JPS6255979A - Pulse laser oscillator - Google Patents
Pulse laser oscillatorInfo
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- JPS6255979A JPS6255979A JP19820285A JP19820285A JPS6255979A JP S6255979 A JPS6255979 A JP S6255979A JP 19820285 A JP19820285 A JP 19820285A JP 19820285 A JP19820285 A JP 19820285A JP S6255979 A JPS6255979 A JP S6255979A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、横方向励起型パルスレーザ発振器の改良に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an improvement in a laterally pumped pulsed laser oscillator.
第３図は、従来この種のものとして代表的な横方向励起
型パルスレーザの基本的な回路構成、装置構成を示す図
で、エキシマレーザ（例えばＡｒＦｓＫｌ Ｆ １Ｘｅ
Ｆ ｓ ＸｅＣ１） 、窒素レーザ、ＣＯ２レーザ等に
適用されるものである。図において、（１ンは直流奥圧
電源、（２）はレーザをスイッチングするためのサイラ
トロン、（３）はサイラトロンアノード、（４）はサイ
ラトロンカソード、（５）はトリガー、（６）はグリッ
ド１、（７）はグリッド２、（８）はパルス放電回路、
（９）は陰極、Ｑｃｌは陽極、０υはレーザガス、（２
）は放電励起部、＠はレーザ筐体である。FIG. 3 is a diagram showing the basic circuit configuration and device configuration of a typical horizontally pumped pulsed laser of this type.
It is applied to F s XeC1), nitrogen laser, CO2 laser, etc. In the figure, (1) is a DC deep pressure power supply, (2) is a thyratron for switching the laser, (3) is a thyratron anode, (4) is a thyratron cathode, (5) is a trigger, and (6) is a grid 1. , (7) is the grid 2, (8) is the pulse discharge circuit,
(9) is the cathode, Qcl is the anode, 0υ is the laser gas, (2
) is the discharge excitation unit, and @ is the laser casing.
次の動作について説明する。レーザ筐体（至）に封入さ
れたレーザガス０刀（例えばＫｒ、 Ｆ、 、 Ｈｅか
ら成る混合ガフが、陰極（９）と陽極αＯの間に矢印の
方向から流し込まれる。一方、直流高圧電源（１）によ
り１ノ°ルヌ放電回路（８）が所定の電圧で充電される
。そして、トリガー（５）から第一グリッド（６）、第
ニゲリッド（７）にパルスが与えられると、サイラトロ
ン（２）のサイラトロンアノード（３）、サイラトロン
カソード（４ンの間で放電が起こり、サイラトロン（２
）が導通状態となる。このとき、パルス放電回路（８）
により、Ｉａ極（９）、陽極００の間にパルス電圧が印
加され、均一な放電が起こる。この放電により形成され
た放電励起部（６）では、レーザ媒質が励起され（例え
ばＫｒＦ”）、レーザ発振が生じる。The following operation will be explained. A laser gas (for example, a mixed gaff consisting of Kr, F, , He) sealed in the laser housing (9) is poured from the direction of the arrow between the cathode (9) and the anode αO. 1) charges the 1st discharge circuit (8) with a predetermined voltage.Then, when a pulse is given from the trigger (5) to the first grid (6) and the second grid (7), the thyratron (2 A discharge occurs between the thyratron anode (3) and the thyratron cathode (4) of the thyratron (2).
) becomes conductive. At this time, the pulse discharge circuit (8)
As a result, a pulse voltage is applied between the Ia electrode (9) and the anode 00, and a uniform discharge occurs. In the discharge excitation part (6) formed by this discharge, a laser medium (for example, KrF'') is excited, and laser oscillation occurs.
このようなパルスレーザ発振器では、１秒間に数十〜数
千回前記の動作を行なわせることにより、平均出力が得
られている。このような高繰返し動作を実現するために
、以下の仕様を満たすスイッチング素子が必要となる。In such a pulsed laser oscillator, an average output is obtained by performing the above operation several dozen to several thousand times per second. In order to realize such high repetition operation, a switching element that satisfies the following specifications is required.
■ 保持電圧（スイッチング素子両端に印加できる電圧
）が高いこと。■ High holding voltage (voltage that can be applied across the switching element).
■ ピーク電流が高いこと。■ High peak current.
ｉ ■ 電流の立ち上がり（□）が早いこと。i ■ Current rise (□) is fast.
ｔ
■ 導通状態から非導通状態になるまでの復帰時間が早
いこと。t ■ The return time from a conductive state to a non-conductive state is quick.
■ 高繰返し動作が可能なこと ■ 寿命が長いこと。■ Highly repetitive motion is possible ■ Long lifespan.
これらの仕様を満たすスイッチング素子として、一般に
はサイラトロン（２）が用いられる。サイラトロンは基
本的には８〜５極の真空管（図１に示した例では４極管
を想定）であり、そのカソード（４）は、電子を放出し
やすくするために、一般にはカソードヒーターにより加
熱されている。また、内部に水素ガスを封入して、復帰
時間、寿命の特性を改善している水素サイラトロンでは
、水素ガスの圧力を調整するために、リザーバーヒータ
ーを備えている。サイラトロンには、これらヒーターに
よる定常的な発熱の他に、動作時の損失による発熱があ
る。１例としてサイラトロン動作時の、サイラトロンア
ノード（３）、サイラトロンカソード（４）の間の電圧
ｖ１流れる電流工、サイラトロン（２）で消費される損
失電力Ｗ（＝Ｖ×１）の特性を第４図に示す。トリガー
（５）からの信号により、時間０において、サイラトロ
ンアノード（３）、サイラトロンカソード（４）の間で
放電が開始されると、その両端の電圧■が下がり始め、
電流工が流れ始める。その際の両者の積ＶＸＩが、サイ
ラトロン（２）における損失Ｗとなって、サイラトロン
（２）自身を加熱する。これによる発熱は、当然のこと
ながら繰返し周波数（１秒間にサイラトロン（２）が動
作する回数）に比例する。A thyratron (2) is generally used as a switching element that satisfies these specifications. A thyratron is basically an 8- to 5-pole vacuum tube (a tetrode is assumed in the example shown in Figure 1), and its cathode (4) is generally heated by a cathode heater to make it easier to emit electrons. It's heated. In addition, the hydrogen thyratron, which has hydrogen gas sealed inside to improve recovery time and life characteristics, is equipped with a reservoir heater to adjust the pressure of hydrogen gas. In addition to the constant heat generated by these heaters, the thyratron generates heat due to losses during operation. As an example, the characteristics of the voltage v1 flowing between the thyratron anode (3) and the thyratron cathode (4) and the power loss W (=V×1) consumed by the thyratron (2) during thyratron operation are expressed as follows. As shown in the figure. When the signal from the trigger (5) starts discharging between the thyratron anode (3) and the thyratron cathode (4) at time 0, the voltage across both ends begins to drop.
The electrical current begins to flow. The product VXI of both at that time becomes a loss W in the thyratron (2), and heats the thyratron (2) itself. The heat generated by this is naturally proportional to the repetition frequency (the number of times the thyratron (2) operates per second).
ある高繰返しを目的としたサイラトロン（ｍａｎ２５０
ｐｐｓ ）の例では、ヒーターによる定常的な発熱８
００Ｗに対し、動作時の損失による発熱は２００〜７０
０ Ｗで、後者は動作時の回路条件により大きく異なる
。Thyratron (man250) aimed at a certain high repetition rate
In the example of pps), steady heat generation by the heater8
00W, the heat generation due to loss during operation is 200~70W.
0 W, and the latter varies greatly depending on the circuit conditions during operation.
このような発熱による熱を奪うため、サイラトロンには
第５図に示すような冷却系が備えられている。In order to remove the heat generated by such heat generation, the thyratron is equipped with a cooling system as shown in FIG.
図においてα４はサイラトロン（２）を収めているサイ
ラトロン容器、０５はサイラトロン（２）の側壁を冷却
するための液状の冷媒、αりは熱交換器、Ｑ７）は液状
の冷媒を冷却するための第二の冷媒、（ト）は液状の冷
媒（イ）を循環するための循環ポンプである。In the figure, α4 is a thyratron container containing the thyratron (2), 05 is a liquid refrigerant for cooling the side wall of the thyratron (2), α is a heat exchanger, and Q7) is a liquid refrigerant for cooling the liquid refrigerant. The second refrigerant (g) is a circulation pump for circulating the liquid refrigerant (a).
ここで、動作について説明する。サイラトロン（２）の
側壁を覆う液態の冷媒Ｑ！９（例えば絶縁油）が、サイ
ラトロン（２）から発熱する熱を奪い、矢印に沿って熱
交換器αＱに運ばれる。ここで、熱を第二の冷媒α７）
（例えば水）に渡し、再び冷やされて、循環ポンプ（至
）により、サイラトロン容器α荀に戻される。この際、
サイラトロンカソード（４）の周辺は、もともとカソー
ドヒーター等で加熱している箇所であり、液状の冷媒α
Ｑの循環は、サイラトロンアノード（３）の周辺側から
入れ、サイラトロンカソード（４）の周辺から出し、サ
イラトロンカソード（４）の周辺の冷媒（ト）の温度を
、サイラトロン容器０荀内の最高点となるように設定す
る。サイラトロンカソ−ド（４）の周辺の冷媒ＯＱの温
度には最適値が存在し、あるサイラトロンの例では５０
〜５５°Ｃである。また、サイラトロンアノード（３）
の周辺の冷媒（４）の温度と、サイラトロンカソード（
４）の周辺の冷媒ＯＱの温度の差Δｔが大きいのは好ま
しくなく、最大でもムを二５〜１０″Ｃが許容範囲であ
る。Here, the operation will be explained. Liquid refrigerant Q covering the side wall of thyratron (2)! 9 (for example, insulating oil) removes the heat generated from the thyratron (2) and conveys it to the heat exchanger αQ along the arrow. Here, heat is transferred to the second refrigerant α7)
(for example, water), cooled again, and returned to the thyratron vessel αXun by a circulation pump. On this occasion,
The area around the thyratron cathode (4) is originally heated with a cathode heater, etc., and is heated using liquid refrigerant α.
The circulation of Q is carried out from the periphery of the thyratron anode (3) and taken out from the periphery of the thyratron cathode (4), and the temperature of the refrigerant (T) around the thyratron cathode (4) is adjusted to the highest point in the thyratron container 0. Set it so that There is an optimal value for the temperature of the coolant OQ around the thyratron cathode (4), and in an example of a thyratron, it is 50
~55°C. Also, thyratron anode (3)
The temperature of the refrigerant (4) around the thyratron cathode (
4) It is not preferable that the temperature difference Δt of the surrounding refrigerant OQ is large, and the maximum allowable range is 25 to 10"C.
従来のパルヌレーザ装置における、サイラトロン（２）
の冷却系では、液状の冷媒αＱの流量が一定であったた
め、レーザ発振している繰返し周波数により、サイラト
ロン（２）周辺の冷媒０’１９の温度分布が変化し、繰
返し周波数が高い装置では、その適正範囲を越えてしま
うのが問題点であった。Thyratron (2) in conventional Parnu laser equipment
In the cooling system, the flow rate of the liquid refrigerant αQ was constant, so the temperature distribution of the refrigerant 0'19 around the thyratron (2) changes depending on the repetition frequency of laser oscillation, and in a device with a high repetition frequency, The problem was that it exceeded the appropriate range.
サイラトロン（２）の周辺の冷媒αυの温度が、適正値
よりも高過ぎる時は、サイシトロン（２）を構成する電
極材料、あるいは絶縁材料（例えばセラミック）が、熱
的歪みを受け、終には破壊することになる。When the temperature of the refrigerant αυ around the thyratron (2) is too high than the appropriate value, the electrode material or insulating material (ceramic, for example) that makes up the thyratron (2) will undergo thermal distortion and eventually It will be destroyed.
逆に、適正値よりも低過ぎる時には、サイラトロンカソ
ード（４）からの電子供給が十分に行なわれないため、
時としてトリガー（５）からの信号を受けてもサイラト
ロン（２）は導通状態とならない時があり、また導通状
態となった時も、早い電流の立ち上がり（−）が得られ
ず、復帰時間も遅れる。復ｔ
帰時間が著しく遅れた時は、直流電圧電源（１）が短絡
の状、熊となり、レーザ発振が停止する一方、一時的に
大電流が流れるため、サイラトロン（２）を構成する電
極が損傷を受けることになる。On the other hand, if the value is too low than the appropriate value, the electron supply from the thyratron cathode (4) will not be sufficient, so
Sometimes the thyratron (2) does not become conductive even after receiving the signal from the trigger (5), and even when it becomes conductive, the current rises quickly (-) and the recovery time is slow. I'll be late. When the return time is significantly delayed, the DC voltage power supply (1) becomes short-circuited and the laser oscillation stops, while a large current temporarily flows, causing the electrodes that make up the thyratron (2) to You will receive damage.
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、サイ２）ｏンの安定動作、長寿命化を計り
、信頼性の高いパルスレーザ発振器を得ることを目的と
している。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a highly reliable pulsed laser oscillator by achieving stable operation and long life of the laser beam.
この発明に係るパルスレーザ発振器は、スイッチング素
子であるサイシトロンの、冷却系の冷媒流量を、サイラ
トロンの発熱量（サイラトロンの繰返し周波数に対応）
に応じて変化させるようにしたものである。この具体的
手段として、サイラトロン周辺の冷媒の温度を検知し、
これを一定に保つべく、循環ポンプ、もしくわ循環系に
組込まれた電磁バルブ等を制御するものである。The pulse laser oscillator according to the present invention adjusts the refrigerant flow rate of the cooling system of the thyratron, which is a switching element, to the calorific value of the thyratron (corresponding to the repetition frequency of the thyratron).
It is designed to change depending on the situation. As a concrete means of this, we detect the temperature of the refrigerant around the thyratron,
In order to keep this constant, a circulation pump or an electromagnetic valve built into the cross circulation system is controlled.
この発明における、サイラトロンの発熱量（サイ２）ｏ
ンの繰返し周波数に対応）に応じた冷媒流量の制御は、
サイラトロン周辺の冷媒温度を検出し、これに応じて冷
媒の流量を制御するものとし、もって、サイラトロン周
辺の冷媒の温度分布を、常に適正範囲に保つ。In this invention, the calorific value of thyratron (cya 2) o
The refrigerant flow rate is controlled according to the repetition frequency of the
The temperature of the refrigerant around the thyratron is detected and the flow rate of the refrigerant is controlled accordingly, thereby constantly maintaining the temperature distribution of the refrigerant around the thyratron within an appropriate range.
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、αりは温度センサー、（１）は循環ボ、ン
ブ０籾の流量を調整するだめの周波数インバーター、Ｑ
υは温度センサーα９の信号に応じて、その温度を適正
範囲に保つべく、周波数インバーター（４）を制御する
周波数インバーター制御装置である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
In the figure, α is the temperature sensor, (1) is the circulation cylinder, the frequency inverter that adjusts the flow rate of rice in the cylinder, and Q.
υ is a frequency inverter control device that controls the frequency inverter (4) in accordance with the signal from the temperature sensor α9 to keep the temperature within an appropriate range.
ここにおいて、基本的なサイラトロン（２）の冷却系の
動作は、第５図に示した従来例と同じである。Here, the basic operation of the cooling system of the thyratron (2) is the same as the conventional example shown in FIG.
しかしながら、サイラトロン（２）の繰返し周波数が増
加してサイラトロン（２）の発熱量が増加した場合、温
度センサ０燵がその発熱量を検出し、温度センサーα１
からの信号により、発熱量の増加に応じて周波数インバ
ーター制御装置（ハ）が働き、周波数インバーター（１
）を介して循環ポンプ（至）の流量を増加させる。この
流量増加により、冷媒（至）がサイラトロンアノード（
３）の周辺から、サイラトロンカソード（４）の周辺に
達するまでの温度の増分Δｔは一定に保たれる。また、
熱交換器αＱの設計により、サイラトロンアノード（３
）の側から流れ込む冷媒α９の温度はほぼ一定に保たれ
ているので、サイ２）ｏンアノード（４）の周辺の温度
も常に適正範囲に保たれることになる。However, when the repetition frequency of thyratron (2) increases and the calorific value of thyratron (2) increases, temperature sensor 0tatsu detects the calorific value, and temperature sensor α1
The frequency inverter control device (c) operates according to the increase in heat generation, and the frequency inverter (1)
) to increase the flow rate of the circulation pump (to). This increase in flow rate causes the refrigerant (to) to flow to the thyratron anode (
The temperature increment Δt from the periphery of 3) to the periphery of the thyratron cathode (4) is kept constant. Also,
The design of the heat exchanger αQ allows the thyratron anode (3
Since the temperature of the refrigerant α9 flowing from the side ( ) is kept almost constant, the temperature around the anode (4) on the side (2) is always kept within an appropriate range.
さて、第２図に他の実施例を示す０図において、（２）
は冷媒ＱＥＩの循環系に組込まれ、その流量を調整する
だめの電磁バルブ、勾は温度センサーα１からの信号に
応じて、電磁バルブ（イ）を制御する、電磁バルブ制御
装置である。Now, in Figure 0 showing another example in Figure 2, (2)
is an electromagnetic valve incorporated in the circulation system of the refrigerant QEI to adjust its flow rate, and gradient is an electromagnetic valve control device that controls the electromagnetic valve (a) in response to a signal from the temperature sensor α1.
第１図の例では、循環ポンプ（ト）の制御により冷媒ａ
Ｑの流量を調整したが、第２図のように冷媒・乃の循環
系に組込まれている電磁バルブ（ホ）の制御により流量
を調整しても、同じ効果が得られるのはいうまでもない
。In the example shown in Figure 1, the refrigerant a is controlled by the circulation pump (g).
Although we have adjusted the flow rate of Q, it goes without saying that the same effect can be obtained by adjusting the flow rate by controlling the electromagnetic valve (E) built into the refrigerant/no circulation system as shown in Figure 2. do not have.
以上のように、この発明によればサイラトロン周辺の温
度を検出し、検出された温度に応じて冷媒の流量を制御
するものとしたの４で、サイシトロンの温度を適正範囲
に堡つことかでき、信頼性の高いパルスレーザ発振器が
得られる効果がある。As described above, according to the present invention, the temperature around the thyratron is detected and the flow rate of the refrigerant is controlled according to the detected temperature4, making it possible to keep the temperature of the thyratron within an appropriate range. This has the effect of providing a highly reliable pulsed laser oscillator.
第１図はこの発明の一実施例による、サイラトロン冷却
系の構成を示す図、第２図はこの発明の他の実施例を示
す図、第８図はパルスレーザ発振器の基本的構成を示す
図、第４図は従来のサイラトロン冷却系の構成を示す図
、第５図はサイラトロンにおける電圧Ｖ、電流■、損失
電力Ｗの特性を示す図である。
図において、（２）はサイラトロン、（８）はパルス放
電回路、（９）は陰極、００は陽極、Ｑ刀はレーザガス
、０５は液状の冷媒、αＱは熱交換器、（ト）は循環ポ
ンプ、αＯは温度センサー、翰は周波数インバーター、
Ｑυは周波数インバーター制御装置、勾は電磁バルブ、
（ホ）は電磁バルブ制御装置。
なお、図中、同一符号は、同一、又は相当部分を示す。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a thyratron cooling system according to one embodiment of the invention, FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the invention, and FIG. 8 is a diagram showing the basic configuration of a pulsed laser oscillator. , FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a conventional thyratron cooling system, and FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of voltage V, current 2, and power loss W in the thyratron. In the figure, (2) is a thyratron, (8) is a pulse discharge circuit, (9) is a cathode, 00 is an anode, Q sword is a laser gas, 05 is a liquid refrigerant, αQ is a heat exchanger, and (g) is a circulation pump. , αO is the temperature sensor, Kan is the frequency inverter,
Qυ is a frequency inverter control device, gradient is a solenoid valve,
(E) is a solenoid valve control device. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (3)
び陽極、この一対の電極にパルス的に電圧を印加するパ
ルス放電回路、このパルス放電回路をスイッチングする
サイラトロン、このサイラトロンを冷却する冷媒を循環
するポンプ、この循環ポンプの循環系に挿入され、前記
冷媒を冷却する熱交換器、前記サイラトロンの周辺温度
に応じて前記冷媒の流量を調整する機構を備えたことを
特徴とするパルスレーザ発振器。(1) A cathode and an anode arranged opposite to each other in a laser gas, a pulse discharge circuit that applies a voltage in a pulsed manner to this pair of electrodes, a thyratron that switches this pulse discharge circuit, and a coolant that cools this thyratron. a pump that circulates the refrigerant; a heat exchanger that is inserted into the circulation system of the circulation pump to cool the refrigerant; and a mechanism that adjusts the flow rate of the refrigerant depending on the ambient temperature of the thyratron. oscillator.
の冷媒中に設置された温度センサーと、循環ポンプを周
波数制御する周波数インバーターと、前記温度センサー
からの信号に基づき、前記周波数インバーターの出力周
波数を制御する制御装置とからな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。(2) The mechanism for adjusting the flow rate of the refrigerant includes a temperature sensor installed in the refrigerant around the thyratron, a frequency inverter that controls the frequency of the circulation pump, and an output frequency of the frequency inverter based on the signal from the temperature sensor. The pulse laser oscillator according to claim 1, further comprising a control device for controlling the pulse laser oscillator.
の冷媒中に設置された温度センサーと、冷媒の流量を調
整するための電磁バルブと、前記温度センサーからの信
号に基づき、前記電磁バルブを制御するための制御装置
からな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) The mechanism for adjusting the flow rate of the refrigerant includes a temperature sensor installed in the refrigerant around the thyratron, a solenoid valve for adjusting the flow rate of the refrigerant, and a mechanism that adjusts the solenoid valve based on a signal from the temperature sensor. 2. The pulse laser oscillator according to claim 1, comprising a control device for controlling the pulse laser oscillator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19820285A JPS6255979A (en) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | Pulse laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19820285A JPS6255979A (en) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | Pulse laser oscillator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6255979A true JPS6255979A (en) | 1987-03-11 |
Family
ID=16387176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19820285A Pending JPS6255979A (en) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | Pulse laser oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6255979A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018506165A (en) * | 2014-11-26 | 2018-03-01 | コンバージェント デンタル， インコーポレイテッド | System and method for supplying power to and cooling a dental laser system |
-
1985
- 1985-09-05 JP JP19820285A patent/JPS6255979A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018506165A (en) * | 2014-11-26 | 2018-03-01 | コンバージェント デンタル， インコーポレイテッド | System and method for supplying power to and cooling a dental laser system |
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