JPH06260699A - プレイオン化および／または放電用の少なくとも１つの陽極および陰極を有するレーザー - Google Patents
プレイオン化および／または放電用の少なくとも１つの陽極および陰極を有するレーザーInfo
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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
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 プレイオン化および主放電用の少なくとも１
つの陽極（１）および１つの陰極（２）からなるレーザ
ーにおいて、陽極（１）および陰極（２）が異なる標準
電位を有している。 【効果】 このレーザーは信頼性が高くそして寿命が長
い。数百時間の作動によってこれら電極の上に材料の侵
食は全く見出だされなかった。
つの陽極（１）および１つの陰極（２）からなるレーザ
ーにおいて、陽極（１）および陰極（２）が異なる標準
電位を有している。 【効果】 このレーザーは信頼性が高くそして寿命が長
い。数百時間の作動によってこれら電極の上に材料の侵
食は全く見出だされなかった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプレイオン化および／ま
たは放電用の少なくとも１つの陽極および１つの陰極を
有するレーザーに関する。更に本発明はレーザーにおい
てプレイオン化および／または放電のために陽極および
陰極に特定の材質の金属材料を用いることに関する。特
に、本発明は少なくとも１つの陽極および１つの陰極を
有するパルス化された気体レーザーに関する。
たは放電用の少なくとも１つの陽極および１つの陰極を
有するレーザーに関する。更に本発明はレーザーにおい
てプレイオン化および／または放電のために陽極および
陰極に特定の材質の金属材料を用いることに関する。特
に、本発明は少なくとも１つの陽極および１つの陰極を
有するパルス化された気体レーザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来知られているレーザーはレーザー管
に収納されている気体をプレイオン化するためにしばし
ば少なくとも１つの陽極および陰極を有している。この
ようなレーザーは主またはプラズマ放電用に作用する電
極を少なくとも２つ更に有している。所謂パルス化され
た気体レーザーは、このようなレーザー装置の代表的な
例示として挙げられる。
に収納されている気体をプレイオン化するためにしばし
ば少なくとも１つの陽極および陰極を有している。この
ようなレーザーは主またはプラズマ放電用に作用する電
極を少なくとも２つ更に有している。所謂パルス化され
た気体レーザーは、このようなレーザー装置の代表的な
例示として挙げられる。
【０００３】パルス化された気体レーザーは非常に広範
な形態が知られており、特に、炭酸ガス（ＣＯ2 ）レー
ザー、エキシマーレーザーまたは窒素（Ｎ2 ）レーザー
などである。パルス化された気体レーザーにおいては、
気体放電の形状（更に、主放電またはプラズマ放電とも
呼ばれる）の所謂レーザー気体の横方向励起が広く採用
されている。
な形態が知られており、特に、炭酸ガス（ＣＯ2 ）レー
ザー、エキシマーレーザーまたは窒素（Ｎ2 ）レーザー
などである。パルス化された気体レーザーにおいては、
気体放電の形状（更に、主放電またはプラズマ放電とも
呼ばれる）の所謂レーザー気体の横方向励起が広く採用
されている。
【０００４】レーザー気体を主放電に先立って所謂プレ
イオン化させて、このプレイオン化においては実際の主
放電の前に放電領域における充電の分布を出来るだけ一
様（約１０7 電子／cm3 ）とすることも知られている。
このような気体のプレイオン化は特に主放電がアーク放
電となることを回避するためである。プレイオン化の後
に、所謂主放電がレーザーの主電極の間で開始し、そし
てこの放電において所謂雪崩相における電子密度が、例
えば１０-14 〜１０-15 電子／cm3 まで高められる。
イオン化させて、このプレイオン化においては実際の主
放電の前に放電領域における充電の分布を出来るだけ一
様（約１０7 電子／cm3 ）とすることも知られている。
このような気体のプレイオン化は特に主放電がアーク放
電となることを回避するためである。プレイオン化の後
に、所謂主放電がレーザーの主電極の間で開始し、そし
てこの放電において所謂雪崩相における電子密度が、例
えば１０-14 〜１０-15 電子／cm3 まで高められる。
【０００５】従来技術におけるプレイオン化において
は、原則として外部エネルギー源が用いられており、す
なわち、実際の主放電とは別のエネルギー源が、例えば
紫外線（ＵＶ）光として用いられている。この紫外線
（ＵＶ）は火花間隙またはコロナ放電により出される。
は、原則として外部エネルギー源が用いられており、す
なわち、実際の主放電とは別のエネルギー源が、例えば
紫外線（ＵＶ）光として用いられている。この紫外線
（ＵＶ）は火花間隙またはコロナ放電により出される。
【０００６】特にエキシマーレーザーにおける紫外線プ
レイオン化においては火花間隙が用いられ、それにより
紫外線を発生して実際の放電を行おうとしている気体容
積に電極表面における光イオン化または光効果によって
自由充電キャリヤーを十分に形成するようにしている。
これらの充電キャリヤーは次いで主電極（陽極および陰
極）間の主放電の開始時に大きな容積に亘り雪崩状態で
増大する。
レイオン化においては火花間隙が用いられ、それにより
紫外線を発生して実際の放電を行おうとしている気体容
積に電極表面における光イオン化または光効果によって
自由充電キャリヤーを十分に形成するようにしている。
これらの充電キャリヤーは次いで主電極（陽極および陰
極）間の主放電の開始時に大きな容積に亘り雪崩状態で
増大する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術においては
電極は常に同一の金属材料により作られている。プレイ
オン化の火花によって材料が侵食されおよび／または火
花が発生する従来の金属のプレイオン化電極の材質が変
化することが見出だされている。このような材料の変質
また材料侵食はエキシマーレーザー混合気におけるフッ
素（Ｆ2 ）または塩化水素（ＨＣｌ）の濃度に相当程度
依存する。火花の内部および基部（電極表面）において
陽極または陰極の材料はフッ素（Ｆ2 ）またはフッ素誘
導体、例えばＦ＊、Ｆ- 、Ｆ基などと反応し、または塩
化水素（ＨＣｌ）またはその分解物と反応する。
電極は常に同一の金属材料により作られている。プレイ
オン化の火花によって材料が侵食されおよび／または火
花が発生する従来の金属のプレイオン化電極の材質が変
化することが見出だされている。このような材料の変質
また材料侵食はエキシマーレーザー混合気におけるフッ
素（Ｆ2 ）または塩化水素（ＨＣｌ）の濃度に相当程度
依存する。火花の内部および基部（電極表面）において
陽極または陰極の材料はフッ素（Ｆ2 ）またはフッ素誘
導体、例えばＦ＊、Ｆ- 、Ｆ基などと反応し、または塩
化水素（ＨＣｌ）またはその分解物と反応する。
【０００８】材料の侵食または材料変質は全てプレイオ
ン化を損ねる。すなわち、プレイオン化のための紫外線
（ＵＶ）の発生を損ね、時間とともにこれは主放電の極
めて重大な障害となる。この結果として、主電極におい
ては電子密度の局部的減少が生じ、そして主放電の放電
均一性がそれにより損ねられる。
ン化を損ねる。すなわち、プレイオン化のための紫外線
（ＵＶ）の発生を損ね、時間とともにこれは主放電の極
めて重大な障害となる。この結果として、主電極におい
ては電子密度の局部的減少が生じ、そして主放電の放電
均一性がそれにより損ねられる。
【０００９】例えば金属フッ化物または塩化物の生成に
よる材料変質はプレイオン化電極の破壊特性に影響を及
ぼし、それらを非常に損なうことにより破壊特性に影響
を及ぼし、そしてそれに従ってプレイオン化のための紫
外線の発生を著しく減少させる。
よる材料変質はプレイオン化電極の破壊特性に影響を及
ぼし、それらを非常に損なうことにより破壊特性に影響
を及ぼし、そしてそれに従ってプレイオン化のための紫
外線の発生を著しく減少させる。
【００１０】従来技術に用いられている金属のプレイオ
ン化電極において認められる材料の変質または材料の侵
食はエキシマーレーザーの主電極においても認められ
る。
ン化電極において認められる材料の変質または材料の侵
食はエキシマーレーザーの主電極においても認められ
る。
【００１１】これら観測された現象はパルス化された気
体レーザー、特にエキシマー放電ユニットにおける信頼
性および寿命の何れにおいても不利益となっていること
は明らかである。
体レーザー、特にエキシマー放電ユニットにおける信頼
性および寿命の何れにおいても不利益となっていること
は明らかである。
【００１２】
【発明の目的】本発明は、プレイオン化用および／また
は放電用の少なくとも１つの陽極および１つの陰極を有
するレーザーであって従来のレーザーよりも寿命が長く
そして信頼性の極めて高いものを提供するという課題を
達成することにある。
は放電用の少なくとも１つの陽極および１つの陰極を有
するレーザーであって従来のレーザーよりも寿命が長く
そして信頼性の極めて高いものを提供するという課題を
達成することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この課題は陽極および陰
極が異なる標準電位の金属材料からなることにより解決
される。
極が異なる標準電位の金属材料からなることにより解決
される。
【００１４】しかして本発明の主題はプレイオン化用の
少なくとも１つの陽極および陰極を有するレーザーであ
って、その陽極および陰極が異なる標準電位の金属材料
からなっていることである。
少なくとも１つの陽極および陰極を有するレーザーであ
って、その陽極および陰極が異なる標準電位の金属材料
からなっていることである。
【００１５】更に本発明の他の課題によれば、主放電用
の少なくとも１つの陽極および陰極を具備したレーザー
であって、その陽極および陰極が異なる標準電位の金属
材料からなっていることである。
の少なくとも１つの陽極および陰極を具備したレーザー
であって、その陽極および陰極が異なる標準電位の金属
材料からなっていることである。
【００１６】本発明のより具体的な実施例によれば、陽
極および陰極の間の標準電位の差は少なくとも０．３ボ
ルト、好ましくは０．６ボルトである。本発明の他の側
面によれば、低い方の標準電位を具備した金属材料から
なる電極は、実質的に銅からなっている。また高い方の
標準電位を具備した金属材料の電極は好ましくは実質的
にプラチナからなっている。
極および陰極の間の標準電位の差は少なくとも０．３ボ
ルト、好ましくは０．６ボルトである。本発明の他の側
面によれば、低い方の標準電位を具備した金属材料から
なる電極は、実質的に銅からなっている。また高い方の
標準電位を具備した金属材料の電極は好ましくは実質的
にプラチナからなっている。
【００１７】本発明の好ましい実施例においては、陰極
の材料は陽極の材料よりも標準電位が高くなっている。
好ましくは、陰極が実質的にプラチナからなり、そして
陽極が実質的に銅からなっている。
の材料は陽極の材料よりも標準電位が高くなっている。
好ましくは、陰極が実質的にプラチナからなり、そして
陽極が実質的に銅からなっている。
【００１８】本発明は好ましくはパルス化された気体高
圧レーザーに用いられる。
圧レーザーに用いられる。
【００１９】本発明の主題は更にレーザーにおいてプレ
イオン化および／または放電用の金属材料の陽極および
陰極の使用方法であって、陽極および電極をそれぞれ形
成している金属材料間に標準電位の差を形成することで
ある。
イオン化および／または放電用の金属材料の陽極および
陰極の使用方法であって、陽極および電極をそれぞれ形
成している金属材料間に標準電位の差を形成することで
ある。
【００２０】本発明に係る電極を装備したレーザー、特
にエキシマー放電ユニットにおいては、信頼性および寿
命が著しく向上したことが認められている。このこと
は、本発明のレーザーにおいては、数百時間の作動後に
おいて実際的に材料の侵食または材料の変化が電極に認
められなかったということから明らかとなる。この利点
は、標準電位の大きい材料を陽極よりも陰極に選定した
ときに最も大きくなることが見出されており、特に陰極
が実質的にプラチナにより作られており、そして陽極が
銅により作られているときに見出されている。
にエキシマー放電ユニットにおいては、信頼性および寿
命が著しく向上したことが認められている。このこと
は、本発明のレーザーにおいては、数百時間の作動後に
おいて実際的に材料の侵食または材料の変化が電極に認
められなかったということから明らかとなる。この利点
は、標準電位の大きい材料を陽極よりも陰極に選定した
ときに最も大きくなることが見出されており、特に陰極
が実質的にプラチナにより作られており、そして陽極が
銅により作られているときに見出されている。
【００２１】本発明による利点はプレイオン化電極およ
び放電電極の何れにおいても生じる。
び放電電極の何れにおいても生じる。
【００２２】
【実施例】本発明の一実施例を添付図面を参照して以下
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２３】図１においてプレイオン化ユニットが概略
的に示されており、そしてそれは陽極１および陰極２か
ら形成されている。陰極２はピン形状に形成されてお
り、この陰極２は絶縁体３により囲まれている。この電
極配置が位置されているレーザー管は図示されておら
ず、それ自体公知の電源および制御装置も図示されてい
ない。
的に示されており、そしてそれは陽極１および陰極２か
ら形成されている。陰極２はピン形状に形成されてお
り、この陰極２は絶縁体３により囲まれている。この電
極配置が位置されているレーザー管は図示されておら
ず、それ自体公知の電源および制御装置も図示されてい
ない。
【００２４】図２はレーザー管（図示せず）に陰極２お
よび陽極１を主放電装置として具備したレーザーを概略
的に示している。
よび陽極１を主放電装置として具備したレーザーを概略
的に示している。
【００２５】
【具体的実施例】下記の工程が気体高圧レーザーの作動
における代表的なプレイオン化状態を実験するために行
われた。
における代表的なプレイオン化状態を実験するために行
われた。
【００２６】陽極として銅のレール（１０×１×０．５
cm3 ）および陰極としてプラチナピン（５cm長さ、０．
５cm直径）を具備したレーザー管（４０cm長さ、直径２
０cm）が先ず排気され、そして次いでクリプトン、ネオ
ンおよびフッ素により満たされた。電極間の距離は約
０．５cmであった。レーザー管内の圧力は３．１０＋5
Ｐａ、であり代表的なエキシマーの作動圧力に対応させ
ていた。
cm3 ）および陰極としてプラチナピン（５cm長さ、０．
５cm直径）を具備したレーザー管（４０cm長さ、直径２
０cm）が先ず排気され、そして次いでクリプトン、ネオ
ンおよびフッ素により満たされた。電極間の距離は約
０．５cmであった。レーザー管内の圧力は３．１０＋5
Ｐａ、であり代表的なエキシマーの作動圧力に対応させ
ていた。
【００２７】１０キロボルトの電圧が電極に供給され
た。
た。
【００２８】比較例として、上述した電極の対応する大
きさであるが、銅のみからなる電極を具備したレーザー
管が用意された。このレーザー管は上述と同様の条件に
置かれた。
きさであるが、銅のみからなる電極を具備したレーザー
管が用意された。このレーザー管は上述と同様の条件に
置かれた。
【００２９】両レーザー管の電極は約５００時間後に詳
細な解析が行われた。
細な解析が行われた。
【００３０】従来技術による銅電極の場合においては前
述したような材料の侵食が陽極および陰極において観測
された。この材料の侵食は肉眼ですら明らかであった。
特に、銅ピンは高度に侵食されていた。銅の陽極は放電
により目で見て分かるように影響を受けていた。より詳
細な観測により、部分的に非金属構造が銅の陽極上に成
長していることが認められた。これに対して、本発明の
電極においては材料の侵食は全く生じていなかった。陽
極および陰極は外面的に見える範囲で何らの変化は生じ
ていなかった。更に、より詳細な陽極の観測により何ら
の非金属構造も全く見出されなかった。
述したような材料の侵食が陽極および陰極において観測
された。この材料の侵食は肉眼ですら明らかであった。
特に、銅ピンは高度に侵食されていた。銅の陽極は放電
により目で見て分かるように影響を受けていた。より詳
細な観測により、部分的に非金属構造が銅の陽極上に成
長していることが認められた。これに対して、本発明の
電極においては材料の侵食は全く生じていなかった。陽
極および陰極は外面的に見える範囲で何らの変化は生じ
ていなかった。更に、より詳細な陽極の観測により何ら
の非金属構造も全く見出されなかった。
【００３１】これらの結果は異なる電極材料を選択する
ことにより陽極および陰極の侵食を著しく減少できるこ
とを示している。このことはプレイオン化が行われる条
件のみならず、レーザー管における引き続く主放電にも
言えることである。
ことにより陽極および陰極の侵食を著しく減少できるこ
とを示している。このことはプレイオン化が行われる条
件のみならず、レーザー管における引き続く主放電にも
言えることである。
【００３２】
【発明の効果】従って、本発明はプレイオン化および／
または放電用の電極を有するレーザーの寿命を延ばすこ
とに貢献する。
または放電用の電極を有するレーザーの寿命を延ばすこ
とに貢献する。
【図１】レーザープレイオン化手段を概略的に示す斜視
図である。
図である。
【図２】エキシマーレーザーの主放電ユニットの斜視図
である。
である。
１ 陽極 ２ 陰極 ３ 絶縁体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユーリッヒ レーブハン ドイツ連邦共和国 37077 ゲッチンゲン ペトロイスボーゲン 42 (72)発明者 フランク ボース ドイツ連邦共和国 37083 ゲッチンゲン コムパーツベーグ １ａ
Claims (10)
- 【請求項１】 プレイオン化用の少なくとも１つの陽極
（１）および１つの陰極（２）からなるレーザーにおい
て、前記陽極（１）および陰極（２）が異なる標準電位
の金属材料からなることを特徴とするレーザー。 - 【請求項２】 主放電用の少なくとも１つの陽極（１）
および１つの陰極（２）を具備するレーザーにおいて、
前記陽極（１）および陰極（２）が異なる標準電位の金
属材料からなることを特徴とするレーザー。 - 【請求項３】 陽極および陰極間の標準電位の差が少な
くとも０．３ボルトであることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載のレーザー。 - 【請求項４】 陽極および陰極の間の電位の差が少なく
とも０．６ボルトであることを特徴とする請求項１また
は２に記載のレーザー。 - 【請求項５】 より低い標準電位を具備した金属材料の
電極が実質的に銅からなっていることを特徴とする請求
項１または２に記載のレーザー。 - 【請求項６】 より高い標準電位を具備した金属材料か
らなる電極が実質的にプラチナからなっていることを特
徴とする請求項１または２に記載のレーザー。 - 【請求項７】 前記陰極（２）の材料が前記陽極（１）
の材料の標準電位より高い電位を有していることを特徴
とする請求項１または２に記載のレーザー。 - 【請求項８】 前記陰極（２）が実質的にプラチナから
なっており、そして陽極（１）は実質的に銅からなって
いることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ
ー。 - 【請求項９】 前記レーザーがパルス化された気体高圧
レーザーであることを特徴とする請求項１または２に記
載のレーザー。 - 【請求項１０】 プレイオン化および／または放電を行
うために金属材料の陽極および陰極をレーザーに使用す
るに際して、前記陽極（１）および陰極（２）を形成し
ている金属材料間に標準電位の差があることを特徴とす
るレーザーの使用方法。
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|---|---|---|---|
| DE4233634A DE4233634C2 (de) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Elektroden für die Entladungseinheit eines Excimerlasers |
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|---|---|
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| JP2501009B2 JP2501009B2 (ja) | 1996-05-29 |
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| JP5262989A Expired - Fee Related JP2501009B2 (ja) | 1992-10-06 | 1993-09-27 | プレイオン化および／または放電用の少なくとも１つの陽極および陰極を有するエキシマ―レ―ザ― |
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-
1993
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Patent Citations (5)
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