JPS6398174A - 高周波放電励起レ−ザ装置 - Google Patents

高周波放電励起レ−ザ装置

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JPS6398174A
JPS6398174A JP24320886A JP24320886A JPS6398174A JP S6398174 A JPS6398174 A JP S6398174A JP 24320886 A JP24320886 A JP 24320886A JP 24320886 A JP24320886 A JP 24320886A JP S6398174 A JPS6398174 A JP S6398174A
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JP
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laser
output
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tube
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JP24320886A
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Inventor
Akira Egawa
明 江川
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Fanuc Corp
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Fanuc Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

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〕 本発明はレーザ発生装置、特に出力安定制御機能を備え
た高周波放電励起レーザ装置に関する。
本発明は、COz  、 1ie−Ne 、 Co (
−酸化炭素)、エキシマ等全てのガスレーザ装置に適用
することが可能である。
〔従来の技術〕
放電励起型ガスレーザ発生装置においては、レーザ管と
称するガス放電管中に、一定流速で、一定温度、一定組
成のガスを供給し、かつ、一定電圧で一定電流を供給す
ることによって、レーザ出力は一定に保たれる。
従来は、第7図に示すように光電変換素子等を用いてレ
ーザ出力の一部の強度を測定することにより、上記のレ
ーザ出力の変動要因全ての影9を最終的なレーザ出力の
強度で検出し、これを該レーザ管に電流を供給するレー
ザ発生用高周波電源に負帰還することによりレーザの出
力を一定に保つようにしていた。
第7図について説明する。1は、レーザ発生用高周波電
源装置であって、整流回路111、平滑回路112、ス
イッチングFET123、平滑回路1231、高周波イ
ンバータ14、高周波トランス15、マツチング回路(
π形フィルタ)2、レーザ管3、パルス幅制御回路12
2からなる。また該パルス幅制御回路122は、ノコギ
リ波発生器1221. PWM(Pulse Widt
h Modulation)コンパレータ1222、ポ
テンショメータ1223、レーザ出力誤差アンプ122
5を備えている。
AC200Vの商用交流電源からの入力を整流回路11
1で整流され、平滑回路112で平滑化され、パルス幅
制御回路122の制御によってスイッチオン、オフされ
るスイッチングFET121によって断続的なパルスと
なった電流は平滑回路1231によって平滑化された直
流となって高周波トランス14において高周波電流に変
換され、高周波トランス15を経て出力される。マツチ
ング回路2は、該レーザ発生用高周波電源装置1の出力
と前記レーザ管の入力との間のインピーダンス整合をと
るために設けられている。
レーザ出力の一部はその強度をモニタされており、フォ
トダイオード41の抵抗の変化を抵抗42の両端子間の
電位差として検出する。この電位差はレーザ出力差動ア
ンプ43を経てレーザ出力誤差アンプ1225の一方の
端子に入力される。ここでポテンショメータ1223に
よって予めレーザ出力レベルを設定するために入力され
た基準電圧との誤差がとられて増幅され、PWMコンパ
レータ1222の一方の端子に入力される。PWMコン
パレータ1222においては、前記レーザ出力誤差アン
プ1225の出力が、ノコギリ波発生器1221の出力
と比較され、レーザ出力誤差アンプ1225の出力が高
いときにはPWMコンパレータ1222の出力パルスの
幅は狭(なって出力電流を大きくしようとし、逆に誤差
アンプ1225の出力レベルが低いときには、31 P
 W Mコンパレータ1222の出力パルスの幅は広く
なって出力電流を小さくしようとする。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ここで前述のレーザ出力の変動要因のうち、レーザ管を
流れるガスの組成、温度、流速等はそれぞれ個別にレー
ザ管側で(第7図のブロック1゜2とは独立に)制御さ
れて、各々一定に保たれており、また、レーザ管に印加
される電圧も、放電の種類を変えるような大きな電圧変
化を加えない限り一定に保たれている。従ってレーザ出
力を一定に保つために制御すべき要因は、該レーザ管3
に供給される電流の変化ということになる。ここでレー
ザ管へ供給される電流の変動要因としては、各素子に、
おける素子定数の変化等が考えられる。
また、第7図に示したような光電変換素子41は応答速
度は速いが測定精度が悪く、或いは、レーザ光の強度を
熱で検出する熱電対を用いる方法も考えられるが、熱電
対では応答速度が遅く、ゆっくりした変動にしか対応で
きない。
従来上記の他に制御装置としては、レーザ発生用電源装
置の出力電圧(電流ではない)を一定となるように制御
するものく図示せず)やレーザ発生用電源装置の出力端
での反射電力を最小にするよう制御するもの等があった
が、前述の制御すべき要因、すなわち「レーザ管へ供給
する電流」を制御するものは、高周波放電励起方式にお
いては無かった。このため例えば、第7図のマツチング
回路2における素子定数の変動については、レーザ管3
の手前で制御することができなかった。また、電圧の変
動は電流の変動に比べて極めて小さいので電圧制御は電
流制御に比べ精度も悪く、効果的でない。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の第1の形態におけるレーザ発生装置は、第1図
に示すように、レーザを出力するレーザ管3と、 所定のレーザ出力レベル設定人力に対応する高周波電流
を、前記レーザ管に供給するレーザ発生用高周波電源装
置1と、 前記レーザ管3と前記レーザ発生用高周波電源装置1と
の間にインピーダンス整合のために接続されたマツチン
グ回路2とからなり、 前記マツチング回路2の出力電流を前記レーザ出力レベ
ル設定入力に負帰還して該マツチング回路2の出力電流
を制御するようにしている。
本発明の第2の形態におけるレーザ発生装置は、第2図
に示すように、レーザを出力するレーザ管3と、 所定のレーザ出力レベル設定人力に対応する高周波電流
を、前記レーザ管3に供給するレーザ発生用高周波電源
装置1と、 前記レーザ管3と前記レーザ発生用高周波電源装置1と
の間にインピーダンス整合のために接続されたマツチン
グ回路2とからなるレーザ発生装置に、 前記レーザ管からのレーザ出力の強度を検出するレーザ
出力強度検出器4を付加し、 前記マツチング回路2の出力電流と、前記レーザの出力
強度とを各々前記レーザ出力レベル設定入力に負帰還し
て該マツチング回路の出力電流を制御Iするようにして
いる。
本発明の第3の形態におけるレーザ発生装置は、第3図
に示すように、レーザを出力するレーザ管3と、 所定のレーザ出力レベル設定入力を受けてこれに対応す
る直流を出力する直流電源10と、該直流電源10の出
力を高周波電流に変換する高周波インバータ14とから
なるレーザ発生用高周波電源装置1と、 該レーザ管3と該レーザ発生用高周波電源装置1との間
にインピーダンス整合のために接続されたマツチング回
路2とからなり、 前記直流電源10の出力電流を前記レーザ出力レベル設
定入力に負帰還して該直流電源10の出力電流を制御す
ると共に、前記マツチング回路2の出力電流を前記レー
ザ出力レベル設定入力に負帰還して該マツチング回路2
の出力電流を制御するようにしている。
〔作 用〕
第1図に示される本発明の第1の形態においては、マツ
チング回路2の出力電流すなわちレーザ管3への供給電
流をフィードバンクしているので、レーザ出力変動要因
の中でガスの温度、組成、流速等の変動を含まず、かつ
、マツチング回路2、或いは高周波インバータ14等に
おける変化(これらを構成する素子定数の温度による変
化等)を含む高周波電流供給系統(レーザ発生用高周波
電源装置1、およびマツチング回路2からなる。)全体
の変動を制御することができる。
第2図に示される本発明の第2の形態においては、前記
本発明の第1の形態と同様の、マツチング回路2の出ノ
J電流、すなわちレーザ管3への供給電流をフィードバ
ック(負帰還)しているのに加えて、前述のように従来
行っていたレーザ出力の強度のフィードバックも行って
いるので、前記本発明の第1の形態における作用に加え
て、レーザ管3の側において、レーザ出力を変動させる
何らかの要因が働いた場合には、これによるレーザ出力
変動の補償をレーザ発生用高周波電源装置1において行
う。
前述のように、レーザ管3側のレーザ出力変動要因とし
てはガスの温度、組成、流速等があり、これらは、個々
に一定に保たれるようになっていた。これらを一定に保
たせる制御装置は高価で大がかりであり、また必ずしも
精度も高くはないので、前記本発明の第1の形態の考え
方とは別の考え方として、上記ガスの温度、組成、流速
の制御装置をより安価でより小型のものとして、これに
よるレーザ出力の変動をフィードバックして制御するこ
とが本発明の第2の形態によって可能となる。
前述のように、従来のレーザ出力強度のみで制御してい
た場合は、レーザ出力強度による制御は、あらゆるレー
ザ出力変動要因の変動範囲を全て考慮して行わなければ
ならないので、フィードバック制御のゲインの上限(発
振しない安定な制御を行うための)、従って精度が低く
抑えられねばならなかった。ところが、本発明の第2の
形態にょれば、前記の変動範囲を考慮すべき変動要因の
中で、レーザ管に高周波電流を供給する系統の変動要因
は、レーザ管への供給電流のフィードバックによる制御
によってこの変動範囲が限定される(小さくなる)ので
、上記フィードバック制御のゲインをより上げることが
でき、より精度がよくなり、系がより安定する。
第3図に示される本発明の第3の形態においては、レー
ザ発生用高周波電源装置1が直流電源10と高周波イン
バータ14とからなる場合であって、前記本発明の第1
の形態と同様の、マツチング回路2の出力電流、すなわ
ちレーザ管3への供給電流をフィードバックしているの
に加えて、前記直流電源10の出力電流をフィードバン
クしている。これにより例えば直流電源が商用交流電源
からの入力を整流平滑化し、これを増幅して、前記のレ
ーザ出力レベル設定入力により設定されたレーザ出力を
実現できるような直流電流を出力しようとするときには
、該商用交流電源のレベル変動によって前記のレーザ出
力レベル設定入力に対する上記直流電流出力のゲインが
大きく変動する。レーザ出力制御の精度を向上させるた
めには、このゲインは可能な限り大きくしたいが、ゲイ
ンを大きくしたときに上記外部の商用交流電源のレベル
の変動によってこの増幅系統が安定な限界を超えて発振
してしまうことになる。従ってこの直流電源のゲインを
上げても発振するようなことがないように、この直流電
源出力電流のフィードバック制御によって、前記外部電
源レベル変動による形容を補償することが有益である。
〔実施例〕
本発明の第1の形態の実施例を第4図に示す。
同じくパルス幅制御回路122′以外のレーザ発生用高
周波電源1′およびマツチング回路2の構成は前述の第
7図の構成と同一である。
レーザ管3への供給電流はカレントトランス(変流器)
5によって検出されこの電流は抵抗7の両端の電位差と
なって差動アンプ6を経て誤差アンプ1224へ入力さ
れる。ここで、レーザ出力レベルを設定しているポテン
ショメータ1223による基準電圧との誤差がとられ、
以後PWMコンパレータ1222以後の動作は、前述の
第7図における説明と同様である。
本発明の第2の形態の実施例を第5図に示す。
パルス幅制御回路122”以外のレーザ発生用高周波電
源装置1″およびマツチング回路2の構成は前述の第7
図あるいは第4図の構成と同一である。
レーザ管への供給電流のフィードバックの経路は第4図
と同様であり、レーザ出力強度のフィードバックの経路
は第7図と同様である。
本発明の第3の形態の実施例を第6図に示す。
スイッチング電源の出力電流は、カレントトランス8に
よって検出され、抵抗9の両端の電位差は差動アンプ1
9を経て誤差アンプ1226に入力される。ここでレー
ザ出力レベルを設定しているポテンショメータ1223
による基準電圧との誤差がとられ、以後PWMコンパレ
ータ1222以後の動作は第7図の説明と同様である。
またレーザ管への供給電流のフィードバックラインは前
記第4図における説明と同一である。
その他パルス幅制御回路以外の全ての回路は前の第4.
5.7図と同一である。
〔発明の効果〕
本発明の第1第2および第3の形態に共通した効果は、
レーザ出力の安定性及び精度の向上という点にある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の形態における高周波放電励起
レーザ装置の基本的構成を示す図、第2図は、本発明の
第2の形態における高周波放電励起レーザ装置の基本的
構成を示す図、第3図は、本発明の第3の形態における
高周波放電励起レーザ装置の基本的構成を示す図、第4
図は、本発明の第1の形態の実施例を示す図、 第5図は、本発明の第2の形態の実施例を示す図、 第6図は、本発明の第3の形態の実施例を示す図、 第7図は、従来の高周波放電励起レーザ装置におけるフ
ィードバンク制御の例を示す図である。 (符号の説明) 1.1’、1”、1”’・・・レーザ発用高周波電源装
置、 2・・・マツチング回路、 3・・・レーザ管、 4・・・レーザ出力強度検出器、 5.8・・・カレントトランス(変流器)、6・・・出
力電流差動アンプ、 19・・・スイッチング電源差動アンプ、7.9・・・
抵抗、 10・・・直流電源、 14・・・高周波インバータ、 15・・・高周波トランス、 43・・・レーザ出力差動アンプ、 111・・・整流回路、 112・・・平滑回路、 121・・・スイッチングFET。 1231・・・平滑回路、 1221・・・ノコギリ波発生器、 1222・・・PWMコンパレーク、 1224・・・出力電流誤差アンプ、 1225・・・レーザ出力誤差アンプ、1226・・・
スイッチング電源誤差アンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、レーザを出力するレーザ管と、 所定のレーザ出力レベル設定入力に対応する高周波電流
    を、前記レーザ管に供給するレーザ発生用高周波電源装
    置と、 前記レーザ管と前記レーザ発生用高周波電源装置との間
    にインピーダンス整合のために接続されるマッチング回
    路とを備え、 前記マッチング回路の出力電流を前記レーザ出力レベル
    設定入力に負帰還して該マッチング回路の出力電流を制
    御することを特徴とする高周波放電励起レーザ装置。 2、レーザを出力するレーザ管と、 所定のレーザ出力レベル設定入力に対応する高周波電流
    を、前記レーザ管に供給するレーザ発生用高周波電源装
    置と、 前記レーザ管と前記レーザ発生用高周波電源装置との間
    にインピーダンス整合のために接続されるマッチング回
    路と 前記レーザ管からのレーザ出力の強度を検出するレーザ
    出力強度検出器とを備え、 前記マッチング回路の出力電流と、前記レーザの出力強
    度とを各々前記レーザ出力レベル設定入力に負帰還して
    該マッチング回路の出力電流を制御することを特徴とす
    る高周波放電励起レーザ装置。 3、レーザを出力するレーザ管と、 所定のレーザ出力レベル設定入力を受けてこれに対応す
    る直流を出力する直流電源と、該直流電源の出力を高周
    波電流に変換する高周波インバータとからなるレーザ発
    生用高周波電源装置と、該レーザ管と該レーザ発生用高
    周波電源装置との間にインピーダンス整合のために接続
    されるマッチング回路とを備え、 前記直流電源の出力電流を前記レーザ出力レベル設定入
    力に負帰還して該直流電源の出力電流を制御すると共に
    、前記マッチング回路の出力電流を前記レーザ出力レベ
    ル設定入力に負帰還して該マッチング回路の出力電流を
    制御することを特徴とする高周波放電励起レーザ装置。
JP24320886A 1986-10-15 1986-10-15 高周波放電励起レ−ザ装置 Pending JPS6398174A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522686A (zh) * 2011-11-24 2012-06-27 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种双路激光电源高压隔离装置及其实现方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60177692A (ja) * 1984-02-24 1985-09-11 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ発振装置

Patent Citations (1)

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