KR970009034B1 - 방전여기가스레이저장치 - Google Patents

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Description

방전여기가스레이저장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 구성을 표시한 구성도.

제2도는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 있어서의 동작을 설명한 동작설명도.

제3도는 본 발명의 제2실시예에 있어서의 구성을 표시한 구성도.

제4도는 종래의 엑시머레이저의 구성을 표시한 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피킹콘덴서 2 : 예비여기불꽃간극

3 : 주방전전극 4 : 예비여기광

5 : 주방전 6,6-1,6-2 : 충전콘덴서

7 : 사이라트론 8 : 충전코일

9 : 고전압전원 10 : 이행전류

11 : 주방전전류 12 : 예비여기분배콘덴서

14 : 예비여기충전코일 21 : 주방전전극간 전압

22 : 예비여기불꽃간극간전압

본 발명은 방전에 의한 여기(勵起)를 행하는 레이저장치로서 특히 엑시머레이저에 관한 것이다.

종래, 방전여기를 행하는 레이저장치에서는 예비여기에 의해 방전의 안정화를 해서 사용하고 있다. 특히 엑시머레이저에서는 이 예비여기에 의한 방전의 안정화는 필수기술이다. 예를들면 이 예비여기에 관해서는 다음의 문헌이 있다.

일본국 와타나베준타로 감저, 응용기술출판 「엑시머레이저 개발과 그 응용기술·예」P 15~30.

이하, 간단히 이 종래의 예비여기에 관해서 설명한다.

제4도에 종래의 구성예를 표시한다. 피킹콘덴서(1), 예비여기불꽃간극(spark gap)(2), 주방전극(3)에 의해서 주방전을 행하는 회로를 구성하고, 충전콘덴서(6), 사이라트론(7), 충전코일(8)에 의해 충전회로를 구성하고 있다.

고압전원(9)으로부터의 고전압에 의해, 충전콘덴서(6)는 충전코일(8)을 통해서 고전압으로 충전된다.

이 상태에서 사이라트론트리거신호(15)가 사이라트론(7)에 가해지면 사이라트론(7)은 도통해서 충전콘덴서(6)의 전하는 이행전류(10)로서 급속히 방전한다. 이행전류는 예비여기불꽃간극(2) 사이를 스파크에 의해 방전하면서 통과하여, 피킹콘덴서(1)를 충전한다.

예비여기불꽃간극(2)의 스파크에 의한 자외선(UV)광은 예비여기광으로서 주방전전극(3)을 조사한다. 이 조사에 의해 주방전전극근처의 레이저매질가스(엑시머레이저에서는 영족원소가스와 할로겐가스의 혼합가스)를 전리해서 한결같은 글로방전을 행하가 쉬운 상태로 한다.

피킹콘덴서(1)가 충분히 충전되면 2개의 주방전전극(3) 사이에 고전압이 인가되고, 충분한 자촉전압에 달하면 상기의 예비여기광에 의해 유기된 글로방전이 급속히 개시하여, 주방전전류(11)가 펄스형상 대전류로서 흘러, 주방전전극(3) 사이에 주방전(5)이 발생한다. 이 주방전에 의해 레이저매질은 방전여기되고, 적당한 미러 등에 의한 공진기광학계가 준비되어 있으면 레이저광 발진이 발생하여, 방전여기레이저가 된다.

그러나, 종래의 예비여기를 행하는 방법은, 주방전회로중에 예비여기불꽃간극간극이 편입되어 있기 때문에 이하와 같은 과제가 있었다. 우선 첫째로 예비여기불꽃간극(2)에는 충전콘덴서(6)의 전하를 피킹콘덴서(1)로 옮기는 이행전류(10)가 모두 흐르고, 또 주방전(5)이 발생할때에 또 주방전전류(11)가 모두 흐른다. 이 때문에 예비여기에 필요한 방전전류보다 훨씬 큰 전류가 흘러, 필요이상의 강도의 스파크가 예비여기불꽃간극(2) 사이에 발생한다.

이 때문에 불꽃간극의 마모가 격심하여, 장시간의 사용에 의해서 동작이 불안정하게 되어, 안정동작을 필요로하는 산업용의 레이저장치로서 문제가 된다. 또, 마모된 불꽃간극은 미세분말의 분진이 되어, 방전용 기속을 돌고 있는 레이저가스와 함께 이 분진이 돌고, 결과적으로 광학창 등에 부착해서 창을 흐리게 하고 레이저강도를 저하시킨다.

제2의 과제는 주방전회로의 방전스피드가 저하되는 것이다. 즉, 피킹콘덴서(1)와 예비여기불꽃간극(2)과 주방전전극93)에 의해 주방전회로를 형성하고 있으나, 이 주방전회로의 스피드는 이 회로의 인덕턴스에 의존한다. 인덕턴스를 저감해서 스피드를 내기 위해서는 가능한 한 이 회로를 소형으로 만들 필요가 있다.

그러나, 예비여기불꽃간극(2)은 주방전전극(3)을 양호하게 자외선으로 조사하기 위하여 배치하는 위차가 제한되고, 회로의 소형화를 행하는 것의 제한조건이 되어, 그다지 소형화가 되지 않고 방전스피드를 빠르게 하는 것이 곤란하게 된다. 방전스피드의 저하는 방전(5)의 균일성을 악화시키고 아크방전의 증가를 발생시켜서 레이저의 발진효율을 약화시킨다.

제3의 과제를 필요이상의 예비여기불꽃간극에서의 스파크는 에너지의 불필요한 소모가 발생하고, 레이저 발진의 종합효율을 저하시킨다.

본 발명은, 이상의 과제를 해결한 새로운 예비여기 장치와 이것을 가진 레이저장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 병전여기가스레이저장치는, 예비여기불꽃간극과 예비여기 분배콘덴서의 직렬회로를 충전회로의 일부인, 사이라트론에 접속한 예비여기 장치를 가진다.

이 구성에 의해서, 본 발명은 주방전회로와 독립해서, 예비여기불꽃간극과 예비여기분배콘덴서의 직렬회로를 사이라트론에 접속함으로써, 주방전은 주로 예비여기불꽃간극을 포함하지 않은 회로에서 행하고, 필요 또한 충분한 강도의 예비여기광을 예비여기불꽃간극에서 행하는 것이다. 사이라트론이 도통을 개시한 후에, 주방전전극간에 인가되는 전압이 낮은 사이에 예비여기를 할 필요가 있으나, 예비여기회로가 사이라트론에 직접 접속하고 있기 때문에, 적절한 타이밍으로 예비여기가 행하여진다.

이에 의해, 장시간의 사용에서도 주방전의 안정화에 의해서 레이저발진이 안정하게 되고, 예비여기의 아크강도를 필요 충분히 저감하여, 불꽃간극의 마모를 감소시켜 불필요한 에너지의 손실을 방지한다. 또, 불꽃간극을 포함하지 않기 때문에, 주방전회로의 소형화가 용이하게 되고 이런 면에서도 방전이 안정화된다.

이하, 본 발명의 방전여기가스레이저장치의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 제1실시예에 대해서 설명한다.

제1도에 있어서, (1)은 피킹콘덴서, (2)는 예비여기불꽃간극, (3)은 주방전전극, (4)는 예비여기광, (5)는 주방전, (6)은 충전콘덴서, (7)은 사이라트론, (15)는 사이라트론트리거신호, (9)는 고전압전원, (10)은 이행전류, (11)은 주방전전류, (12)는 예비여기분배콘덴서, (14)는 예비여기충전코일이다.

이상과 같이 구성된 엑시머레이저장치에 대해서, 제1도를 사용하여 그 동작을 설명한다. 먼저, 피킹콘덴서(1) 및 주방전전극(3)에 의해서 주방전을 행하는 회로를 구성하고, 충전콘덴서(6), 사이라트론(7) 및 충전코일(8)에 의해 충전회로를 구성하고 있다.

예비여기불꽃간극(2)과 예비여기 충전코일(14)의 병렬회로를 예비여기분배콘덴서(12)와 직렬회로 접속한 것을, 충전회로의 사이라트론(7)에 접속해서 주방전을 행하는 회로 및 주방전충전회로로부터 독립하여, 이들 회로를 실질적으로 포함하지 않도록 예비여기회로를 구성하고 있다.

고전압전원(9)으로부터의 고전압에 의해, 충전콘덴서(6)는 충전코일(8)을 통해서 고전압으로 충전되고, 마찬가지로 예비여기분배콘덴서(12)는 예비여기충전코일(14)을 통해서 고전압으로 충전되어 있다.

이 상태에서 사이라트론트리거신호(15)가 사이라트론(7)에 가해지면서 사이라트론(7)은 도통한다. 사이라트론(7)의 도통에 의해, 예비여기분배콘덴서(12)에 충전되어 있던 전하는, 예비여기충전코일(14)에는 인덕턴스가 크게 통과하기 어렵기 때문에, 예비여기불꽃간극(2)을 스파크방전하면서 통과한다. 이때의 예비여기불꽃간극(2)의 스파크에 의한 자외선(UV)광은 예비여기광으로서 주방전전극(3)을 조사한다.

이 조사에 의해 주방전전극근처의 레이저매질가스(엑시머레이저에서는 영족원소가스와 할로겐가스의 혼합가스)를 전리해서 씨가 되는 전자를 만들어, 한결같은 글로방전을 행하기 쉬운 상태로 한다.

또, 사이라트론(7)의 도통에 의해, 충전콘덴서(6)에 충전된 전하는 이행전류(10)로서 피킹콘덴서(1)를 충전한다. 피킹콘덴서(1)가 충분히 충전되면 2개의 주방전전극(3) 사이에 고전압이 인가되고, 충분한 자폭전압에 달하면 상기의 예비여기광에 의해 유기된 글로방전이 급속히 개시하고, 주방전전류(11)가 펄스형상 대전류로서 흘러, 주방전전극(3) 사이에 주방전(5)이 발생한다. 이 주방전에 의해 레이저매질은 강력하게 방전여기되고, 적당한 미러 등에 의한 공진기 광학계가 준비되어 있으면 레이저광발진이 발생해서, 방전여기엑시머레이저가 된다.

예비여기회로의 예비여기분배콘덴서(12)의 용량은 병렬접 속의 총용량이(제1도에서는 2개의 합계이지만, 실제의 회로에서는 20~50개의 총계가 되는) 충전콘덴서(6)의 용량보다 상당히 작아(통상은 1/10정도) 축전된 에너지도 적다. 그래서 예비여기불꽃간극(2)에서 발생하는 스파크는 종래의 구성(제4도 참조)에 비교해서 상당히 작고(통상은 1/10정도), 따라서 니켈 등의 금속으로 만들어진 불꽃간극의 마모량도 대폭으로 감소된다(통상은 1/10정도). 또는, 마모에 의한 미세분말의 발생량도 같은 정도로 감소되어, 광학계의 창의 흐름고 대폭으로 개선된다.

또한, 제1도에 표시한 바와같이 주방전전류(11)가 흐르는 주방전회로는 피킹콘덴서(1)와 주방전전극(3)으로 구성되나, 종래의 구성(제4도 참조)에서는 예비여기불꽃간극(2)도 회로중에 포함되고, 주방전전극(3)을 양호하게 자외선으로 조사할 필요때문에 배치하는 위치가 제한되어 주방전회로의 소형화를 곤란하게 하고 있었으나, 본 방식에서는 이와같은 제한이 없이 소형화가 용이하다. 이 결과 방전의 스피드가 빨라지고 방전의 균일성 향상되고 레이저발진의 효율도 향상된다.

다음에, 본 발명에 부속된 큰 장점에 대해서, 제2도를 참조하면서 설명한다. 제2도는 인가전압과 시간의 관계를 표시한 설명도이다. 제1도에서 주방전전극(3)의 전극 사이에 인가되는 전압, 즉 주방전전극간 전압(21)(제2도)과, 제1도에서 예비여기불꽃간극(2) 사이에 인가되는 전압, 즉 예비여기불꽃간극 전압(22)(제2도)을 사이라트론(7)이 도통하고 나서의 시간에 대해서 표시한 것이다.

또한, 제1도에서는 간단히 하기 위하여, 예비여기불꽃간극(2)은 2개만 회로중에 표시하고 있으나, 실제의 장치에서는 예비여기광의 균인성을 높이기 위하여 20~50개나 사용하므로, 제1도에서 표시한 예비여기불꽃간극(2)과 예비여기 충전코일(14)의 병렬회로와 예비여기 분배콘덴서(12)의 직렬회로는 20~50개 병렬로 접속된다.

예비여기 분배콘덴서(12)의 병렬접 속의 총계의 용량은 앞서에서도 설명한 바와같이, 충전콘덴서(6)나 피킹콘덴서(1)에 비교하면 약 1/10정도이다. 이 때문에, 예비여기불꽃간극(2), 예비여기 분배콘덴서(12) 및 사이라트론(7)이 만드는 예비여기회로는, 피이킹콘덴서(1), 충전콘덴서(6) 및 사이라이트론(7)이 만드는 충전회로에 비교하면 회로의 동작시간이 빠르다.

일반적으로 회로의 종작시간은 회로의 공진주파수가 높을수록 빠르고, 공진주파수는 회로의 용량과 인덕턴스(여기에서는 주로 배선의 인덕턴스)와 곱의 제곱근의 역수에 비례한다. 예비여기회로와 충전회로는 대략 동등한 인덕턴스이지만, 예비여기회로는 용량이 약 1/10로 대폭으로 작고, 따라서, 회로의 동작시간이 빠르다.

제2도에 표시한 바와같이, 사이라트론(7)이 도통하고나서 충전회로의 동작시간정도로 주방전전극간 전압(21)은 증가해간다. 그리고, 충분한 자폭전압에 달한 α점에서 주방전(5)이 개시하고, 전압은 급속히 저하된다. 이에 대해서, 예비여기불꽃간극전압(22)은, 예비여기회로의 동작시간이 빠르기 때문에 급속히 일어나서, 빨리 예비여기불꽃간극(2) 사이의 전압이 스파크전압에 달하고, 예비여기의 스파크가 b점에서 개시한다. 이때는 또 주방전전극간 전압(21)은 c점으로 낮게 억제되어 있다.

이에 대해서, 종래의 회로에서는, 예비여기불꽃간극(2)이 동작시간이 느린 충전회로에 삽입되어 있기(제4도 참조) 때문에, 스파크개시까지의 시간이 길고, 제2도의 d점에서 표시한 바와같이 스파크의 개시시간이 지연되고, 주방전전극간전압(21)은 상당히 높은 값으로 되어 있다.

일반적으로 예비여기의 스파크가 개시할때에, 주방전전극간전압(21)이 높으면, 주방전(5)의 균일성이 악화된다. 이하, 스파크가 개시할 때, 주방전전극간 전압(21)이 높으면, 주방전(5)의 균일성이 악화되는 원인을 설명한다.

상기한 바와같이, 예비여기불꽃간극(2)은 20~50개나 사용하기 때문에, 개개의 간극의 방전개시전압은 약간씩 불균일하고, 이 때문에 스파크하는 시간(예비여기광의 발생시간)도 개개의 간극에서 불균일하게 된다.

예비여기광(4)은 주방전전극(3) 사이에서 전리에 의해 씨가 되는 전자를 만들고, 이것이 주방전전극(3) 사이에 걸리는 전압(주방전전극간 전압(21))에 의해, 전자사태(avalanche)에 의해 증폭되어서 수를 증가하고, 최후에는 주방전(5)이 된다.

주방전전극간전압(21)이 높은 상태에서 스파크가 개시되면, 예비여기광(4)이 발생하는 시간의 불균일 때문에, 씨가 되는 전자의 발생시간도 불균일전자사태에 의해 증폭된 후의 전자밀도도, 각 예비여기불꽃간극(2)이 위치하는 장소에 따라서, 공간적으로 불균일하고, 이것은 주방전(5)의 공간적인 균일성을 손상하는 결과가 된다.

이에 대해서, 주방전전극간 전압(21)이 높아지기 전에 스파크가 개시하면, 씨가 되는 전자의 발생시간에 불균일이 있어도, 전자사태에 의해 증폭이 개시하기 전이므로, 그후에 인가된 높은 주방전전극간 전압(21)에 의한 증폭에서는 차이가 발생하지 않아, 전자밀도의 공간적인 불균일은 발생하지 않는다. 이 결과 균일성이 좋은 주방전을 얻을 수 있어 레이저발진의 효율이 높고, 안정된 발진을 할 수 있다.

이상의 결과를 정리하면, 본 발명의 구성에서는 예비여기회로가 직접 스위치소자인 사이라트론(7)에 접속되고, 또한, 예비여기회로의 동작속도가 충전회로보다 빠르기 때문에, 스위치소자가 도통한 후 바로 예비여기가 이루어지고, 주방전전극간전압(21)이 높아지기 전에 예비여기를 완료하기 때문에, 균일성이 좋은 주방전을 얻을 수 있어 레이저발진의 효율이 높고, 안정된 발진을 할 수 있다.

이로 인한 효과는 크고, 종래의 구성(제4도 참조)에서는 특히 장시간 사용해서 예비여기불꽃간극(2)이 마모되면, 간극의 간격에 불균일이 많아지고, 상기의 원인으로 주방전(5)의 균일성과 안정성이 나빠져서, 실용에 견디지 못하게 되어 있었다. 이와같은 과제도 대폭으로 개선되었다.

또한, 제1도의 본 실시예의 구성에서 예비여기충전코일(14)은 예비여기분배콘덴서(12)를 고전압전원(9)에 의해 충전하기 위하여 사용하고 있으나, 없어도 동작은 한다. 이 경우, 충전시에 고전압전원(9)으로부터의 고전압이 걸리면, 예비여기불꽃간극(2)이 스파크해서 도통하여, 예비여기 분배콘덴서(12)를 고전압전원(9)에 의해 충전하고, 그후 사이라트론(7)의 도통으로 예비여기불꽃간극(2)이 스파크해서 예비여기가 이루어지는 것은 마찬가지이다. 그러나, 이 구성에서는 충전지에도 예비여기불꽃간극(2)이 스파크하기 때문에, 마모가 2배로 증대하는 단점이 있다.

또한, 각 예비여기분배콘덴서(12)는, 이것에 접속된 각 예비여기불꽃간극(2)의 전류의 배분을 결정하기 위한 것이고, 주방전(5)을 균일화하려면 용량을 갖추어서 분배전류를 균일화하는 편이 좋다.

또한, 스위치소자로서 사이라트론이 사용되고 있으나, 고속, 고내전압, 대전류가 가능하면 반도체스위치소자도 사용가능성이 있다.

[실시예 2]

이하 본 발명의 제2실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제3도에 있어서, (1)은 피킹콘덴서, (2)는 예비여기불꽃간극, (3)은 주방전전극, (4)는 예비여기광, (5)는 주방전, (6-1),(6-2)은 충전콘덴서, (7)은 사이라트론, (15)는 사이라트론트리거신호, (9)는 고전압전원, (10)은 이행전류, (11)은 주방전전류, (12)는 예비여기분배콘덴서, (14)는 예비여기충전코일이다.

본 구성은 실시예 1의 구성과 충전콘덴서가 (6-1)과 (6-2)의 2개 사용되고 있는 점이 다른 뿐아다. 이 형식의 충전회로는 통상 LC 반전용량이행형의 충전회로로 호칭되고 있다.

이상과 같이 구성된 엑시머레이저장치에 대해서, 제3도를 사용해서 그 동작을 설명한다. 먼저, 피킹콘덴서(1), 주방전전극(3)에 의해서 주방전을 행하는 회로를 구성하고, 2개의 충전콘덴서(6-1),(6-2), 사이라트론(7) 및 충전코일(8)에 의해 충전회로를 구성하고 있다(제1도의 실시예 1과 같은 부분은 동일한 번호를 붙였다).

예비여기불꽃간극(2)가 예비여기충전코일(14)의 병렬회로를 예비여기분배콘덴서(12)와 직렬회로접속한 것을, 충전회로의 사이라트론(7)에 접속해서, 예비여기회로를 구성하고 있다.

고전압전원(9)으로부터의 고전압에 의해, 충전콘덴서(6-1),(6-2)는 충전코일(8)을 통해서 고전압으로 충전되고, 마찬가지로 예비여기분배콘덴서(12)는 예비여기충전코일(14)을 통해서 고전압으로 충전되어 있다.

이 상태에서 사이라트론트리거신호(15)가 사이라트론(7)에 가해지면 사이라트론(7)은 도통한다. 사이라트론(7)의 도통에 의해, 예비여기분배콘덴서(12)에 충전되어 있는 전하는 예비여기불꽃간극(2)을 스파크 방전하면서 통과한다(이때 예비여기충전코일(14)은 인덕턴스가 커서 통과하기 어렵다). 이때의 예비여기불꽃간극(2)의 스파크에 의한 자외선(UV)광은 예비여기광으로서 주방전전극(3)을 조사한다. 이 조사에 의해 주방전전극근처의 레이저매질가스(엑시머레이저에서는 영족원소가스와 할로겐가스의 혼합가스)를 전리해서 씨가 되는 전자를 만들어, 한결같은 글로방전을 행하기 쉬운 상태로 한다.

또, 사이라트론(7)이 도통한 후, 충전콘덴서(6-1)와 사이라트론(7)이 만드는, 폐쇄루프형상의 회로의 인덕턴스와 용량으로 공진회로를 형성하므로, 공진주기의 절반분의 시간이 경과하면, 충전콘덴서(6-1)에 충전된 전하는 극성이 반전한다(LC반전:이것의 상세는 첫머리에 들은 문헌 「일본국:엑시머레이저의 개발과 그 응용기술·예」참조).

그러면, 충전콘덴서(6-1)의 전압과 충전콘덴서(6-2)전압은 직렬로 가산되어, 2개의 전압이 되고, 피킹콘덴서(1)에 가해지기 때문에, 전류가 흘러 이행전류(10)로서 피킹콘덴서(1)를 충전한다. 피킹콘덴서(1)가 충분히 충전되면 2개의 주방전전극(3)사이에 고전압이 인가되고, 충분한 자폭전압에 달하면 상기한 예비 여기광에 의해 유기된 글로방전이 급속히 개시되며, 주망전전류(11)가 펄스형상 대전류로서 흐르고, 주방전전극(3)사이에 주방전(5)을 발생한다. 이 주방전에 의해 레이저매질은 강력하게 방전여기되고, 적당한 미러등에 의한 공진기광학계가 준비되어 있으면 레이저광발진이 발생하여, 방전여기엑시머레이저가 된다.

예비여기회로의 예비여기분배콘덴서(12)용량은 병렬접속의 총용량이 (제3도에서는 2개의 합계이지만, 실제의 회로에서는 20~50개의 총계가 된다) 충전콘덴서(6-1), (6-2)의 용량보다 상당히 작아(통상은 1/10정도) 축적된 에너지도 적다. 그래서 예비여기불꽃간극(2)에서 발생하는 스파크는 종래의 구성(제4도참조)에 비교해서 상당히 작고(통상은 1/10정도), 따라서 니켈 등의 금속으로 만들어진 불꽃간극의 마모량도 대폭으로 감소된다(통상은 1/10정도). 또는, 마모에 의한 미세분말의 발생량도 같은 정도로 감소되고, 광학계의 창의 흐름도 대폭으로 개선하는 것은 제1실시예와 마찬가지이다.

또한, 제3도에 표시한 바와 같이 주방전전류(11)가 흐르는 주방전회로는 피킹콘덴서(1)와 주방전전극(3)으로 구성되나, 종래의 구성(제4도참조)에서는 예비여기불꽃간극(2)도 회로중에 포함되고, 주방전전극(3)을 양호하게 자외선으로 조사할 필요 때문에 배치하는 위치가 제한되고, 주방전회로의 소형화를 곤란하게 하고 있었다. 본 방식에서는 이와같은 제한이 없어 소형화가 용이하다. 이결과 방전스피트가 빨라지고, 방전의 균일성이 향상되어서 레이저발진의 효율도 향상되는 것은 실시예 1과 마찬가지이다.

다음에, 제1실시예와 마찬가지로, 본 발명에 부속된 큰 장점에 대해서, 제2도를 참조하면서 설명한다.

제2도는 인가전압과 시간의 관계를 표시한 설명도이다. 제3도에서 주방전전극(3)의 전극사이에 인가되는 전압, 즉 주방전전극간전압(21)(제3도)과, 제3도에서 예비여기불꽃간극(2)사이에 인가되는 전압, 즉 예비여기불꽃간극간 전압(22)(제3도)과, 제3도에서 예비여기불꽃간극(2)사이에 인가되는 전압, 측 예비여기불꽃간극간 전압(22)(제3도)을 사이라트론(7)이 도통하고나서부터의 시간에 대해서 표시한 것이다.

또한, 제3도에서는 간단하게 하기 위하여, 예비여기불꽃간극(2)은 2개만 회로중에 표시하고 있으나, 실제의 장치에서는 예비여기광의 균일성을 높이기 위하여 20~50개나 사용하므로, 제3도에 표시한 예비여기불꽃간극(2)과 예비여기충전코일(14)의 병렬회로와 예비여기분배콘덴서(12)의 직렬회로는 20~50개 병렬로 접속된다.

예비여기분배콘덴서(12)의 병렬접 속의 총계의 용량은 앞에서도 설명한 바와 같이, 충전콘덴서(6-1)ㅏ,(6-2)나 피킹콘덴서(1)에 비교하면 약 1/10정도이다. 이 때문에, 예비여기불꽃간극(2), 예비여기분배콘덴서(12) 및 사이라트론(7)이 만드는 예비여기회로는, 피킹콘덴서(1), 충전콘덴서(6-1),(6-2) 및 사이라트론(7)이 만드는 충전회로에 비교하면 회로의 동작시간이 빠르다.

제2도에 표시한 바와 같이, 사이라트론(7)이 도통하고 나서 충전회로의 동작시간정도로 주방전전극간 전압(21)은 증가하여가고, 그리고, 충분한 자폭전압에 달한 a점에서 주방전(5)이 개시하여, 전압은 급속히 저하된다. 이에 대해서, 예비여기불꽃간극간전압(22)은, 예비여기회로의 동작시간이 빠르기 때문에 급속히 일어나, 빨리 예비여기불꽃간극(2)사이의 전압이 스파크전압에 달해서, 예비여기의 스파크가 b점에서 개시한다. 이때는 아직도 주방전전극간전압(21)은 c점으로 낮게 억제되어 있다. 이에 대해서, 종래의 회로에서는, 예비여기불꽃간극(2)이 동작시간이 느린 충전회로에 삽입되어 있기(제4도참조) 때문에, 스파크개시까지의 시간이 길고, 제2도의 d점에서 표시한 바와 같이 스파크의 개시시간이 느려, 주방전전극간전압(21)은 상당히 높은 값으로 되고 있다.

일반적으로 예비여기의 스파크가 개시할때에, 주압전전극간전압(21)이 높으면, 주방전(5)의 균일성이 악화되는 것은, 제1실시예와 마찬가지이다. 이에 대해서 본 실시예에서도, 주방전전극간전압(21)이 높아지기 전에 스파크가 개시하기 때문에, 균일성이 좋은 주방전을 얻을 수 있어 레이저발진의 효율이 높고, 안정된 발진을 할수 있는 것은, 제1실시예와 마찬가지이다.

또한, 제3도의 본 실시예의 구성에서 예비여기충전코일(14)은 예비여기분배콘덴서(13)를 고전압전원(9)에 의해 충전하기 위하여 사용하고 있으나, 없어도 동작은 한다. 이경우, 충전시에 고전압전원(9)으로부터의 고전압이 걸리면, 예비여기불꽃간극(2)이 스파크해서 도통하여, 예비여기분배콘덴서(12)를 고전압전원(9)에 의해 충전하고, 그후 사이라트론(7)의 도통에 의해서 예비여기불꽃간극(2)이 스파크해서 예비여기가 이루어지는 것은, 제1실시예와 마찬가지이다. 그러나, 이 구성에서는 충전시에도 예비여기불꽃간극(2)이 스파크해서, 마모가 2배로 증대하는 단점이 있다.

또, 각 예비여기분배콘덴서(12)는, 이것에 접속된 각 예비여기불꽃간극92)의 전류의 배분을 결정하기 위한 것이고, 주방전(5)을 균일화하려면 용량을 갖추어서 분배전류를 균일화한 편이 좋은 것은, 제1실시예와 마찬가지이다.

또, 본 실시예는 충전회로로서 LC 반전회로를 사용한 것이고, 충전전압의 대략 2배가 피킹콘덴서(1)가 인가되기 때문에, 사이라트론(7)등의 스위치소자의 내압이 낮아도 되는 장점이 있다. 한편, 제1실시예의 충전회로는 용량이행형회로로 호칭되고, 충전전압과 대략 동등한 전압이 피킹콘덴서(1)에 인가되는 것이지만, 동시에 동등하게 기능하는 것은 말할 것도 없다.

물론, 다소의 충전회로의 변형(예를 들면, 충전콘덴서 등의 분포정수회로로 되는 등)에도 관계없이, 예비여기회로가 충전회로와 공통의 스위치소자(사이라트론, 스위치소자로서의 불꽃간극, 반도체스위치소자등)에 직접 접속되고, 또, 예비여기회로의 동작속도가 충전회로의 동작속도보다 빠르고, 또한 예비여기회로의 축적에너지가 충전회로의 축전에너지보다 작은 것이면, 본 발명의 본질적인 특징인 예비여기불꽃간극의 마모의 감소와 주방전의 안정성이 향상되는 것은 말할 것도 예비여기벗다.

또한, 본 발명의 실시예는 엑시머레이저에 대해서 설명하였으나, 예비여기에 의해 방전을 개시시키는, 예를 들면, TAE형의 탄산가스레이저등의 펄스형의 방전여기가스레이저에는 공통으로 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은, 예비여기불꽃간극과 예비여기분배콘덴서의 직렬회로를 충전회로와 공통의 스위치소자에 접속한 예비여기회로의 동작속도가, 충전회로의 동작속도보다 빠르고, 또한 예비여기회로의 축적에너지가 충전회로의 축적에너지보다 작게 설정되었다. 그와같은 예비여기회로의 구성에 의해, 예비여기불꽃간극의 마모의 감소와 주방전의 안정성의 향상을 실현할 수 있는 것이다.

Claims (10)

1. 방전을 개시시키기 위한 스위치소자와, 상기 스위치소자를 동작시키는데 충분한 전하를 축적하는 주방전충전콘덴서를 포함하는 충전회로와, 주방전전극과, 주방전을 위한 전하를 축적하는 피킹콘덴서를 포함하는 방전회로를 가진 제1전기회로로 이루어지고, 또한 레이저매질을 방전여기하기 위한 주방전수단과; 복수의 예비여기방전전극과, 예비여기방전을 위하여 전하를 축적하고 또한 상기 복수의 예비여기방전전극의 각각의 전류를 균일화하여 용량이 각각 대략 동등한 예비여기분배콘덴서를 가진 제2전기회로로 이루어지고, 또한 상기 주방전수단을 예비여기하기 위한 예비여기수단을 구비한 방전여기가스레이저장치에 있어서, 상기 제1전기회로와 제2전기회로가 스위치소자에 접속되어 있고, 상기 예비여기분배콘덴서의 총용량은 상기 주방전충전콘덴서의 용량보다도 작은 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1전기회로와 제2전기회로가 다같이 상기 스위치소자에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2전기회로의 동작속도가, 상기 충전회로의 동작속도보다는 빠른 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2전기회로의 축적에너지가, 상기 충전회로의 축적에너지보다도 작은 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2전기회로가, 상기 예비여기분배콘덴서에 접속된 예비여기충전코일을 가진 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 충전회로는 LC반전 용량이행형인 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1전기회로와 제2전기회로가 다같이 상기 스위치소자에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제2전기회로의 동작속도가, 상기 충전회로의 동작속도보다도 빠른 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제2전기회로의 축적에너지가, 상기 충전회로의 축적에너지보다도 작은 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2전기회로가, 상기 예비여기분배콘덴서에 접속된 예비여기충전코일을 가진 것을 특징으로 하는 방전여기가스레이저장치.