JPH02130978A - Pulse laser oscillator - Google Patents
Pulse laser oscillatorInfo
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- JPH02130978A JPH02130978A JP28385188A JP28385188A JPH02130978A JP H02130978 A JPH02130978 A JP H02130978A JP 28385188 A JP28385188 A JP 28385188A JP 28385188 A JP28385188 A JP 28385188A JP H02130978 A JPH02130978 A JP H02130978A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
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Abstract
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、パルスレーザ発振装置に係り、特に、その放
電部および電源構成に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a pulsed laser oscillation device, and particularly to its discharge section and power supply configuration.
(従来の技術)
放電励起方式のガスレーザでは、レーザガス中で空間的
に均一なグロー放電を発生させてレーザ発振を得ている
が、横方向励起パルスCO2レーザやエキシマレーザを
始めとするパルスレーザ発振装置では、レーザガス圧力
が大気圧以上であり、さらに電子付着性の強いガス成分
を含んでいるため、上記グロー放電を均一に点弧するこ
とは難しい、このため、グロー放電点弧に先立って予備
電離を行うとともに、高速のパルス電圧を放電部に印加
して、グロー放電を形成するのが普通である。(Prior art) In discharge excitation type gas lasers, laser oscillation is obtained by generating a spatially uniform glow discharge in the laser gas, but pulsed laser oscillations such as lateral excitation pulsed CO2 lasers and excimer lasers In the device, since the laser gas pressure is above atmospheric pressure and contains gas components with strong electron adhesion, it is difficult to ignite the glow discharge uniformly. It is common to perform ionization and apply a high-speed pulse voltage to the discharge portion to form a glow discharge.
第5図は、従来のパルスレーザ発振装置の放電部構造と
励起電源回路を示す一例である。(例えば、レーザ研究
、第13巻、第10号、p 814(198G)などに
示された方式)一対の主電極1.2が対向して配設され
、主電極1.2で囲む空間内にレーザガスが充電されて
いる。主電極2は接地されて塾する。FIG. 5 is an example showing a discharge section structure and an excitation power supply circuit of a conventional pulsed laser oscillation device. (For example, the method shown in Laser Research, Vol. 13, No. 10, p. 814 (198G), etc.) A pair of main electrodes 1.2 are arranged facing each other, and the space surrounded by the main electrodes 1.2 is is charged with laser gas. The main electrode 2 is grounded.
主電極1には予備電離電極3aが接続され、電気的に同
電位になっている。予備電離電極3aと予11電離電極
3bはギャップ4を介して対向し、レーザガス中に配設
されている。予@[離電極3bは主電極1と絶縁されて
レーザガス中から引き出され、コンデンサC,5に接続
されている。充電用インダクタンス6の一端は予備電離
電極3bとコンデンサC85に共通接続され、他端は接
地されている。A preliminary ionization electrode 3a is connected to the main electrode 1 and is electrically at the same potential. The pre-ionization electrode 3a and the pre-ionization electrode 3b face each other with a gap 4 in between, and are placed in the laser gas. Pre@[The separating electrode 3b is insulated from the main electrode 1, drawn out from the laser gas, and connected to the capacitors C and 5. One end of the charging inductance 6 is commonly connected to the preliminary ionization electrode 3b and the capacitor C85, and the other end is grounded.
コンデンサC,5はスイッチ7を介して接地されるとと
もに、充電抵抗8を介して高圧電源HV9に接続されて
いる。主電極1.2間にはコンデンサCblOが接続さ
れている0以上のコンデンサ及びインダクタンス類は1
個もしくは複数個が並列接続されて構成されている。ま
た1紙面垂直方向には図示していない光共振器が配設さ
れている。The capacitors C and 5 are grounded via a switch 7 and connected via a charging resistor 8 to a high voltage power supply HV9. A capacitor CblO is connected between the main electrodes 1 and 2. Capacitors and inductances of 0 or more are 1
It is constructed by connecting one or more in parallel. Further, an optical resonator (not shown) is arranged in a direction perpendicular to the plane of the paper.
以上の様に構成された従来のパルスレーザ発振装置の動
作を説明する。初期状態ではスイッチ7は開いており、
高圧電源HV9−充電抵抗8−コンデンサC85−充電
用インダクタンス6−接地の経路でコンデンサC,5は
充電されている。コンデンサcbtoは充電されていな
いので、主電極1は接地電位になっている。スイッチ7
が閉じられると。The operation of the conventional pulsed laser oscillation device configured as described above will be explained. In the initial state, switch 7 is open,
The capacitors C and 5 are charged through the path of high voltage power supply HV9 - charging resistor 8 - capacitor C85 - charging inductance 6 - ground. Since the capacitor cbto is not charged, the main electrode 1 is at ground potential. switch 7
is closed.
コンデンサCs5のスイッチ7側の電位は接地電位とな
るので、コンデンサCs5の予備電離電極3b側の電位
はコンデンサC85に充電された極性と逆の極性で予備
電離電極3bに加わる。予備電離電極3bは接地電位な
ので、ギャップ4間には高電圧が加わり、ギャップ4で
スパーク放電が発生する。このスパーク放電により発生
する紫外線で主電極1゜2間のレーザガスが予備電離さ
れる。コンデンサCs5に蓄えられた電荷は、スイッチ
7−コンデンサCs5−予備電離電極3b−ギャップ4
−子備電離電極3a−主電極1−コンデンサCblOの
経路で流れコンデンサCblOが充電されていく、コン
デンサcb10の電圧が上昇して主電極1.2間に加わ
る電圧がレーザガスの放電破壊電圧以上に達すると、主
電極1,2間にグロー族W111が形成され、レーザガ
スが励起されて図示していない光共振器の作用でレーザ
光が紙面f!直方向に出射される。Since the potential on the switch 7 side of the capacitor Cs5 becomes the ground potential, the potential on the pre-ionization electrode 3b side of the capacitor Cs5 is applied to the pre-ionization electrode 3b with a polarity opposite to that charged in the capacitor C85. Since the pre-ionization electrode 3b is at ground potential, a high voltage is applied across the gap 4, and a spark discharge occurs in the gap 4. The laser gas between the main electrodes 1.degree. 2 is pre-ionized by ultraviolet light generated by this spark discharge. The charge stored in the capacitor Cs5 is transferred from the switch 7 to the capacitor Cs5 to the pre-ionization electrode 3b to the gap 4.
The flow flows through the path of - secondary ionization electrode 3a - main electrode 1 - capacitor CblO, and the capacitor CblO is charged.The voltage of the capacitor cb10 rises, and the voltage applied between the main electrodes 1 and 2 exceeds the discharge breakdown voltage of the laser gas. When the laser beam reaches f!, a glow group W111 is formed between the main electrodes 1 and 2, the laser gas is excited, and the laser beam is emitted by the action of an optical resonator (not shown). It is emitted in the right direction.
(発明が解決しようとする課題)
このような、従来のパルスレーザ発振装置においては、
コンデンサC85の充電電圧を数10kV以上とし、ま
た、コンデンサCb10を充電する速度を高めてギャッ
プ4で形成される予備電離放電の発生時間とグロー放電
11が形成される時間間隔を短くすることが必要である
。このため、スイッチ7を流れろ電流の最大値及び時間
変化率は非常に大きく、使用可能なスイッチの種類が限
定されるだけではなく、スイッチ7の寿命も短くなり、
さらに、スイッチ7の特性で決まる許容電流最大値およ
び許容電流変化率以上には充電電圧をあげることができ
なかった。このように、利用できるスイッチの動作範囲
及び種類が限定されるため、繰り返し運転や、長寿命運
転といった、産業応用上必要な運転動作を実現すること
は困難であった。(Problem to be solved by the invention) In such a conventional pulsed laser oscillation device,
It is necessary to set the charging voltage of the capacitor C85 to several tens of kV or higher, and to increase the rate of charging the capacitor Cb10 to shorten the time interval between the occurrence of the pre-ionization discharge formed in the gap 4 and the time interval between the formation of the glow discharge 11. It is. Therefore, the maximum value and time rate of change of the current flowing through the switch 7 are extremely large, which not only limits the types of switches that can be used, but also shortens the life of the switch 7.
Further, the charging voltage could not be increased above the maximum allowable current value and allowable current change rate determined by the characteristics of the switch 7. As described above, since the operational range and types of available switches are limited, it has been difficult to realize operational operations necessary for industrial applications, such as repeated operation and long-life operation.
そこで1本発明は以上の欠点を除去するために提案され
たもので、その目的は、スイッチの動作責務を大幅に低
減し、レーザの動作領域が広く、かつ長寿命のパルスレ
ーザ発振装置を提供することにある。Therefore, the present invention was proposed in order to eliminate the above-mentioned drawbacks, and its purpose is to provide a pulsed laser oscillation device that significantly reduces the operating duty of the switch, has a wide laser operating range, and has a long life. It's about doing.
(課題を解決するための手段)
本発明のパルスレーザ発振装置は、一対の対向する主電
極間に第1のコンデンサと第2のコンデンサを直列に接
続して、これらのコンデンサの接続点を接地し、一方の
コンデンサとギャップとスイッチとコンデンサとから閉
回路を構成し、前記コンデンサを高圧電源と接続し、前
記第2のコンデンサとスイッチとインダクタンスとコン
デンサとから閉回路を構成し、前記コンデンサを前記高
圧電源と逆極性の高圧電源と接続し、前記スイッチとス
イッチの投入時間を制御する制御装置を備えるように構
成した物である。(Means for Solving the Problems) The pulse laser oscillation device of the present invention has a first capacitor and a second capacitor connected in series between a pair of opposing main electrodes, and a connection point of these capacitors is grounded. A closed circuit is formed from one capacitor, a gap, a switch, and a capacitor, the capacitor is connected to a high-voltage power supply, a closed circuit is formed from the second capacitor, a switch, an inductance, and a capacitor, and the capacitor is connected to a high-voltage power source. The device is connected to a high-voltage power source having a polarity opposite to that of the high-voltage power source, and is configured to include a control device that controls the switch and the switch-on time.
(作用)
上記のような構成の本発明によれば、グロー放電に供給
する全電気エネルギーの一定の部分を低速パルスで充電
した第2のコンデンサから供給し。(Function) According to the present invention configured as described above, a fixed portion of the total electrical energy supplied to the glow discharge is supplied from the second capacitor charged with a slow pulse.
残りのエネルギーを予備電離を行いながら高速パルスで
充電した第1のコンデンサから供給することができる。The remaining energy can be supplied from the first capacitor, which is charged in fast pulses with pre-ionization.
このため、スイッチ素子の動作責務が大幅に低減でき、
また、パルスレーザ発振装置の運転条件を自由に選べる
ことができる。Therefore, the operational responsibility of the switch element can be significantly reduced,
Furthermore, the operating conditions of the pulsed laser oscillation device can be freely selected.
(実施例)
以下本発明の一実施例を第1図に基づいて具体的に説明
する。(Example) An example of the present invention will be specifically described below with reference to FIG.
第1図に放電部と励起電源回路を示す。一対の主電極1
.2はレーザガスが充填された気密されたレーザチャン
バー内に対向して配設されている。Figure 1 shows the discharge section and excitation power supply circuit. A pair of main electrodes 1
.. 2 are disposed facing each other in an airtight laser chamber filled with laser gas.
主電極1には予備電離電極3aが接続され、電気的に同
電位になっている。予備電離電極3aと予備電離電極3
bはギャップ4を介して対向し、レーザガス中に配設さ
れている。予備電離電極3bは主電極1と絶縁されてレ
ーザガス中から引き出され、分流コイル12に接続され
ている0分流コイル12はスイッチ7を介してコンデン
サC,5に接続され、コンデンサC,5の一方は充電抵
抗8を介して負極性の高圧電源HV9に接続され、他端
は接地されている。主電極1,2にはコンデンサC,1
3とコンデンサCd14が直列に接続され、両コンデン
サの接続点は接地されている。主電極2はスイッチ17
とインダクタンス16を介してコンデンサCd5に接続
され。A preliminary ionization electrode 3a is connected to the main electrode 1 and is electrically at the same potential. Pre-ionization electrode 3a and pre-ionization electrode 3
b are opposed to each other with a gap 4 in between, and are placed in the laser gas. The pre-ionization electrode 3b is insulated from the main electrode 1 and drawn out from the laser gas, and the 0-shunt coil 12 connected to the shunt coil 12 is connected to the capacitor C, 5 via the switch 7, and one of the capacitors C, 5 is connected to a negative polarity high voltage power supply HV9 via a charging resistor 8, and the other end is grounded. Main electrodes 1 and 2 have capacitors C and 1
3 and a capacitor Cd14 are connected in series, and the connection point of both capacitors is grounded. Main electrode 2 is switch 17
and connected to capacitor Cd5 via inductance 16.
コンデンサCt15の一方は充電抵抗8を介して正極性
の高圧電源HVA 19に接続され、他端は接地されて
いる。主電極1.2は高抵抗20を介して接地されてい
る。コンデンサCs5−スイッチ7−分流コイル12−
予備電離電極3b−ギャップ4−子備電離電極3a−主
電極1−コンデンサC,13の経路の回路のL−C−R
できまる電流周期τ、はコンデンサC上15−インダク
タンス16−スイッチ17−主電流2−コンデンサCd
14の経路の回路のL−C−Rできまる電流周期τdに
比較して十分短く設定されている。高圧電源HVA 1
9の電圧極性は高圧電源HV9の電圧極性と逆極性で、
この実施例では正極性であるが、高圧電源HV9の極性
が負の場合は、高圧電源!1VA 19の極性は正にな
る0以上のコンデンサ、抵抗及びインダクタンス類は1
個もしくは複数個が並列接続されて構成されている。ま
た1紙面垂直方向には図示していない光共振器が配設さ
れている。One end of the capacitor Ct15 is connected to a positive high voltage power supply HVA 19 via a charging resistor 8, and the other end is grounded. The main electrode 1.2 is grounded via a high resistance 20. Capacitor Cs5 - Switch 7 - Shunt coil 12 -
Preliminary ionization electrode 3b - gap 4 - secondary ionization electrode 3a - main electrode 1 - capacitor C, L-C-R of the circuit of the path 13
The current period τ that can be obtained is: capacitor C 15 - inductance 16 - switch 17 - main current 2 - capacitor Cd
This is set to be sufficiently short compared to the current cycle τd determined by the LCR of the circuit with 14 paths. High voltage power supply HVA 1
The voltage polarity of 9 is opposite to the voltage polarity of high voltage power supply HV9,
In this embodiment, the polarity is positive, but if the polarity of the high voltage power supply HV9 is negative, the high voltage power supply! 1VA The polarity of 19 is positive.Capacitors, resistances and inductances of 0 or more are 1
It is constructed by connecting one or more in parallel. Further, an optical resonator (not shown) is arranged in a direction perpendicular to the plane of the paper.
以上の様に構成されたパルスレーザ発振装置の作用を説
明する。初期状態ではスイッチ7は開いており、高圧電
源HV9−充電抵抗8−コンデンサCs5−接地の経路
でコンデンサC85は充電されている。コンデンサC,
13およびコンデンサCd14は充電されていないので
、主電流1.2は接地電位になっている。制御装5!i
18からの信号でスイッチ17が閉じられると、コンデ
ンサCt15に蓄えられた電荷は、コンデンサCt15
が励起されて図示していない光共振器の作用でレーザ光
が紙面垂直方向に出射される。高抵抗20は主電流1,
2の電位を安定化する作用をもつ。The operation of the pulsed laser oscillation device configured as above will be explained. In the initial state, the switch 7 is open, and the capacitor C85 is charged through the path of high voltage power supply HV9, charging resistor 8, capacitor Cs5, and ground. capacitor C,
13 and capacitor Cd14 are not charged, the main current 1.2 is at ground potential. Control unit 5! i
When the switch 17 is closed by the signal from the capacitor Ct15, the charge stored in the capacitor Ct15 is transferred to the capacitor Ct15.
is excited and a laser beam is emitted in a direction perpendicular to the plane of the paper by the action of an optical resonator (not shown). High resistance 20 is main current 1,
It has the effect of stabilizing the potential of 2.
以下に、従来例と比較して、本発明の実施例におけるス
イッチ7およびスイッチ17のスイッチングエネルギー
について詳しく述べる。従来例との比較が容易なように
、コンデンサCblOの容量値とコンデンサC,13と
コンデンサCd14の直列容量値が等しく、また主電流
1,2間の放電破壊電圧:vbがコンデンサCP13の
電圧最小値:vpとコンデンサCd14(7)電圧最大
値:Vd(73合計値(=Vd−Vp)と等しい場合に
ついて示す、従来方式のスイッチングエネルギーはEb
=1/2・CbVb”で与えられる。本方式のスイッチ
ングエネルギーはスイッチ7で分担するのがEP=17
2・Cpvpz となり、スィッチ17テ分担スルノが
Fla=1/ 2− CdVd” となる。E、、 E
dと、El)の関係は■、■式のようになる。The switching energy of the switch 7 and the switch 17 in the embodiment of the present invention will be described in detail below in comparison with the conventional example. For easy comparison with the conventional example, the capacitance value of capacitor CblO and the series capacitance value of capacitor C, 13 and capacitor Cd14 are equal, and the discharge breakdown voltage between main currents 1 and 2: vb is the minimum voltage of capacitor CP13. Value: vp and capacitor Cd14 (7) Voltage maximum value: Vd (73 The switching energy of the conventional method shown for the case where it is equal to the total value (= Vd - Vp) is Eb
= 1/2・CbVb". The switching energy of this method is shared by switch 7, which is EP = 17.
2・Cpvpz, and the switch 17 voltage distribution becomes Fla=1/2−CdVd”.E,,E
The relationship between d and El) is as shown in the formulas ■ and ■.
ニーで、コンデンサCP13とコンデンサCd14の容
量値が等しい場合は、コンデンサC,5−インダクタン
ス16−スイッチ17−主電流2−コンデンサCd14
の経路で流れコンデンサCd14が充電される。−万一
定時間経過後、制御装置18からの信号でスイッチ7が
閉じられると、コンデンサC35の電圧が分流コイル1
2を介して予備電離電極3bに加わる。At knee, if the capacitance values of capacitor CP13 and capacitor Cd14 are equal, capacitor C, 5 - inductance 16 - switch 17 - main current 2 - capacitor Cd14
The flow capacitor Cd14 is charged through the path. - If the switch 7 is closed by a signal from the control device 18 after a certain period of time has elapsed, the voltage of the capacitor C35 changes to the shunt coil 1.
2 to the preionization electrode 3b.
予備電離電極3aは接地電位なので、ギャップ4間には
高電圧が加わり、ギャップ4でスパーク放電が発生する
。複数個あるギャップ4には分流コイル12の作用で電
流が分流し、すべてのギャップ4がスパーク放電する。Since the pre-ionization electrode 3a is at ground potential, a high voltage is applied across the gap 4, and a spark discharge occurs in the gap 4. Current is shunted into the plurality of gaps 4 by the action of the shunt coil 12, and all the gaps 4 generate spark discharge.
このスパーク放電により発生する紫外線で主電極1.2
間のレーザガスが予備電離される。また、このときコン
デンサC,15に蓄えられた電荷は、コンデンサC85
−スイッチ7−分流コイル12−予備電離電極3b−ギ
ャップ4−子備電離電極3a−主電極1−コンデンサC
P13の経路で流れコンデンサCP13が充電されてい
く、この様子を第2図に示す、スイッチ17が閉じられ
る時刻をt。とすると、コンデンサCd14の電圧:
Vedは、1−cos(2πt/τd)の変化率で上昇
する0時刻t。The main electrode 1.2 is exposed to the ultraviolet rays generated by this spark discharge.
The laser gas in between is pre-ionized. Furthermore, the charge stored in the capacitor C,15 at this time is the capacitor C85.
- Switch 7 - Shunt coil 12 - Preliminary ionization electrode 3b - Gap 4 - Secondary ionization electrode 3a - Main electrode 1 - Capacitor C
The flow capacitor CP13 is charged along the path P13. This situation is shown in FIG. 2. The time when the switch 17 is closed is t. Then, the voltage of capacitor Cd14:
Ved increases at a rate of change of 1-cos (2πt/τd) at time 0 t.
でスイッチ7が閉じられるとコンデンサC,13の電圧
:VCPの電圧が負側に1−cos(2gt/ i p
)の変化率で上昇する。制御装置1i18の作用で1時
刻t2でVedは最大値に近い電圧vdに達し、vcp
は最小値に近いVPに達するようにスイッチ7およびス
イッチ17の投入時刻t0、tlは調整される。コンデ
ンサCP13とコンデンサCd14の電圧の合計値(=
VdVp)が主電極1,2間に加わるので、この合計電
圧が主電極1.2間の放電破壊電圧(=Vb)に達する
と、主電極1.2間にグロー放電11が形成され、レー
ザガスEp = Ea = 1 / 2 Ebとなりス
イッチ7とスイッチ17で扱うスイッチングエネルギー
は従来の50%に低下する。また、電流変化率の大きい
スイッチ7の動作電圧値V、は従来方式の電圧Vbの1
/2となり、動作電圧でも1/2となる。このようにス
イッチ7の動作責務は大幅に軽減される。スイッチの動
作可能限界は、一般に通電電流の変化率で規定される場
合が多い0以上の条件では、スイッチ17側の通電電流
の周期は長いため、電流変化率が低い、このため、スイ
ッチ17には電流変化率の上限が低い半導体スイッチ等
の使用が可能になる。When switch 7 is closed at
) increases at the rate of change. Due to the action of the control device 1i18, Ved reaches a voltage vd close to the maximum value at time t2, and vcp
The turn-on times t0 and tl of the switch 7 and the switch 17 are adjusted so that VP reaches a value close to the minimum value. The total value of the voltages of capacitor CP13 and capacitor Cd14 (=
VdVp) is applied between the main electrodes 1 and 2, so when this total voltage reaches the discharge breakdown voltage (=Vb) between the main electrodes 1.2, a glow discharge 11 is formed between the main electrodes 1.2, and the laser gas Ep = Ea = 1 / 2 Eb, and the switching energy handled by switch 7 and switch 17 is reduced to 50% of the conventional one. Further, the operating voltage value V of the switch 7, which has a large current change rate, is 1 of the voltage Vb of the conventional method.
/2, and the operating voltage is also 1/2. In this way, the operational responsibility of the switch 7 is significantly reduced. The operable limit of a switch is generally defined by the rate of change of the current flowing under conditions of 0 or more.The period of the current flowing to the switch 17 side is long, so the current rate of change is low. This makes it possible to use semiconductor switches, etc., which have a low upper limit on the rate of current change.
また、逆にスイッチ17側のコンデンサ容量をスイッチ
7のコンデンサ容量に比較して大きくすると。Conversely, if the capacitor capacity on the switch 17 side is made larger than the capacitor capacity of the switch 7.
スイッチ7側の電流変化率が低く抑えられるため。This is because the rate of change in current on the switch 7 side can be kept low.
サイラトロン等の高速動作スイッチの寿命が大幅に延び
る0以上のように本方式においては、スイッチの動作責
務を使用するスイッチに合わせて設定できるため、使用
可能なスイッチの選択が広がるだけでなく、動作電圧や
、動作エネルギーを変化させることが容易であり、従来
方式に比較して回路構成の自由度が大きい。In this method, the operating responsibilities of the switch can be set according to the switch being used, which not only expands the selection of usable switches, but also increases the operational efficiency. It is easy to change the voltage and operating energy, and the degree of freedom in circuit configuration is greater than in conventional systems.
以上の実施例は紫外線予備電離方式のパルスレーザに適
用した例であるが、紫外線予備電離方式に限らず、X線
予備電離方式、コロナ予備電離方式等のパルスレーザに
適用可能なことは言うまでもない。The above embodiments are examples of application to ultraviolet pre-ionization type pulsed lasers, but it goes without saying that the application is not limited to ultraviolet pre-ionization type pulsed lasers, but can also be applied to X-ray pre-ionization type pulse lasers, corona pre-ionization type pulsed lasers, etc. .
次に本発明の他の実施例を第3図に基づいて具体的に説
明する。Next, another embodiment of the present invention will be explained in detail based on FIG.
第3図に放電部と励起電源回路を示す、電極構成は第1
図と同一である。主電極1.2間にはコンデンサC,1
3とコンデンサCd14が直列に接続され、両コンデン
サの接続点は接地されている0分流コイル12は可飽和
リアクトル23を介してコンデンサC85に接続され、
コンデンサC,5の一端は変圧器22の第1の2次巻線
22−1に接続され、他端は接地されている。主電極2
は整流器21を介して変圧器22の第2の2次巻線22
−2に接続されている。また。Figure 3 shows the discharge section and excitation power supply circuit, and the electrode configuration is
Same as figure. A capacitor C, 1 is connected between the main electrodes 1 and 2.
3 and a capacitor Cd14 are connected in series, and the connection point of both capacitors is grounded.The zero shunt coil 12 is connected to a capacitor C85 via a saturable reactor 23.
One end of the capacitor C,5 is connected to the first secondary winding 22-1 of the transformer 22, and the other end is grounded. Main electrode 2
is the second secondary winding 22 of the transformer 22 via the rectifier 21
-2 is connected. Also.
主電極1.2は高抵抗20を介して接地されている。The main electrode 1.2 is grounded via a high resistance 20.
変圧器22の1次巻線は、コンデンサCd5とスイッチ
素子25とで閉回路を構成し、コンデンサCt15は充
電抵抗8を介して、高圧電源HV9に接続されている。The primary winding of the transformer 22 forms a closed circuit with a capacitor Cd5 and a switch element 25, and the capacitor Ct15 is connected to a high voltage power supply HV9 via a charging resistor 8.
変圧器22の2つある2次巻線の極性はそれぞれ、高電
圧側の電圧極性が逆極性となるよう、構成されている0
以上のコンデンサ、抵抗及びインダクタンス類は1個も
しくは複数個が並列接続されて構成されている。また、
紙面垂直方向には図示していない光共振器が配設されて
いる。The polarities of the two secondary windings of the transformer 22 are configured such that the voltage polarity on the high voltage side is the opposite polarity.
One or more of the above capacitors, resistors, and inductances are connected in parallel. Also,
An optical resonator (not shown) is arranged in a direction perpendicular to the plane of the paper.
以上の様に構成されたパルスレーザ発振装置の作用を、
第3図と第4vI4により説明する。The operation of the pulsed laser oscillation device configured as above is explained below.
This will be explained with reference to FIG. 3 and 4vI4.
第3図において、初期状態ではスイッチ索子25は開い
ており、高圧電源HV9−充電抵抗8−コンデンサCt
15−接地の経路でコンデンサCt15は充電されてい
る。コンデンサC,13およびコンデンサCd14は充
電されておらず、高抵抗20が接続されているので、主
電極1,2は接地電位になっている。In FIG. 3, the switch cable 25 is open in the initial state, and the high voltage power supply HV9 - the charging resistor 8 - the capacitor Ct
The capacitor Ct15 is charged through the 15-ground path. Since the capacitors C and 13 and the capacitor Cd14 are not charged and are connected to the high resistance 20, the main electrodes 1 and 2 are at ground potential.
制御装置i!1gからの信号でスイッチ素子25が閉じ
られると、コンデンサctisに蓄えられた電荷は、コ
ンデンサctis−スイッチ素子25−変圧器22の1
次巻線の経路で流れ、変圧器22の2次巻線に電圧が発
生する。変圧器22の第2の2次巻線22−2に発生し
た正の電圧によりコンデンサCd14は整流器21を介
して正極性に充電される。コンデンサCd14の端子間
電圧Vcdは、スイッチ素子25が投入されてから1/
2周期後の時刻t、で最大値に達し、整流器21の作用
でコンデンサCd14から変圧器22に電流が逆流する
ことが阻止される。ただし、 VedはコンデンサCd
14と高抵抗20で決まる時定数で減少する。Control device i! When switch element 25 is closed by a signal from 1g, the charge stored in capacitor ctis is transferred from capacitor ctis - switch element 25 - 1 of transformer 22.
The voltage flows in the path of the secondary winding, and a voltage is generated in the secondary winding of the transformer 22. The positive voltage generated in the second secondary winding 22-2 of the transformer 22 charges the capacitor Cd14 to a positive polarity via the rectifier 21. The voltage Vcd between the terminals of the capacitor Cd14 decreases by 1/1 after the switch element 25 is turned on.
The maximum value is reached at time t after two cycles, and the action of the rectifier 21 prevents the current from flowing backward from the capacitor Cd14 to the transformer 22. However, Ved is the capacitor Cd
14 and the high resistance 20.
一方変圧器22の第1の2次巻線22−1に発生した負
の電圧はコンデンサC,5を充電し、コンデンサCg5
の電圧vcgはスイッチ素子25が投入されてから1/
2周期後の時刻t、で最大値に達する。可飽和リアクト
ル23の飽和電圧をvcsの最大値We’llに設定し
ておくと、可飽和リアクトル23は時刻t2て飽和し、
インピーダンスが急激に低下して、コンデンサC85の
電圧が分流コイル12に加わる。この電圧は予備電離電
極3bに加わり、予備電離型i3aは接地電位なので、
ギャップ4間には高電圧が加わり、ギャップ4でスパー
ク放電が発生する。複数個あるギャップ4には分流コイ
ル12の作用で電流が分流し、すべてのギャップ4がス
パーク放電する。On the other hand, the negative voltage generated in the first secondary winding 22-1 of the transformer 22 charges the capacitor C,5, and the capacitor Cg5
The voltage vcg is 1/ after the switch element 25 is turned on.
The maximum value is reached at time t, two cycles later. If the saturation voltage of the saturable reactor 23 is set to the maximum value We'll of vcs, the saturable reactor 23 will be saturated at time t2,
The impedance drops rapidly and the voltage of capacitor C85 is applied to shunt coil 12. This voltage is applied to the pre-ionization electrode 3b, and since the pre-ionization type i3a is at ground potential,
A high voltage is applied across the gap 4, and a spark discharge occurs in the gap 4. Current is shunted into the plurality of gaps 4 by the action of the shunt coil 12, and all the gaps 4 generate spark discharge.
このスパーク放電により発生する紫外線で主電極1.2
間のレーザガスが予備電離される。この過程でコンデン
サC,5に蓄えられた電荷は、コンデンサCs5−可飽
和リアクドル23−分流コイル12−予備電離電極3b
−ギャップ4−子備電離電極3a −主電極1−コンデ
ンサCP13の経路で流れコンデンサCP13が充電さ
れていく、この周期はコンデンサCs5とコンデンサC
,13の直列容量値および、可飽和リアクトル23の飽
和時のインダクタンスと分流コイル12インダクタンス
の和の値から決まり、VcdおよびVO2の変化周期と
比較して、大幅に短縮される。このためコンデンサC,
13の電圧VCpは第4図の様に急峻に変化する。主電
極1.2間にはコンデンサC,13とコンデンサCd1
4の端子電圧の合計値(=VedYap)が加わり、時
刻t、で合計電圧が主電極1.2間の放電破壊電圧に達
すると、主電極1,2間にグロー放電11が形成され、
Vcdおよび■。、は0になる。グロー放電11により
レーザガスが励起されて図示していない光共振器の作用
でレーザ光が紙面垂直方向に出射される。高抵抗20は
主電極1.2の電位を安定化する作用も併せもつ。The main electrode 1.2 is exposed to the ultraviolet rays generated by this spark discharge.
The laser gas in between is pre-ionized. In this process, the charges stored in the capacitor C,5 are: capacitor Cs5 - saturable reactor 23 - shunt coil 12 - pre-ionization electrode 3b
- Gap 4 - Secondary ionization electrode 3a - Main electrode 1 - Capacitor CP13 is charged through the flow path, and this period is between capacitor Cs5 and capacitor C.
, 13 and the sum of the inductance of the saturable reactor 23 at saturation and the inductance of the shunt coil 12, and is significantly shortened compared to the change period of Vcd and VO2. Therefore, capacitor C,
The voltage VCp of 13 changes sharply as shown in FIG. Between the main electrodes 1 and 2 are capacitors C and 13 and capacitor Cd1.
4 is added, and when the total voltage reaches the discharge breakdown voltage between the main electrodes 1 and 2 at time t, a glow discharge 11 is formed between the main electrodes 1 and 2,
Vcd and ■. , becomes 0. A laser gas is excited by the glow discharge 11, and a laser beam is emitted in a direction perpendicular to the paper surface by the action of an optical resonator (not shown). The high resistance 20 also has the effect of stabilizing the potential of the main electrode 1.2.
スイッチ素子25のスイッチング電流周波数は、Vcd
およびvesの変化周期になるので、電流変化率は非常
に低く抑えることができる。このためスイッチ素子25
の動作責務は大幅に軽減され、使用限界電流変化率の低
い半導体スイッチ等の使用が可能になる0以上はコンデ
ンサC,13とコンデンサC,5およびコンデンサCd
14の容量値がほぼ等しい場合であるが、各コンデンサ
の容量値を変化させることにより、印加電圧波形を自由
に制御できるため回路の動作電圧や、動作エネルギーを
変化させることが容易であり、従来方式に比較して回路
構成の自由度が大きい、このため、放電破壊電圧の高い
条件での使用や放電入力エネルギーを非常に大きくした
い場合などに容易に対応できる。The switching current frequency of the switching element 25 is Vcd
and ves, so the current change rate can be kept very low. Therefore, the switch element 25
The operational responsibility of 0 and above is significantly reduced, and it becomes possible to use semiconductor switches with low service limit current change rate.
In this case, the capacitance values of the capacitors 14 and 14 are almost the same, but by changing the capacitance value of each capacitor, the applied voltage waveform can be freely controlled, making it easy to change the operating voltage and operating energy of the circuit. It has a greater degree of freedom in circuit configuration than conventional methods, so it can be easily used in conditions where the discharge breakdown voltage is high or when it is desired to greatly increase the discharge input energy.
上記のような構成の本発明によれば、グロー放電に供給
する全電気エネルギーの一定の部分を低速パルス充電し
たコンデンサから供給し、残りのエネルギーを予備電離
を行いながら高速パルス充電したコンデンサから供給す
ることができるので。According to the present invention configured as described above, a certain part of the total electrical energy supplied to the glow discharge is supplied from a capacitor that has been charged with slow pulses, and the remaining energy is supplied from a capacitor that has been charged with fast pulses while performing pre-ionization. Because you can.
各スイッチのスイッチングするエネルギーを大幅に低減
でき、スイッチの寿命を大幅に長くすることができる。The switching energy of each switch can be significantly reduced, and the life of the switch can be significantly extended.
また、コンデンサ容量およびパルス充電電圧を自由に組
み合わせることができるので、スイッチング電流の波高
値や変化率も自由に選択でき、使用可能なスイッチ素子
が大幅に広がってこれまで使用できなかったスイッチ素
子の使用も可能になる。さらに1回路構成の自由度が高
いため、大出力長寿命のレーザ発振装置を提供すること
が容易である。In addition, since the capacitor capacity and pulse charging voltage can be freely combined, the peak value and rate of change of the switching current can also be freely selected. It will also be possible to use it. Furthermore, since the degree of freedom in one circuit configuration is high, it is easy to provide a laser oscillation device with high output and long life.
4、 1i21面の簡単な説明
第1図は本発明のパルスレーザ発振装置の一実施例を示
す回路図、第2図は本発明の詳細な説明する波形図、第
3図は本発明のパルスレーザ発振装置の他の実施例を示
す回路図、第4図は本発明の他の実施例の動作を説明す
る波形図、第5図は従来のパルスレーザ発振装置を示す
回路図である。4. Brief explanation of the 1i21 plane FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the pulse laser oscillation device of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram explaining the present invention in detail, and FIG. 3 is a pulse FIG. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the laser oscillation device, FIG. 4 is a waveform diagram explaining the operation of another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional pulsed laser oscillation device.
1・・・主電流、 2・・・主電流、3・・・スパー
ク放電ピン、 3a・・・予備電離電極、3b・・・予
備電離電極、 4・・・ギャップ、5・・・コンデン
サC3,6・・・充電用インダクタンス。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Main current, 2... Main current, 3... Spark discharge pin, 3a... Pre-ionization electrode, 3b... Pre-ionization electrode, 4... Gap, 5... Capacitor C3 , 6... Charging inductance.
7・・・スイッチ、8・・・充電抵抗、9・・・高圧電
源HV。7...Switch, 8...Charging resistor, 9...High voltage power supply HV.
10・・・コンデンサCb、 11・・・グロー放電
。10... Capacitor Cb, 11... Glow discharge.
12・・・分流コイル、 13・・・コンデンサCP。12... Shunt coil, 13... Capacitor CP.
14・・・コンデンサCd、 15・・・コンデンサ
Ct、16・・・インダクタンス、 17・・・スイッ
チ。14... Capacitor Cd, 15... Capacitor Ct, 16... Inductance, 17... Switch.
18・・・制御装置、 19・・・高圧電源OVA。18...Control device, 19...High voltage power supply OVA.
20・・・高抵抗、 21・・・整流器、 22・・・
変圧器。20... High resistance, 21... Rectifier, 22...
transformer.
22−1・・・変圧器22の第1の2次巻線、22−2
・・・変圧器22の第2の2次巻線、23・・・可飽和
リアクトル、24・・・インダクタンス。22-1...first secondary winding of transformer 22, 22-2
... Second secondary winding of transformer 22, 23... Saturable reactor, 24... Inductance.
25・・・スイッチ素子。25...Switch element.
代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健 第 図 Vcd 第 図 第 図Agent: Patent Attorney Noriyuki Chika Ken Daikomaru No. figure Vcd No. figure No. figure
Claims (1)
スレーザ発振装置に於て、前記コンデンサを第1のコン
デンサと第2のコンデンサに直列に2分割接続して、前
記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサの接続点を
接地し、前記第1のコンデンサはギャップと第1のスイ
ッチと第3のコンデンサとから閉回路を形成し、前記第
3のコンデンサに直流電源を接続し、前記第2のコンデ
ンサは第2のスイッチとインダクタンスと第4のコンデ
ンサとから閉回路を形成し、前記第4のコンデンサに前
記直流電源と逆極性の直流電源を接続し、前記第2のス
イッチを投入後前記第1のスイッチを投入する制御装置
を備えたことを特徴とするパルスレーザ発振装置。In a pulsed laser oscillation device in which a capacitor is connected between a pair of opposing main electrodes, the capacitor is connected in series with a first capacitor and a second capacitor, and the first capacitor and the second capacitor are connected in series. The connection point of the capacitor is grounded, the first capacitor forms a closed circuit with the gap, the first switch, and the third capacitor, a DC power source is connected to the third capacitor, and the second capacitor is connected to the ground. The capacitor forms a closed circuit with a second switch, an inductance, and a fourth capacitor, and a DC power source with a polarity opposite to the DC power source is connected to the fourth capacitor. 1. A pulse laser oscillation device comprising a control device for turning on a switch.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28385188A JPH02130978A (en) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | Pulse laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28385188A JPH02130978A (en) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | Pulse laser oscillator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02130978A true JPH02130978A (en) | 1990-05-18 |
Family
ID=17670989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP28385188A Pending JPH02130978A (en) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | Pulse laser oscillator |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH02130978A (en) |
-
1988
- 1988-11-11 JP JP28385188A patent/JPH02130978A/en active Pending
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