JPS6398168A - High frequency discharge excited laser - Google Patents
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レーザ管に高周波電圧を印加してレーザ出力
を得る高周波放電励起レーザ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a high frequency discharge excitation laser device that applies a high frequency voltage to a laser tube to obtain a laser output.
第２図には上述した高周波放電励起レーザ装置の従来形
の一構成例が示される。同図において２１は高周波電源
であって、スイッチング素子を有する高周波インバータ
回路を内蔵し、該スイッチング素子を所定周波数の制御
信号で駆動することにより該所定周波数に応じた高周波
、例えば数ＭＨｚ 、の電圧を端子２２ａおよび２２ｂ
に出力する。FIG. 2 shows an example of a conventional configuration of the above-mentioned high frequency discharge excitation laser device. In the figure, reference numeral 21 denotes a high-frequency power supply, which incorporates a high-frequency inverter circuit having a switching element, and by driving the switching element with a control signal of a predetermined frequency, generates a high-frequency voltage corresponding to the predetermined frequency, for example, several MHz. terminals 22a and 22b
Output to.
２３は同軸ケーブルであって、電源側と負荷側を電気的
に接続するためのものであり、その中心導体２３ａを介
して電源の一方の出力端子２２ａと負荷側の一方の入力
端子２４ａが接続され、外部導体２３ｂを介して電源の
他方の出力端子２２ｂと負荷側の他方の入力端子２４ｂ
が接続されている。２５は負荷としてのレーザ管を示し
、高周波電圧が印加される１対の電極２５ａ、２５ｂと
、放電用のセラミック管２５ｃとからなっている。この
両電極２５ａおよび２５ｂと上述の入力端子２４ａおよ
び２４ｂとの間にはマツチング回路２６が介在されてい
る。このマツチング回路２６は、２個のキャパシタｃ、
′および０２′と１個のコイルＬ′からなるπ形構成を
有し、端子２４ａおよび２４ｂから電源側を見たインピ
ーダンスＺ、′と、レーザ管２５の電極２５ａおよび２
５ｂ間のインピーダンス２２′とを整合させる機能を備
えている。すなわち、このマツチング回路２６の作用に
より、高周波電源２１の出力電圧がレーザ管２５に効率
良く伝達されるようになっている。23 is a coaxial cable for electrically connecting the power supply side and the load side, and one output terminal 22a of the power supply and one input terminal 24a of the load side are connected via the center conductor 23a. The other output terminal 22b of the power supply and the other input terminal 24b of the load side are connected via the external conductor 23b.
is connected. Reference numeral 25 denotes a laser tube as a load, which is composed of a pair of electrodes 25a and 25b to which a high frequency voltage is applied, and a ceramic tube 25c for discharge. A matching circuit 26 is interposed between these electrodes 25a and 25b and the above-mentioned input terminals 24a and 24b. This matching circuit 26 includes two capacitors c,
' and 02' and one coil L', and has an impedance Z,' when looking at the power supply side from the terminals 24a and 24b, and the electrodes 25a and 2 of the laser tube 25.
It has a function of matching impedance 22' between 5b and 5b. That is, due to the action of this matching circuit 26, the output voltage of the high frequency power source 21 is efficiently transmitted to the laser tube 25.
一方、高周波放電励起レーザ装置は、例えば炭酸ガス（
ＣＯ□）レーザを例にとると、電極２５ａおよび２５ｂ
間に印加した高周波電圧、言い換えると電極に流入する
高周波電流、によりセラミック管２５ｃ内に放電を生じ
させ、この放電によりセラミック管内のレーザガス（例
えばＣＯ□＋ Ｎｚ ＋Ｈｅの混合ガス）を励起する。On the other hand, a high-frequency discharge excitation laser device uses carbon dioxide (carbon dioxide), for example.
Taking a CO□) laser as an example, the electrodes 25a and 25b
The high-frequency voltage applied between the two electrodes, in other words, the high-frequency current flowing into the electrodes, causes a discharge in the ceramic tube 25c, and this discharge excites the laser gas (for example, a mixed gas of CO□+Nz+He) in the ceramic tube.
これによって、ＣＯｚ分子を高準位の振動状態に励起し
、この高準位の分子振動状態から低準位の分子振動状態
に遷移する過程でＣＯＺ分子が放出する光をレーザ管２
５の両側に平行配設された２枚の反射鏡（図示せず）で
共振させて、その一部の光をレーザ出力として取出すよ
うになされている。This excites the COz molecule to a high-level vibrational state, and the light emitted by the COZ molecule in the process of transitioning from this high-level molecular vibrational state to a low-level molecular vibrational state is transmitted to the laser tube 2.
Two reflecting mirrors (not shown) arranged in parallel on both sides of the laser beam 5 resonate, and a part of the light is extracted as a laser output.
従って、上述した高周波放電励起レーザ装置を安定に動
作させるためには、レーザ管２５の電極間に印加する高
周波電圧、すなわち高周波電流を安定した状態で供給す
ることが不可欠である。Therefore, in order to stably operate the above-described high-frequency discharge excitation laser device, it is essential to supply the high-frequency voltage, that is, the high-frequency current, applied between the electrodes of the laser tube 25 in a stable state.
上述した従来形のレーザ装置においては、いったんマツ
チング回路２６の各素子の値を設定すると、その後で高
周波電源２１あるいはレーザ管２５の設置場所を変更し
た場合、またはケーブル２３の引回しを行った場合には
、ケーブル容量等が変化するのでマツチング回路２６に
よる整合を図ることができなくなるという不都合が生じ
る。In the conventional laser device described above, once the values of each element of the matching circuit 26 are set, if the installation location of the high frequency power supply 21 or the laser tube 25 is changed, or if the cable 23 is routed, However, since cable capacitance and the like change, there arises a problem that matching by the matching circuit 26 cannot be achieved.
整合が不完全状態にあると、前述したように高周波電源
２１の出力電圧がレーザ管２５に効率良く伝達されなく
なり、極めて不利である。If the matching is incomplete, the output voltage of the high frequency power source 21 will not be efficiently transmitted to the laser tube 25 as described above, which is extremely disadvantageous.
このような問題に対して、従来形の他の形態として例え
ば第２図に破線表示されるように、マツチング回路２６
を値の変更が可能な可変キャパシタおよび可変コイルに
より構成してなる装置が提案されている。しかしながら
、各機器の設置場所を変更したり、あるいは同軸ケーブ
ルを弓［回したりする毎にその都度、完全な整合状態を
維持するために各素子の値を微妙に調整する必要があり
、これによって調整作業が煩わしくなると共に、強いて
は作業効率が低下するという問題があった。To solve this problem, as another conventional form, for example, as shown by the broken line in FIG.
A device has been proposed that includes a variable capacitor and a variable coil whose values can be changed. However, each time you change the installation location of each piece of equipment or turn the coaxial cable, you must make subtle adjustments to the values of each element to maintain perfect alignment. There is a problem in that the adjustment work becomes troublesome and the work efficiency is inevitably reduced.
また、上述したような調整作業を行なってマツチング回
路２６を整合させたとしても、負荷変動が生じた場合に
はこの整合関係が維持されなくなる。従って、高周波電
源２１からケーブル２３を介して負荷側に供給される高
周波電圧はマツチング回路２６の入力端子２４ａおよび
２４ｂにおいてその一部が反射され、この反射成分は本
来の電圧入力成分を打ち消す方向に作用するので、結局
、高周波電源２１の出力電力がレーザ管２５に効率良く
伝達されなくなる。すなわち、従来形のレーザ装置は負
荷変動に弱かった。Further, even if the matching circuit 26 is matched by performing the above-described adjustment work, this matching relationship will not be maintained if load fluctuation occurs. Therefore, a part of the high frequency voltage supplied from the high frequency power supply 21 to the load side via the cable 23 is reflected at the input terminals 24a and 24b of the matching circuit 26, and this reflected component cancels out the original voltage input component. As a result, the output power of the high frequency power source 21 is not efficiently transmitted to the laser tube 25. In other words, conventional laser devices are susceptible to load fluctuations.
本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みなさ
れたもので、煩雑なインピーダンス調整作業を不要にし
、かつ負荷変動に強い高周波放電励起レーザ装置を提供
することを目的としている。The present invention was devised in view of the problems in the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a high-frequency discharge-excited laser device that eliminates the need for complicated impedance adjustment work and is resistant to load fluctuations.
本発明によれば、レーザ管に高周波電圧を印加してレー
ザ出力を得る高周波放電励起レーザ装置であって、上述
の高周波電圧を出力する電流型インバータ回路と、この
電流型インバータ回路と上述のレーザ管の間に介在され
、インピーダンス整合を行うマツチング回路と、上述の
高周波電源の出力端に並列に接続され、この出力端から
レーザ管側を見た時のインピーダンスが実質上抵抗成分
のみとなるように影響を与えるＱの高い並列共振回路と
、を備えてなる高周波放電励起レーザ装置が提供される
。According to the present invention, there is provided a high-frequency discharge excitation laser device that applies a high-frequency voltage to a laser tube to obtain a laser output, which comprises: a current-type inverter circuit that outputs the high-frequency voltage; A matching circuit that is interposed between the tubes and performs impedance matching is connected in parallel to the output end of the above-mentioned high frequency power supply, so that the impedance when looking at the laser tube side from this output end is substantially only a resistance component. A high-frequency discharge pumped laser device is provided, comprising: a high-Q parallel resonant circuit that affects
本発明による高周波放電励起レーザ装置においては、電
流型インバータ回路の出力端に並列に接続されたＱ（共
振の鋭さ）の高い並列共振回路の作用により、仮に該出
力端からレーザ管側において配線容量等の変化に起因し
てインピーダンス変化が生じたとしても、その影響はイ
ンバータ回路内部へは波及しない。従って、マツチング
回路の各素子を調整して厳密に整合させるという煩雑な
作業は不要となる。In the high frequency discharge pumped laser device according to the present invention, due to the action of the parallel resonant circuit with high Q (resonance sharpness) connected in parallel to the output end of the current type inverter circuit, the wiring capacitance is temporarily increased from the output end to the laser tube side. Even if an impedance change occurs due to such changes, the effect will not spread to the inside of the inverter circuit. Therefore, the complicated work of adjusting each element of the matching circuit to achieve exact matching becomes unnecessary.
また、並列共振回路はその特性上、電流型インバータ回
路が供給するエネルギーのすべてを蓄える機能を有して
いるので、仮に負荷変動が生じてエネルギー潮流に変化
が生じた場合でも、レーザ管には常に安定した高周波電
流が供給され得る。In addition, due to its characteristics, the parallel resonant circuit has the ability to store all of the energy supplied by the current type inverter circuit, so even if a load fluctuation occurs and the energy flow changes, the laser tube will A stable high frequency current can always be supplied.
第１図には本発明の一実施例としての高周波放電励起レ
ーザ装置の構成が示される。FIG. 1 shows the configuration of a high frequency discharge excitation laser device as an embodiment of the present invention.
第１図において１は高周波電源としての高周波電流型イ
ンバータ回路を示し、回路に直列に挿入されたチョーク
コイルＬ０と、４個のスイッチング用Ｎチャネル型ＭＯ
３（金属酸化物半導体）トランジスタＣ１＋ 、 Ｃ
２、Ｃ３およびＣ４とからなっている。チョークコイル
Ｌ０は直流入力電流Ｉｓを一定値に維持するためのもの
であり、直列接続されたトランジスタＱ１およびＣ２と
、直列接続されたトランジスタＱ３およびＣ４とが並列
接続されてなるスイッチング回路がチョークコイルＬ０
と直列に接続されている。トランジスタＱ、およびＣ２
の接続点は出力端子２ａに、トランジスタＱ３およびＣ
４の接続点は出力端子２ｂに、それぞれ接続される。ま
た、各トランジスタＱ、〜Ｑ４のゲートにはそれぞれ、
単一周波数ｆ０の駆動信号■。、Ｖｃ、Ｖ。、■６が入
力される。従って、トランジスタ対Ｑ１およびＣ４と、
Ｃ２およびＣ３は、駆動信号の周波数ｆ。に応じて交互
にオン・オフ動作を行うので、出力端子２ａおよび２ｂ
の間には該単一周波数ｆ０に対応した高周波電圧が出力
される。In Fig. 1, numeral 1 indicates a high-frequency current type inverter circuit as a high-frequency power source, and a choke coil L0 inserted in series in the circuit and four switching N-channel type MO
3 (metal oxide semiconductor) transistor C1+, C
2, C3 and C4. The choke coil L0 is for maintaining the DC input current Is at a constant value, and the choke coil is a switching circuit in which series-connected transistors Q1 and C2 and series-connected transistors Q3 and C4 are connected in parallel. L0
connected in series with. Transistor Q, and C2
The connection point of transistors Q3 and C is connected to the output terminal 2a.
The 4 connection points are respectively connected to the output terminal 2b. In addition, the gates of each transistor Q, ~Q4 each have
Drive signal with single frequency f0 ■. ,Vc,V. , ■6 is input. Therefore, transistor pair Q1 and C4,
C2 and C3 are the frequency f of the drive signal. Since the on/off operation is performed alternately depending on the output terminals 2a and 2b,
During this period, a high frequency voltage corresponding to the single frequency f0 is output.
３は並列共振回路（タンク回路）であって、出力端子２
ａおよび２ｂ間に並列に接続され、並列接続されたコイ
ルし、ｌおよびキャパシタＣえがらなっている。従って
、端子２ａおよび２ｂの間に現われる高周波信号の周波
数ｆ０と各素子の値との間には、
■
の関係がある。タンク回路３は、高いＱ（本実施例では
Ｑ＝１０）を有しており、出力端子２ａおよび２ｂから
負荷側を見た時のインピーダンスが実質上抵抗成分のみ
となるように、すなわちリアクタンス成分（無効成分）
を実質上台まないように、影曾を与える。3 is a parallel resonant circuit (tank circuit), and output terminal 2
A and 2b are connected in parallel, forming a parallel-connected coil, l and capacitor C. Therefore, the following relationship exists between the frequency f0 of the high frequency signal appearing between the terminals 2a and 2b and the value of each element. The tank circuit 3 has a high Q (Q=10 in this embodiment), and is configured so that the impedance when looking at the load side from the output terminals 2a and 2b is substantially only a resistance component, that is, a reactance component. (Inactive ingredient)
Give an image so as not to substantially undermine it.
４は電源側と負荷側を電気的に接続するための同軸ケー
ブルを示し、その中心導体４ａを介して電源１の一方の
出力端子２ａと負荷側の一方の入力端子５ａが接続され
、外部導体４ｂを介して電源１の他方の出力端子２ｂと
負荷側の他方の入力端子５ｂが接続されている。６はレ
ーザ管を示し、高周波電圧が印加される１対の電極６ａ
、６ｂと、放電用の例えば石英管６ｃとからなる。こ
の両電極６ａおよび６ｂと入力端子５ａおよび５ｂとの
間にはπ形マツチング回路７が介在され、該回路は、中
央にコイルＬを含み、両側にキャパシタＣ３およびＣ２
を含む。このπ形マツチング回路７は、端子５ａおよび
５ｂから電源側を見たインピーダンスＺ、と、レーザ管
６の電極６ａおよび６ｂ間のインピーダンスＺ２とを整
合させる機能を備えている。従って、電源１とレーザ管
６の間でインピーダンスに変化が生じない限り、電源１
の高周波出力電圧はレーザ管６に効率良く伝達される。Reference numeral 4 indicates a coaxial cable for electrically connecting the power supply side and the load side, and one output terminal 2a of the power supply 1 and one input terminal 5a of the load side are connected via the central conductor 4a, and the outer conductor 4b, the other output terminal 2b of the power supply 1 and the other input terminal 5b on the load side are connected. Reference numeral 6 indicates a laser tube, and a pair of electrodes 6a to which a high frequency voltage is applied.
, 6b and, for example, a quartz tube 6c for discharge. A π-type matching circuit 7 is interposed between the electrodes 6a and 6b and the input terminals 5a and 5b, and the circuit includes a coil L in the center and capacitors C3 and C2 on both sides.
including. This π-type matching circuit 7 has a function of matching the impedance Z seen from the terminals 5a and 5b to the power supply side and the impedance Z2 between the electrodes 6a and 6b of the laser tube 6. Therefore, unless there is a change in impedance between the power supply 1 and the laser tube 6, the power supply 1
The high frequency output voltage is efficiently transmitted to the laser tube 6.
第１図の装置の構成によれば、タンク回路３が並列共振
している時、すなわちインバータ回路１の出力端子２ａ
および２ｂの間に周波数ｆ０の高周波信号が現われてい
る時は、該端子２ａおよび２ｂから電源側を見たインピ
ーダンスＺ０はタンク回路３のインピーダンスにより決
まる。従って、仮に電源またはレーザ管の設置場所を変
更したり、あるいはケーブルの引回しを行なった時に出
力端子２ａおよび２ｂから以降の負荷側においてインピ
ーダンス変化が生じたとしても、その変化量はタンク回
路３自体のインピーダンスに比して無視し得るほど小さ
いので、インピーダンス変化に起因する影響は電源内部
へは波及しない。これは、負荷変動等に起因してマツチ
ング回路７の整合作用が損なわれてもその影響は電源側
に波及しないことを意味する。従って、従来形のように
マツチング回路内の各素子の値を微妙に調整して完全な
整合状態を維持するという必要性はなくなり、これによ
って煩雑な調整作業は不要となる。According to the configuration of the device shown in FIG.
When a high frequency signal of frequency f0 appears between the terminals 2a and 2b, the impedance Z0 seen from the terminals 2a and 2b on the power supply side is determined by the impedance of the tank circuit 3. Therefore, even if an impedance change occurs on the load side from the output terminals 2a and 2b when the installation location of the power supply or laser tube is changed or the cable is routed, the amount of change will be limited to the tank circuit 3. Since the impedance is negligibly small compared to the impedance itself, the influence caused by impedance changes does not spread to the inside of the power supply. This means that even if the matching effect of the matching circuit 7 is impaired due to load fluctuation or the like, the effect will not spread to the power supply side. Therefore, unlike the conventional type, there is no need to delicately adjust the values of each element in the matching circuit to maintain a perfect matching state, thereby eliminating the need for complicated adjustment work.
なお、本実施例において負荷として用いたレーザー管の
内部ガスは、ＣＯ，のみならず、ｌ１ｅ−Ｎｅ。In this example, the internal gas of the laser tube used as a load was not only CO, but also 11e-Ne.
ＣＯ２、エキシマ等の他のガスであってもよい。Other gases such as CO2 and excimer may also be used.
以上説明したように本発明によれば、煩雑なインピーダ
ンス調整作業が不要となり、しかも負荷変動に強い高周
波放電励起レーザ装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high frequency discharge excitation laser device that does not require complicated impedance adjustment work and is resistant to load fluctuations.
第１図は本発明の一実施例としての高周波放電励起レー
ザ装置を示す構成図、
第２図は従来形の一例としての高周波放電励起レーザ装
置を示す構成図、
である。
（符号の説明）
１・・・高周波電源（電流型インバータ回路）、２ａ
、２ｂ・・・電源出力端子、
３・・・並列共振回路、
５ａ 、５ｂ・・・負荷入力端子、
６・・・レーザ管、 ７・・・マツチング回路。FIG. 1 is a block diagram showing a high frequency discharge excitation laser device as an example of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a high frequency discharge pump laser device as an example of a conventional type. (Explanation of symbols) 1...High frequency power supply (current type inverter circuit), 2a
, 2b...Power output terminal, 3...Parallel resonant circuit, 5a, 5b...Load input terminal, 6...Laser tube, 7...Matching circuit.
Claims (1)
波放電励起レーザ装置であって、 該高周波電圧を出力する電流型インバータ回路と、 該電流型インバータ回路と該レーザ管の間に介在され、
インピーダンス整合を行うマッチング回路と、 該電流型インバータ回路の出力端に並列に接続され、該
出力端から該レーザ管側を見た時のインピーダンスが実
質上抵抗成分のみとなるように影響を与えるＱの高い並
列共振回路と、を備えてなる高周波放電励起レーザ装置
。[Claims] A high-frequency discharge excitation laser device that applies a high-frequency voltage to a laser tube to obtain a laser output, comprising: a current-type inverter circuit that outputs the high-frequency voltage; a current-type inverter circuit that outputs the high-frequency voltage; interposed between
A matching circuit that performs impedance matching, and a Q that is connected in parallel to the output end of the current type inverter circuit and that affects the impedance when looking from the output end to the laser tube side, so that the impedance is substantially only a resistance component. A high frequency discharge pumped laser device equipped with a highly parallel resonant circuit.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24320486A JPH0770772B2 (en) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | High frequency discharge excitation laser device |
| EP87906762A EP0285673B1 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | Laser device excited by rf discharge |
| EP93119934A EP0592014B1 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | RF discharge excitation laser apparatus |
| PCT/JP1987/000771 WO1988002936A1 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | Laser device excited by rf discharge |
| DE3750578T DE3750578T2 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | HF DISCHARGE-EXCITED LASER DEVICE. |
| DE3752083T DE3752083T2 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | HF discharge-excited laser device |
| US07/503,149 US4975920A (en) | 1986-10-14 | 1990-03-30 | RF discharge excitation laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24320486A JPH0770772B2 (en) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | High frequency discharge excitation laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6398168A true JPS6398168A (en) | 1988-04-28 |
| JPH0770772B2 JPH0770772B2 (en) | 1995-07-31 |
Family
ID=17100378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24320486A Expired - Lifetime JPH0770772B2 (en) | 1986-10-14 | 1986-10-15 | High frequency discharge excitation laser device |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
1986
- 1986-10-15 JP JP24320486A patent/JPH0770772B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0770772B2 (en) | 1995-07-31 |
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