JPS63229883A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、レーザーガス中でパルス放電励起を行なうパ
ルスレーザ装置に関する。

（従来の技術） レーザーガスを励起してパルスレーザ発振を行なわせる
レーザ装置としては、　　ＴＥＡＣＯ２レーザ装置、エ
キシマレーザ装置、金属蒸気レーザ装置。

ハロゲンガスレーザ装置などが知られている。これらは
、電子線励起の大出力のものを除けば１通常、放電励起
方式を採用している。

放電励起方式を採用した従来のパルスレーザ装置は、第
４図あるいは第５図に示すように構成されている。

すなわち、第４図に示すものは１図中大矢印１で示す如
くレーザーガスが通流するガス通路２内に主電極３ａ、
３ｂを対向配置するとともに主電極３ａ、３ｂの近傍に
予備電離用電極４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂを対向配置
している。そして。

予備電離用電極４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂを図示しな
いスイッチを介して図示しない予６ｉ電離用パルス電源
に接続し、また主電極３ａ、３ｂをトリガーギャップ６
を介して図示しない充電用電源から充電抵抗７を介して
充電されるコンデンサ８の両端に接続している。

この装置は、まず予備電離用電極４ａ、４ｂ問および５
ａ、５ｂ間で予備放電を行なわせ、続いて数１０〜数１
００　ｎｓ遅らせてトリガ信号をトリガーギャップ６に
与え、このトリガーギャップ６を短絡してコンデンサ８
に蓄えられた電荷で主電極３ａ、３ｂ間にグロー状放電
を起こさせ、これによってパルスレーザ発振を行なわせ
るようにしている。

一方、第５図に示すものは、予備放電と主放電とを１つ
の電源で行なわせるようにした自動予備電離形と呼ばれ
ているもので、予備電離用電極４ａ、５ａをトリガーギ
ャップ６の出力端に共通に接続するとともに主電極３ａ
と予備電離用電極４ｂ、５ｂとを共通に放電起動用のコ
ンデンサ９の一端に接続し、このコンデンサ９の他端を
主電極３ｂに接続している。

この装置では、トリガ信号によってトリガーギャップ６
を短絡することによってコンデンサ８から予備電離用電
極４ａ、４ｂおよび５ａ、４ｂを通してコンデンサ９を
充電し、これによって予備放電とコンデンサ９の充電と
を行なわせ、コンデンサ９が充分に充電された時点で主
電極３ａ。

３ｂ間で主放電を起こさせるようにしている。

しかしながら、上記のように構成された従来のパルスレ
ーザ装置にあっては９次のような問題があった。すなわ
ち、レーザ発振を効率良く行なわせ、かつ放電を安定化
させるには、主電極間に立ち上がりの速い電圧を印加し
て放電の立ち上がりを速くするとともに放電が立ち上が
った後、放電を安定に維持できるレベルまで印加電圧を
低下させる必要がある。また、レーザスペクトルの狭帯
域化を図るには放電時間の長時間化を図り、レーザ発振
の長パルス化を図る必要がある。しかし。

従来の装置のように電源として１つのコンデンサ８ある
いは９を用いた場合には、上述した３つの要望を満たす
ことが困難であった。すなわち、放電の立ち上がりを速
くするために、コンデンサ８あるいは９の充電電圧を高
くすると、放電の立ち上がりを速くできる反面、放電が
立ち上がった後に放電を安定に維持できる低レベルまで
印加電圧を落とすことが困難である。また、放電の長時
間化を図るために、コンデンサ８あるいは９の容量を大
きくすると１時定数が大きくなるので、放電の立ち上が
りを速くすることができないことになる。このように、
従来の装置にあっては、この種の装置に要望される条件
を全て満たすことは困難であった。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、従来のパルスレーザ装置にあっては、この
種の装置に望まれる条件、つまりレーザ発振効率の向上
化、放電の安定化、レーザ発振の長パルス化およびレー
ザスペクトルの狭帯域化を同時に満たすことが困難であ
った。

そこで本発明は、構成の複雑化を招くことなく。

上述した条件を満たすことができるパルスレーザ装置を
提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、いわゆる１の電源で主電極間で放電を開始さ
せるのに必要な高電圧と、放電を安定に維持するのに必
要な低電圧とを発生させるようにしている。すなわち１
本発明の第１の発明では。

レーザーガス中に対向配置された第１および第２の主電
極と、これら主電極間での放電を促進させる予備電離用
電極とを備えたパルスレーザ装置において、充電用電源
と、この充電用電源によって共通に充電される容量の異
なる複数のコンデンサおよび各コンデンサを選択的に直
列接続するスイッチング素子および最も容量の大きいコ
ンデンサの充電路に介挿された可飽和リアクトルを主体
にして構成され、上記スイッチング素子が動作したとき
各コンデンサの充電電圧を合成したレベルの電圧を前記
主電極間に印加して上記主電極間で放電を開始させた後
、上記最も容量の大きいコンデンサの端子電圧を上記可
飽和リアクトルを介して上記主電極間に印加する高低２
レベル電圧発生回路とを設けている。

また１本発明の第２の発明では、上記構成に加えて自動
予備電離を行なわせる回路を設けている。

（作用）゛ 主電極間には、まず高低２レベル電圧発生回路から直接
的あるいは自動予備電離を行なう回路を通して高圧で立
上りの速いパルス電圧が印加される。このため、主電極
間に立ち上がりの速い放電が発生する。このとき、可飽
和リアクトルはスイッチング素子によるコンデンサの直
列接続関係を維持する。高低２レベル電圧発生回路の出
力電圧が所定以下に低下すると、可飽和リアクトルを通
して最も容量の大きいコンデンサから主電極間に電流が
流れ込んで、放電維持に必要な低電圧の長時間パルス放
電が行われる。このように、放電を開始させるのに必要
な高電圧を発生した後、放電を維持させるのに必要な低
電圧を発生する高低２レベル電圧発生回路を設けている
ので、各電圧発生系の定数を選択することによって、起
動時には高電圧で、立ち上がりの速い短時間パルスを発
生させることができ、また放電開始後は放電維持に必要
な低電圧でかつ長時間パルスを発生させることが可能と
なる。

（実施例） 以下１図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るパルスレーザ装置の概
略構成を示す図である。この実施例は予備？ｌ！離を主
放電電源とは別電源で行なわせるようにしたもので、第
４図と同一部分は同一符号で示しである。したがって２
重複する部分の詳しい説明は省略する。

この実施例が従来のものと異なる点は、高低２レベル電
圧発生回路１１を設けたことにある。

高低２レベル電圧発生回路１１は、マイナー回路構成を
採用した２段式の衝撃電圧発生回路であって、主電極３
ａ、３ｂ間に接続されたコンデンサ２１および抵抗２２
からなる直列回路と、この直列回路と並列に接続された
可飽和リアクトル２３およびコンデンサ２４からなる直
列回路と。

可飽和リアクトル２３とコンデンサ２４との接続点とコ
ンデンサ２１と抵抗２２との接続点とを選択的に接続す
るように介挿されたトリガーギヤツブ２５とで構成され
ている。そして、各直列回路のコンデンサ２１．２４は
充電抵抗２６を介して図示しない充電用高圧電源に接続
されている。なお９図中２７は振動電流防止用のダイオ
ードを示し、また２８は高低２レベル電圧発生回路１１
の出力端間に接続されたピーキングコンデンサを示して
いる。

二こで、コンデンサ２１の容量を０１とし、コンデンサ
２４の容量をＣ２とし、コンデンサ２８の容量をＣ３と
したとき、Ｃ２≧Ｃ１≧０３の関係に設定されている。

次に、上記のように構成されたパルスレーザ装置の動作
を説明する。

充電用高圧電源を投入すると、各コンデンサ２１．２４
．２８はそれぞれ図示極性の所定レベルに充電される。

この状態で、まず予備電離用電極４ａ、４ｂおよび５ａ
、５ｂを図示しないパルス電源に接続して予備放電を行
なわせ、続いてトリガーギャップ２５にトリガ信号を与
える。トリガ信号が与えられると、トリガーギャップ２
５が短絡状態となり、この結果、主電極３ａ、３ｂ間に
コンデンサ２１．２４に充電された電圧を加算したレベ
ルの電圧が印加される。このため、主型　′極３ａ、３
ｂ間で放電が起こる。なお、このとき可飽和リアクトル
２３の阻止作用でコンデンサ２１とコンデンサ２４との
直列状態が維持される。

主電極３ａ、３ｂ間での放電によって高低２レベル電圧
発生回路１１の出力電圧、つまり主電極３ａ、３ｂ間の
電圧が所定レベルまで低下すると。

主電極３ａ、３ｂ間に可飽和リアクトル２３を介してコ
ンデンサ２４から電流が流れ始める。そして、可飽和リ
アクトル２３が飽和してインダクタンスが低下し、これ
によつて主電極３ａ、３ｂ間に低電圧の放電が維持され
る。コンデンサ２４の容量Ｃ２は大きい値に設定されて
いるので、低電圧放電が長時間に亙って行われ、ここに
長パルスレーザ発振が行われることになる。

このように、主電極３ａ、３ｂ間で放電を開始させるの
に必要な電圧と、放電開始後に低電圧放電を持続させる
に必要な電圧を発生する高低２レベル電圧発生回路１１
を設け、１つの回路で両機能を発揮させたときに起こり
易い両機能系統間での干渉を可飽和リアクトル２３で防
止するようにしている。したがって９両機能系統の定数
を選択することによって、放電の立ち上がりを速くでき
。

また放電開始後は低電圧放電を持続させることができ、
結局、レーザ発振の効率向上化、放電の安定化、レーザ
発振の長パスル化およびレーザスペクトルの狭帯域化を
実現できることになる。

第２図は本発明の別の実施例に係るパルスレーザ装置の
概略構成を示す図である。

この実施例は９本発明を自動予備電離形のものに適用し
たものである。すなわち、この実施例では、充電抵抗２
６とコンデンサ２１との間に抵抗３１を接続するととも
に抵抗３１とコンデンサ２１との接続点を予備電離用電
極４ｂ、５ｂに共通に接続し、また主電極３ａと予備電
離用電極４ａ、５ａを共通に接続し、さらに主電極３ａ
。

３ｂ間にコンデンサ２１よりはるかに小さい容量の放電
起動用のコンデンサ３２を接続している。

このような構成であると、各コンデンサが図示極性に充
電されている状態でトリガ信号を与えると、トリガーギ
ャップ２５が短絡状態となって予備電離用電極４ａ、４
ｂ問および５ａ、５ｂ間にコンデンサ２１．２４の充電
電圧を加算したレベルの電圧が印加される。このため、
予備電離用電極４ａ、４ｂ問および５ａ、５ｂ間に放電
が起こり、予備放電が行われるとともにコンデンサ３２
がさらに高い電圧に充電される。そして、コンデンサ３
２の充電電圧が所定レベルに達すると、主電極３ａ、３
ｂ間で放電が起こる。このとき、可飽和リアクトル２３
の存在によってコンデンサ２１とコンデンサ２４との直
列状態が維持される。

主電極３ａ、３ｂ間で放電が起こると、引き続いて可飽
和リアクトル２３を介してコンデンサ２４から電流が流
れて低電圧長時間放電へと移行する。

したがって、前記実施例と同様の効果が得られ。

しかも自動予備放電も行なえることになる。

第３図は本発明のさらに別の実施例に係るパルスレーザ
装置の概略構成を示す図である。

この実施例も本発明を自動予備電離形のものに適用した
例である。第２図に示した実施例では。

放電起動用のコンデンサ３２へ充電するとき予備放電を
行なわせるようにしているが、この実施例ではコンデン
サ３２へ充電するときおよびコンデンサ３２の電荷を放
出させるときの２回に亙って予備放電を行なわせるよう
にしている。すなわち。

予備電離用電極４ｂ、５ｂと主電極３ｂとの間に放電起
動用のコンデンサ３２を接続するとともに主電極３ａと
予備電離用電極４ａ、５ａとを共通に接続している。

このような構成であると、各コンデンサが図示極性に充
電されている状態でトリガ信号を与えると、トリガーギ
ャップ２５が短絡状態となって予備電離用電極４ａ、４
ｂ問および５ａ、５ｂ間にコンデンサ２１．２４の充電
電圧を加算したレベルの電圧が印加される。このため、
予備電離用電極４ａ、４ｂ問および５ａ、５ｂ間に放電
が起こり、予備放電が行われるとともにコンデンサ３２
が充電される。そして、コンデンサ３２の充電電圧が所
定レベルに達すると、予備電離用電極４ｂ。

４ａ問および５ｂ、５ａ間を通して主電極３ａ。

３ｂ間で放電が起こる。主電極３ａ、３ｂ間で放電が起
こると、引き続いて可飽和リアクトル２３を介してコン
デンサ２４から電流が流れて低電圧長時間放電へと移行
する。したがって、前記実施例と同様の効果が得られる
とともに充分な自動予備放電が行なえることになる。

なお１本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、第１図におけるピーキングコンデンサ２
８は必ずしも必要とするものではない。また、第２図に
おける抵抗３１をインダクタンス素子に置き代えてもよ
い。また、高低２レベル電圧発生回路に組み込まれたト
リガーギャップをサイラトロンや半導体スイッチ等のス
イッチング素子に置換えることもできる。さらに、高低
２レベル電圧発生回路は２段構成に限らず３段以上の構
成にしてもよく、また充電方式も直列充電方式（マルク
ス回路）にしてもよい。また、コンデンサ２４の代りに
小容量のコンデンサと大容量のコンデンサとを並列に接
続したものを用いると。

最初の放電の立ち上がりをさらに速くすることができる
。この場合、大容量のコンデンサには小さな値のインダ
クタンス素子を直列に接続してもよい。その池水発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように１本発明によれば、放電を開始させる
ための高電圧と、安定な放電を維持させるための低電圧
とを発生する１つの高低２レベル電圧発生回路を設けて
いるので、構成の複雑化を招くことなく、シかも各電圧
発生系統の定数を最適に設定するだけで、放電の安定化
および発振効率の向上化を図れ、しかも長パルス発振を
可能化し、レーザスペクトルの狭帯域化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るパルスレーザ装置の概
略構成図、第２図は本発明の別の実施例に係るパルスレ
ーザ装置の概略構成図、第３図は本発明のさらに別の実
施例に係るパルスレーザ装置の概略構成図、第４図およ
び第５図はそれぞれ従来のパルスレーザ装置の概略構成
図である。 ２・・・レーザーガスの通路、３ａ、３ｂ・・・主電極
。 ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ・・・予備電離用電極、１１・
・・高低２レベル電圧発生回路、２１．２４・・・コン
デンサ、２３・・・可飽和リアクトル、２５・・・トリ
ガーギャップ、２８・・・ピーキングコンデンサ、３２
・・・放電起動用のコンデンサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザーガス中に対向配置された第１および第２
   の主電極と、これら主電極間での放電を促進させる予備
   電離用電極とを備えたパルスレーザ装置において、充電
   用電源と、この充電用電源によって共通に充電される容
   量の異なる複数のコンデンサおよび各コンデンサを選択
   的に直列接続するスイッチング素子および最も容量の大
   きいコンデンサの充電路に介挿された可飽和リアクトル
   を主体にして構成され、上記スイッチング素子が動作し
   たとき各コンデンサの充電電圧を合成したレベルの電圧
   を前記主電極間に印加して上記主電極間で放電を開始さ
   せた後、上記最も容量の大きいコンデンサの端子電圧を
   上記可飽和リアクトルを介して上記主電極間に印加する
   高低２レベル電圧発生回路とを具備してなることを特徴
   とするパルスレーザ装置。
2. （２）前記高低２レベル電圧発生回路は、出力端間に容
   量の小さいピーキングコンデンサが接続されたものであ
   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
   レーザ装置。
3. （３）レーザーガス中に対向配置された第１および第２
   の主電極と、これら主電極間での放電を促進させる予備
   電離用電極とを備えたパルスレーザ装置において、充電
   用電源と、この充電用電源によって共通に充電される容
   量の異なる複数のコンデンサおよび各コンデンサを選択
   的に直列接続するスイッチング素子および最も容量の大
   きいコンデンサの充電路に介挿された可飽和リアクトル
   を主体にして構成され、上記スイッチング素子が動作し
   たとき各コンデンサの充電電圧を合成したレベルの電圧
   を出力した後、上記最も容量の大きいコンデンサの端子
   電圧を上記可飽和リアクトルを介して前記主電極間に印
   加する高低２レベル電圧発生回路と、前記予備電離用電
   極を介して前記高低２レベル電圧発生回路の高レベル出
   力電圧で充電された後、充電電圧レベルが所定レベルに
   達した時点で電荷を直接的または上記予備電離用電極を
   経由させて前記主電極間に放出して上記主電極間で放電
   を開始させる小容量の放電起動用コンデンサとを具備し
   てなることを特徴とするパルスレーザ装置。
4. （４）前記放電起動用コンデンサの容量は、前記高低２
   レベル電圧発生回路を構成する前記コンデンサのうちの
   最も容量の小さいコンデンサの容量より小に設定されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のパル
   スレーザ装置。