅延
時間ｔｐを大きくとれ、放電開始電圧Ｖ、が高く、なお
かつ均一な励起放電を得ることができる。逆に、予備電
離に時間がわかるにもかかわらず遅延時間ｔｐを大きく
とった時は、放電開始電圧ＶＢは高くなるものの、予備
電離が十分でないため均一な励起放電は行なわれず、レ
ーザの高出力化、高効率化は達成できない。

予備電離を短時間で行なうためには、予備電離系回路の
立ち上がシ（本発明においては、第２図における予備電
離電流Ｉ、の立ち上がり）を速くすることが重要となる
が、これにはおのずと限界がある。本発明がその効果を
発揮するためには、第２図において示した自爆電圧Ｖ８
１１に達するまでの時間ｔｓｇに対し、遅延時間ｔ、を
ｔ　ｓ　ａ／３以上とし、また均一な予備電離をｔ　ｓ
　ｍ／３以下の時間で達成する予備電離機構を備えてい
ることを必要とすることが経験的にわかっている。

上記の実施例ではＵＶ予備電離の場合について示したが
、本発明はこれに限定するものではなくコロナ予備電離
、Ｘ線予備電離の場合についても同様に適用できる。

第６図はＸ線予備電離方式の装置に適用した場合の実施
例を示す回路図である。なお第１図と同じ機能の部分に
は同じ記号を付し説明を省略する。

図においてαａはＸ線発生装置、（内はＸ線、（１ｅは
Ｘ線透過ウィンドーである。

本実施例においてもＵＶ予備電離の装置と同様、主電極
（１）　、　（２）間の電圧Ｖｇが立ち上がり始めて後
ｔｓＢ／３以上遅延時間をおいて、トリガー制御回路（
］３１からＸ線発生装置側に対してトリガー信号が送ら
れ、Ｘ線０■が発生する。これがＸ線透過ウィンドー住
ｅを透過してレーザガス中に入シ、放電励起部（５）を
予備電離する。この際Ｘ線発生装置側の立ち上がりが問
題で、先に第２図で示した場合と同様に、ｔｓＢ／３以
下の時間で必要な予備電子数密度（ｎｅ＝１０’〜１０
８仇個といわれている）が確保されることが必要条件と
なる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば主電極
間の電圧を立ち上げた後に、一定の遅延をおいて、速い
立ち上がりの予備電離を行なうようにしたので、レーザ
装置の高出力化、高効率化が達成されるという顕著な効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は本発明
における主電極間電圧ｖｇと予備電離機構工、の経時変
化を示す線図、第６図は本発明の他の実施例を示す回路
図、第４図は従来のレーザ装置の一例を示す回路図、第
５図は放電開始電圧ｖＢに対する単パルス出力ＰＯの関
係を示す線図、第６図は従来の装置におけるＶＢとＩ、
の経時変化を示す線図である。 （１）・・・第１の主電極、（２）・・・第２の主電極
、（４）・・・ピーキングコンデンサー、（５）・・・
放電励起部、（６）・・・紫外光、（９）・・・レーザ
筐体、ａＱ・・・主放電用パルス充電回路、αＤ・・・
予備電離用ピーキングコンデンサー、α２・・・予備電
離用パルス充電回路、（１３）・・・トリガー制御回路
、圓・・・Ｘ線発生装置、（１５１・・・Ｘ線。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示すＯ 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 区 味 をχ休刊膜８　円

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザガス中において相対向する第１の主電極及
   び第２の主電極、これら第１、第２の主電極間に接続さ
   れその充電電荷を前記第１、第２の主電極間を通して放
   電することによつてレーザ光を生ぜしめるコンデンサー
   、該コンデンサーにパルス的に電荷を供給するパルス充
   電回路及び前記第１、第２の主電極間のレーザガスの予
   備電離機構を備えたパルスレーザ発振器において、前記
   予備電離機構を作動させない場合の前記パルス充電回路
   による前記コンデンサーの充電開始から前記主電極間の
   放電開始までの時間をｔ＿ｓ＿Ｂとするとき、前記予備
   電離機構は必要な予備電離電子数密度ｎ＿ｅをｔ＿ｓ＿
   Ｂ時間以内に供給できる程に早い立ち上がりをもつもの
   で、かつ前記パルス充電回路より一定の遅延時間の後に
   動作することを特徴とするパルスレーザ発振器。
2. （２）前記遅延時間がｔ＿ｓ＿Ｂ／３以上であることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のパルスレー
   ザ発振器。
3. （３）前記必要な予備電離電子数密度ｎ＿ｅがｔ＿ｓ＿
   Ｂ／３以内に供給される程に早い立ち上がりを有する予
   備電離機構を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   （２）項記載のパルスレーザ発振器。
4. （４）前記必要な予備電離電子数密度ｎ＿ｅは１０＾４
   個／ｃｍ＾２以上であることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項ないし第（３）項のいずれかに記載のパル
   スレーザ発振器。