JPS62243379A - 気体パルス・レ−ザ装置 - 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〕 この発明は平行板型主放電電極の放電空間にある気体の
レーザ媒質を予備電離放電電極の放電により予備電離し
たうえ、放電励起し、光の増幅・発振を行なう気体パル
ス・レーザ装置、とくにその予備電離に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第４図（ａｌは、例えば社団法人レーザー学会発行の雑
誌ル−ザー研究１第１３巻、第１０号（昭和６０年１０
月）、第５２〜第６０頁（適帰、第８１４〜８８２頁）
に掲載の論文“高効率放電励起エキシマ・レーザー“に
示された従来のエキシマ・レーザ装置のレーザ管内にお
ける各放電電極を模式的に示す側面概念図、第４図（ｂ
ｌはその正面概念図、第５図は上記エキシマ・レーザ装
置の構成部品の接続を示す結線図である。第４図（ａｌ
（ｂ）において、…はレーザ媒質を充填し、放電（二よ
りこのレーザ媒質を励起し、光の増巾・発振を行なうレ
ーザ管、（２ａ）　（２ｂ）はこのレーザ管の内部に収
容された長手の平行板型主放電電極のそれぞれアノード
とカソード（主放電電極と総称するときは（２））であ
って、一様なグロー放電を発生させるため平等電界を作
るよう周辺部に適当な丸味を持たせた形状となっている
。（３ａ）　（３ｂ）は上記レーザ管の内部に収容され
た針端間隙型の予備電離放電電極のそれぞれアノードと
カソード（予備電離放電電極と総称するときは（３））
であって、アーク放電を発生させて、上記主放電電極（
２）の放電空間にある上記レーザ媒質を予備電離する。

（４１は上記の主放電電極のカソード（２ｂ）と予備電
離放電電極のアノード（３ａ）を固着し、上記予備電離
放電電極のカソード（３ｂ）を電気絶縁を施して支持す
る金属製の支持台、（５：はこの支持台と上記予備電離
放電電極のカソード（３ｂ）との電気絶縁物である。第
５図において、ａｌは直圧直流電源端子、Ｑりはこの高
圧直流電源端子に接続される高周波用セラミック型のチ
ャージング・キャパシタであって、上記レーザ管１１１
の外に取り付けられている。（１３）は上記チャージン
グキャパシタａ２と共に充電回路を構成するインダクタ
、０荀はスイッチング素子で、　Ｑｆｆ状態で上記チャ
ージング・キャパシタａりが充電される。

０最は内部インピーダンスの小さいセラミック型のピー
キング・キャパシタであって、上記レーザ管（１）の内
部に取り付けられている。

従来のエキシマ・レーザ装置は上記のように構成され、
高圧直流電源端子ａυに接続されたチャージングキャパ
シタ〔りはスイッチング素子ａ４がｏｆｆ状態のときイ
ンダクタ０を介して所定の電圧に充電される。スイッチ
ング素子Ｉがｏｎ状態になると、チャージング・キャパ
シタ（Ｌりに蓄積された電荷は予備電離放電電極のアノ
ード・カソード（３ａ）（３ｂ）間に発生するアーク放
電を通じてピーキング・キャパシタ←９に移される。こ
のとき、上記アークの紫外光で主放電電極のアノード・
カソード（２ａ）　（２ｂ）間の放電空間に存在するレ
ーザ媒質の原子・分子を電離し、一様なイオン分布を形
成する。

ピーキングキャパシタＱＳに著積される電荷の増加にと
もなって、主放電電極のアノード・カソード（２ａ）　
（２ｂ）間にかかる電圧が立ち上がり、レーザ媒質やそ
のガス圧力で決まる電圧で主放電電極１２）の電極面に
わたって、一様なグロー放電を生じる。

このグロー放電により、レーザ媒質は励起され、励起準
位の原子と基底準位の原子がゆるやかな結合状態の分子
、すなわち、エキシマを形成すると共に、エネルギ準位
の高い原子・分子の数が低い原子・分子の数より多くな
る分布反転状態となる。

しかし、上記のエキシマは準安定状態であって、すぐ所
定の波長の紫外光を放出して解離準位に遷移し、２つの
基底準位の原子に分解する。この自然放出による紫外光
の刺戟によって、準安定状態にある他のエキシマが再び
紫外光を放出して低い準位に遷移する、いわゆる誘導放
出を行なう。レーザ管＋１１には主放電電極（２）の長
手方向に部分反射鏡、レーザ窓、全反射鏡（いずれも図
示せず）が取り付けられて光共振器を構成しており、主
放電電極（２）の長手方向に誘導放出するエキシマの数
が次第１：増えてゆき、上記の光共振器を往復する間に
増幅が極度に高められて、レーザビームとして発振する
ようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のエキシマ・レーザ装置では、主放電
電極（２：を挾んで長手方向近傍に予備電離放電電極（
３）が等間隔に配設されているから、主放電電極（２）
の放電空間にあるレーザ媒質が予備電離放電電極（３）
のアーク放電で予備電離される電離密度ははり均一とな
る。一方、主放電電極（２）は平等電界形状であっても
、実際に完全な平等電界を得ることは難しく、長手方向
両端部に電界が集中し、上記のような予備電離放電電極
（３）Ｃ二よる均一な予備電離では主放電電極（２）の
長手方向中央部の平等電界部分にグロー放電が始まる前
に、長手方向両端部にアーク放電が発生して、レーザ媒
質を有効に励起できないばかりでなく、主放電電極（２
）を損傷し、信頼性が極端（：低下するという間ｉ点が
あった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、主放電電極の長手方向両端部に電界が集中しても、
主放電電極の全電極面にわたって一様なグロー放電を発
生させて、レーザ媒質を有効に励起できる気体パルス・
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〕

この発明に係る気体パルス・レーザ装置は主放電電極の
放電空間を挾んで長手方向近傍に予備電離放電電極を配
設し、主放電電極の電界の集中する放電空間では、予備
電離放電電極により予備電離される電離密度がその他の
放電空間より大きくなるようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、主放電電極の電界の集中する放電
空間では、予備電離放電電極により予備電離される電離
密度がその他の放電空間より大きいから、電界の集中が
緩和されて、主放電電極の全電極面（二わたって一様な
グロー放電を発生させて、放電空間を拡大する。

〔実施例〕

第１図（ａ）（ｂ）はそれぞれこの発明の一実施例であ
るレーザ管内における各放電電極を模式的に示す側面概
念図である。１１＋　、　（２ａ）　、　（２ｂ）　、
　１４１　、１５１は上記従来装置と全く同一のもので
ある。（３ａ）、　（３ｂ）は主放電電極（２）の放電
空間を挾んで配列された多数の予備電離放電電極のそれ
ぞれアノードとカソード（予備電離放電電極と総称する
ときは（３））であって、この予備電離放電電極（３）
の相互の間隔は上記主放電電極（２）の電界が集中する
部分である長手方向両端部近傍Ａ、Ｂでは他の部分のそ
れの約半分となっている。

上記のよう（：構成された気体パルス・レーザ装置にお
いては、予備電離放電電極（３：の間隔が長手方向中央
部に比べて、長手方向両端部近傍Ａ、Ｂではその約半分
の間隔になっているので、主放電電極（２）の長手方向
両端部の放電空間の予備電離密度が他の放電空間のそれ
より大きくなり、電界の集中が緩和されて、主放電電極
（２）の全電極面にわたって、一様なグロー放電を発生
させる。

第２図（ａｌ（ｂ）はそれぞれこの発明の他の実施例で
あるレーザ管内における各放電電極を模式的に示す側面
概念図と正面概念図で、主放電電極（２）を挾んで長手
方向近傍にそれぞれ一列に等間隔で針端間隙型の予備電
離放電電極（３）を配設し、主放電電極（２）の長手方
向両端部近傍Ａ、Ｂでは各側とも千鳥状に配置し、その
他の部分より間隔を小さくしたものであり、第１図のも
のと同様の効果を期待することができる。

また、第３図（ａｌはこの発明の更に他の実施例である
レーザ管内における各放電電極の概念を示す斜視図、第
３図（ｂｌは平行円筒型の予備電離放電電極の断面図で
ある。この実施例によれば、主放電電極（２）の長手方
向両端部近傍では針端間隙型の予備電離放電電極（３）
を所定の間隔で配設し、そのアノード（３ａ）とカソー
ド（３ｂ）との間にアーク放電を発生させて予備電離を
行ない、また、平等電界になる主放電電極（２）の長手
方向中央部近傍では平行円筒型の予備電離放電電極のア
ノード（６ａ）とカソード（６ｂ）とを誘電体（７）を
介して配設し、このアノード（６ａ）とカソード（６ｂ
）との間にコロナ放電を発生させる。主放電電極（２）
の長手方向両端部の放電空間はアーク放電により、また
、その他の部分の放電空間はコロナ放電により予備電離
されるので、前者の放電空間の予備電離密度が後者のそ
れより大きくなり、同じく所期の目的を達成することが
できる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、主放電電極の放電空間
を挾んで、複数個配設した予備電離放電電極の放電によ
り、予備電離する電離密度が、主放電電極の電界の集中
する放電空間ではその他の放電空間より大きくなること
により、電界の集中が緩和され、主放電電極の全電極面
Ｃ二わたって、一様なグロー放電を生じ、放電空間を拡
大して、レーザ媒質を有効に励起できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ　（ｂｌはそれぞれこの発明の一実施例で
あるレーザ管内における各放電電極を模式的に示す側面
概念図と正面概念図、第２図（ａＨｂｌはそれぞれこの
発明の他の実施例であるレーザ管内における各放電電極
を模式的に示す側面概念図と正面概念図、第３図（ａｌ
はこの発明の更に他の実施例であるレーザ管内における
各放電電極の概念を示す斜視図、第３図（ｂｌはこの平
行円筒型の予備電離放電電極の断面図、第４図（ａｌ（
ｂｌは従来のエキシマ・レーザ装置のレーザ管内におけ
る各放電電極を模式的に示す側面概念図と正面概念図、
第５図はこのエキシマ・レーザ装置の結線図である。 図（二おいて、（１）はレーザ管、（２ａ）　（２ｂ）
は主放電電極のアノードとカソード、（３！ｌ）　（３
ｂ）は針端間隙型の予備電離放電電極のアノードとカソ
ード、（４１は支持台、（５）は電気絶縁物、（６ａ）
　（６ｂ）は平行円筒型の予備電離放電電極のアノード
とカソード、（７１は誘電体、ａｌは高圧直流電源端子
、圓はチャージング・コンデンサ、ａ急はイシダクタ、
０４）はスイッチング素子、（１ｓｔｔピーキング・キ
ャパシタである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）気体のレーザ媒質を充填し、密閉されたレーザ管
   、このレーザ管に収容され、上記レーザ媒質を放電によ
   り励起する平行板型主放電電極、この主放電電極の放電
   空間を挾んで配設され、上記レーザ媒質を予備電離する
   複数個の予備電離放電電極を備え、上記予備電離の密度
   を上記主放電電極の電界の集中する放電空間ではその他
   の放電空間より大きくしたことを特徴とする気体パルス
   ・レーザ装置。
2. （２）予備電離放電電極の放電はアーク放電であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の気体パルス・
   レーザ装置。
3. （３）予備電離放電電極は針端間隙型で、主放電電極の
   放電空間を挾んで両側にそれぞれ一列に配設し、主放電
   電極の電界の集中する部分近傍ではその他の部分より小
   さい間隔にしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の気体パルス・レーザ装置。
4. （４）予備電離放電電極は針端間隙型で、主放電電極の
   放電空間を挾んで両側にそれぞれ一列に等間隔で配設し
   、主放電電極の電界の集中する部分近傍では千鳥状に配
   置し、その他の部分より小さい間隔にしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の気体パルス・レーザ装
   置。
5. （５）予備電離放電電極の放電は主放電電極の電界の集
   中する部分近傍ではアーク放電、他の部分近傍ではコロ
   ナ放電であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の気体パルス・レーザ装置。
6. （６）予備電離放電電極は主放電電極の電界の集中する
   部分近傍では針端間隙型、その他の部分近傍では平行円
   筒型で、主放電電極の放電放間を挾んでそれぞれ一列に
   配設したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   気体パルス・レーザ装置。