(57)【要約】２つのエキシマレーザは、各々が蓄積キャパシタを含む個々のパルシング回路を有し、蓄積キャパシタは、充電され、次いで、パルス変成器を介して放電され、電気パルスを生成し、電気パルスは、レーザに送達され光パルスを生成する。電気パルスの生成と光パルスの生成との間の時間は、キャパシタの充電された電圧に依存することにより、電圧変動がジッタを誘発する。キャパシタは、互から切断されている間、充電される。電気パルスの発生は、キャパシタが、充電された後、充電電圧を等化するために、短い周期の間、キャパシタを一緒に接続することによって同期される。キャパシタは、放電される前に、互から切断される。接続および切断は、２つの蓄積キャパシタ間に逆直列様式に接続される、第１および第２のＩＧＢＴダイオードモジュールを含む、スイッチング配列によって確立される。
2013533642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のガス放電レーザを励起するための電気装置であって、
第１および第２の蓄積キャパシタと、
それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタを充電するように配列されている第１および第２の高電圧電源と、
前記第１および第２の蓄積キャパシタを放電させ、第１および第２の電気パルスを生成し、前記第１および第２の電気パルスを、それぞれ、前記第１および第２のガス放電レーザに送達するように配列されている第１および第２のパルス形成回路と、
スイッチング配列と
を備え、
前記スイッチング配列は、前記キャパシタの放電前に前記キャパシタの充電電圧を等化するために、前記パルス形成回路による前記キャパシタの放電に先立って、所定の時間期間の間、前記第１および第２の蓄積キャパシタを一緒に接続するように配列されている、
装置。
【請求項２】
前記時間期間は、前記キャパシタが、前記蓄積キャパシタの放電前に切断されるように選択されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パルス形成回路は、第１および第２の放電トリガ信号に応答して、前記第１および第２の蓄積キャパシタを放電するように配列されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記蓄積キャパシタは、前記キャパシタの充電中、一緒に接続されておらず、前記電源は、前記キャパシタを一緒に接続する前に、前記キャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するように配列され、前記一緒に接続する期間は、前記キャパシタが前記第１および第２の電圧に充電された後に開始し、前記キャパシタの放電前に終了する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記電源は、ある電圧調整精度を有する調整電源であり、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の差異は、前記キャパシタの前記一緒に接続する期間中、電流が前記第１のキャパシタから前記第２のキャパシタにのみ流動可能であるように、前記スイッチングシステムおよび前記電源の電圧調整精度と協働するように選択されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１および第２の電圧は、約１５００ボルトから２３００ボルトであり、前記電源の電圧調整精度は、約±２．３ボルトであり、前記第１の充電電圧と前記第２の充電電圧との間の差異は、約１５ボルトである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記スイッチング配列は、互に逆直列様式に接続されている第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを含み、前記第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールは、それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタと接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１および第２の蓄積キャパシタは、前記ＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを閉鎖および開放されることによって、それぞれ、接続および切断される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のパルス形成回路は、第１および第２のパルス変成器であって、第１および第２の蓄積キャパシタは、前記第１および第２のパルス変成器を介して放電されることにより、それぞれの第１および第２の電気パルスを生成する、第１および第２のパルス変成器と、前記第１および第２の電気パルスがそれぞれの第１および第２のガス放電レーザに送達される前に、前記第１および第２の電気パルスを一時的に圧縮するための第１および第２のパルスコンプレッサとを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第１および第２のガス放電レーザを励起するための電気装置であって、
第１および第２の蓄積キャパシタと、
それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するように配列されている第１および第２の高電圧電源と、
前記第１および第２の蓄積キャパシタを放電させ、第１および第２の電気パルスを生成し、前記第１および第２の電気パルスを、それぞれ、前記第１および第２のガス放電レーザに送達するように配列されている第１および第２のパルス形成回路と、
スイッチング配列と
を備え、
前記スイッチング配列は、前記第１および第２の蓄積キャパシタと協働するように配列されており、その結果、前記パルス形成回路によって、前記第１および第２の蓄積キャパシタは、各々が充電されている間、切断され、前記キャパシタの充電電圧を等化するために、充電された後、所定の時間期間の間、一緒に接続され、次いで、前記キャパシタの放電に先立って、互から切断される、装置。
【請求項１２】
前記スイッチング配列は、互に逆直列様式に接続されている第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを含み、前記第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールは、それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタと接続され、前記第１および第２の蓄積キャパシタは、前記ＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを閉鎖および開放されることによって、それぞれ、接続および切断される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記電源は、ある電圧調整精度を有する調整電源であり、前記ＩＧＢＴ−ダイオードモジュールは、磁束電圧を有し、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の差異は、前記キャパシタの前記一緒に接続する期間中、電流が、前記第１のキャパシタから前記第２のキャパシタにのみ流動可能であるように、前記磁束電圧および前記電源の電圧調整精度の合計を超えるように選択されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１および第２の電圧は、約１５００ボルトから２３００ボルトであり、前記電源の電圧調整精度は、約±２．３ボルトであり、前記第１の充電電圧と前記第２の充電電圧との間の差異は、約１５ボルトである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
第１および第２のパルス状ガス放電レーザを動作させる方法であって、
前記第１および第２のレーザは、それぞれ、
第１および第２の蓄積キャパシタと、
それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタを充電するための第１および第２の高電圧電源と、
第１および第２のパルス形成回路と
を含み、
前記第１および第２のパルス形成回路は、それぞれ、第１および第２のパルス変成器を含み、前記第１および第２のキャパシタは、それぞれ、前記第１および第２のパルス変成器を介して放電されることが可能であることにより、それぞれの第１および第２の電気パルスを生成し、前記第１および第２の電気パルスを、それぞれ、前記第１および第２のガス放電レーザに送達し、
前記方法は、
前記第１および第２のキャパシタを互に切断されている状態において、前記第１および第２のキャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するステップと、
前記充電するステップの後、所定の時間期間の間、前記第１および第２のキャパシタを一緒に接続するステップと、
前記所定の時間期間の終了時に、前記第１および第２のキャパシタを互から切断するステップと、次いで、
前記第１および第２のキャパシタを前記第１および第２のパルス変成器を介して放電させ、前記第１および第２の電気パルスを提供するステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１および第２の電源は、ある電圧調整精度を有する調整電源であり、前記第１および第２のキャパシタは、半導体スイッチ配列によって一緒に接続されており、前記スイッチ配列は、電流が前記スイッチ配列を通過する場合に、磁束電圧を有し、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の差異は、前記電圧精度と前記磁束電圧との合計を上回るように選択され、それによって、前記接続するステップ中、電流は、前記第１の蓄積キャパシタから前記第２の蓄積キャパシタにのみ流動する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１および第２の電圧は、約１５００ボルトから２３００ボルトであり、前記電源の電圧調整精度は、約±２．３ボルトであり、前記第１の充電電圧と前記第２の充電電圧との間の差異は、約１５ボルトである、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、複数のパルス状ガス放電レーザからのパルスの空間的かつ時間的重複に関する。本発明は、特に、２つ以上のエキシマレーザまたはフッ素分子レーザからのパルスの空間的かつ時間的重複に関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマレーザは、電磁スペクトルの紫外線（ＵＶ）領域内の放射を送達する、パルス状ガスレーザである。現在利用可能な最も高いエネルギーのエキシマレーザから利用可能なものより大きなパルスエネルギーから利益を享受するであろう、そのようなレーザの用途として、例えば、レーザ焼鈍がある。より大きなパルスエネルギーは、２つ以上のエキシマレーザの出力を組み合わせることによって、供給することができる。レーザの出力は、空間的かつ時間的に重複されなければならない。空間的重複は、光学要素の配列を使用して、精密に達成することができ、光学の重複方法は、当技術分野において周知である。
【０００３】
時間的重複は、あまり精密ではなく、他の要因の中でもとりわけ、パルス状電源の動作特性が、１パルスごとに再現されることができる精度に依存する。そのような特性の変動は、パルス重複の精度の時間的変動につながる。この時間的変動は、通常、当業者によって、ジッタと称される。パルス持続時間および用途要件に応じて、通常、用途を損なうことなく超過することができない、ジッタ値が存在する。
【０００４】
一例として、レーザ焼鈍用途では、パルス繰り返し率約６００Ｈｅｒｔｚ（Ｈｚ）およびパルス持続時間約３０ナノ秒（ｎｓ）半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する２つのエキシマレーザのパルス状出力を組み合わせ、パルスが複雑な時間パルス形状を有することを要求され得る。複雑な時間パルス形状の維持は、パルスが、時間的に、精密に重複される場合のみ、可能である。重複されるビームにおける時間パルス形状の変動に対する用途の許容誤差は、一概に述べることはできず、パルス形状に対する用途の感度に依存する。レーザ焼鈍領域における用途の場合、この許容誤差レベルは、３０ｎｓパルス持続時間に対して数ナノ秒、例えば、約６ｎｓ未満のジッタに対応する。
【０００５】
ジッタに影響を及ぼす要因を理解するために、エキシマレーザのためのパルシング回路配列の特性を検討することが有用である。そのような回路配列の１つの説明は、高電圧パルスをエキシマレーザの放電電極に送達するための回路のある典型的配列１０を描写する、回路図である、図１を参照して以下に述べられる。
【０００６】
ここでは、高電圧電源（ＨＶＰＳ）からの高電圧電力（ＨＶ−ＩＮ）は、端子１２に供給される。電力は、蓄積キャパシタＣ０を所定の電圧、典型的には、約１５００から２３００ボルト（Ｖ）に完全充電するために使用される。キャパシタは、磁気絶縁体１４を介して、充電される。磁気絶縁体１４は、ダイオードＤ２と、変成器Ｌ６と、他の構成要素（図示せず）を含み、変成器Ｌ６の片側は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）および整流器ブリッジを含むスイッチ１６に接続される。抑止信号が、要求に応じて、スイッチ１６を開放または閉鎖することができる。
【０００７】
磁気絶縁体１６は、スイッチ１６は、閉鎖または開放されるかどうかに応じて、それぞれ、低値から高値（および、その逆）に約５０倍分、ＨＶＰＳと蓄積キャパシタとの間のインピーダンス値を切り替える。低インピーダンス値は、高精密度を伴うキャパシタＣ０を充電するために必要とされる。より高いインピーダンス値は、そうでなければ、非常に高くなり、潜在的に、電源を通る破壊的ピーク電流を生じさせ得る、レーザ放電から反射されるエネルギーから電源を保護するために必要である。回路１０の動作を理解するために十分な磁気絶縁体１４の説明のみ、ここでは提供される。磁気絶縁の原理の詳細な説明は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，０２０，７２３号に提供されており、その完全開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００８】
キャパシタＣ０の充電が完了すると、磁気絶縁体１４は、高インピーダンス状態に切り替えられる。キャパシタＣ０の放電は、ＩＧＢＴおよびダイオード（「還流ダイオード」−ＦＷＤ）モジュールＩＧＢＴ−１によって制御される。ＩＧＢＴ−１のゲートにおけるパルストリガ電圧の受信に応じて、ＩＧＢＴは、閉鎖され、キャパシタＣ０は、磁気アシストＬ５、パルス変成器Ｌ４、およびダイオードＤ１を通して放電される。変成器Ｌ４からの結果として得られたパルスは、パルスコンプレッサ１８に送信される。パルスは、可飽和インダクタまたは磁気スイッチＬ１およびキャパシタＣ１、可飽和インダクタＬ２およびキャパシタＣ２、ならびに可飽和インダクタＬ３およびキャパシタＣ３によって形成される、３つの段において圧縮される。圧縮されたパルスは、パルスコンプレッサ１８から、レーザ放電電極および他の電気的反応構成要素を含むエキシマレーザ管に送達される。
【０００９】
リセット信号は、ＤＣ電源（図示せず）から、端子２０に印加される。信号は、電流約１０アンペア（Ａ）をＬ５、Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を通して流動させる。この電流は、パルス圧縮後のそのＢ−Ｈ（ヒステリシス）ループにおける位置から、Ｂ−Ｈループの反対側のコーナーへ戻るように、これらのデバイスの磁気コアを駆動する。十分なリセットは、パルスコンプレッサを通して、１つのパルスと次のパルスとの間の再現可能な遷移時間を得るため、および、パルス間のジッタを最小限にするための前提条件である。
【００１０】
次に、各々が図１の配列１０に類似する回路配列を伴う、２つのエキシマレーザを駆動する試みにおいて遭遇するであろう問題を検討すると、各々のパルスコンプレッサ１８によって送達されるパルス間の低ジッタ時間のための必須条件は、各々の蓄積キャパシタＣ０の充電された電圧が、１パルスごとに可能な限り再現可能でなければならないことである。これらの蓄積キャパシタは、各々が調整電流源と見なされ得る、ＨＳＶＰを介して、約１ミリ秒（ｍｓ）以内に充電される。典型的なそのようなＨＳＶＰの高電圧の達成可能制御精密度（電圧調整精度）は、電源の最大高電圧値の約±０．１％であり、これは、通常、約２．３キロボルト（ｋＶ）単位である。典型的制御値は、約１．６ｋＶであり、すなわち、最大値を遥かに下回る。
【００１１】
パルスコンプレッサ１８の段の変成器コアの電圧−時間面積（磁束飽和）は、本質的に、一定であり、僅かなドリフトまたは変動のみ、コア材料の温度変化から生じる。これらの変動は、例えば、回路の独立放電トリガ信号の関係を制御することによって、比較的に容易に補正可能なほど十分にゆっくりである。コンプレッサ段の飽和磁束（Ψ）は、以下の式によって表すことができる。
Ψ＝Ｎ∫２ＢｓｄＡ＝∫Ｕｄｔ＝一定    （１）
式中、Ｎは、個別のコンプレッサ段可飽和インダクタの巻数を表し、Ｂｓは、使用されるコア材料の飽和磁気誘導であり、Ａは、磁気的に有効なコア断面である。
【００１２】
コアの飽和、故に、低誘導状態への遷移のために必要とされる時間は、Ｕｄｔの積分（電圧−時間面積）から求められ、式中、Ｕは、この可飽和誘導率に対する電圧であり、ひいては、キャパシタＣ０における充電電圧に比例する。このことから、この電圧の変動は、直接、時間における変化が約１／Ｕである、飽和時間（インダクタンスＬ５、Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３の貫通接続のための時間）の変化につながることになる。検討中の実施例では、キャパシタＣ０における１Ｖ程度の電圧変化は、パルスコンプレッサ１８全体を通るパルス通路に対して、約５から７ｎｓの時間変化につながるであろう。
【００１３】
同期される２つのレーザの各々は、独立高電圧電源ユニットを有するので、４．６Ｖの範囲内の相対的電圧変動が生じ得る。これは、レーザの各々によって送達される光パルス間の時間差における最大３２−ｎｓの変動につながるであろう。これは、ランダムな１パルスごとの現象であり、予測することができず、故に、補正することができない。
【００１４】
理論上、少なくとも、前述のジッタ問題は、パルスを約０．０１５％未満のパルス電圧変動（各Ｃ０において）にする、ＨＶＰＳを使用することによって修正され得る。しかしながら、そのような電源の実現は、非常に困難を伴い、相当な費用を犠牲にすることによってのみ、技術的に達成可能である。これは、要求される高充電電力約５０キロワット（ｋＷ）および充電電圧約２ｋＶのためである。改良された電源または任意の他のレーザ構成要素の開発を要求しない、エキシマレーザ同期問題に対する解決策の必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、第１および第２のガス放電レーザを励起するための電気装置を対象とする。一側面では、装置は、第１および第２の蓄積キャパシタと、それぞれ、第１および第２の蓄積キャパシタを充電するように配列されている第１および第２の高電圧電源とを含む。第１および第２のパルス形成回路は、それぞれ、第１および第２の蓄積キャパシタを放電するように配列される。キャパシタの放電は、それぞれ、第１および第２のガス放電レーザに送達される、それぞれの第１および第２の電気パルスを発生する。スイッチング配列は、パルス形成回路によるキャパシタの放電に先立って、キャパシタが、所定の時間期間の間、充電された後、第１および第２の蓄積キャパシタを一緒に接続するように提供および配列される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
明細書内に組み込まれ、その一部を構成する、付随の図面は、本発明の好ましい実施形態を図式的に例証し、前述に与えられる一般的説明および以下に与えられる好ましい実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図１】図１は、高電圧電源によって充電される蓄積キャパシタと、パルス変成器を介して、キャパシタを放電させ、電気パルスを形成し、パルスを電気的に圧縮し、圧縮されたパルスをガス放電レーザに送達するように配列される、パルス形成回路とを含むパルス状ガス放電レーザを励起するための従来技術配列を図式的に例証する。
【図２】図２は、それぞれ、図１の配列に類似する、第１および第２の励起配列と、キャパシタが充電された後、但し、キャパシタが放電される前に、それぞれの蓄積キャパシタを一時的に接続するための配列とを含む本発明による装置を図式的に例証する。
【図３】図３は、図２の装置の動作の一実施例を図式的に例証するタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、引き続き図面を参照すると（同一特徴は、同一参照番号によって指定される）、図２は、２つのエキシマレーザを同期動作させるための本発明による装置の好ましい実施形態１０を図式的に例証する、電気回路図である（写実的に描写せず）。レーザは、図２では、レーザＡおよびレーザＢと称される。レーザＡおよびＢは、各々が図１の前述の従来技術パルシング配列１０に類似する、それぞれ、レーザパルシング配列１０Ａおよび１０Ｂによって個々に励起される。
【００１８】
各パルシング配列は、磁気絶縁体１４を介して、蓄積キャパシタＣ０（ＣＯＡおよびＣＯＢ）を充電する高電圧電源３２を含む。電気パルスは、ＩＢＧＴ−１に、そのゲートに印加されるトリガ電圧を介して、パルス変成器Ｌ５を通してキャパシタＣ０を放電するように（前述のように）命令することによって発生される。磁気パルスコンプレッサ１８は、パルスを一時的に圧縮し、圧縮されたパルスをレーザ放電電極に送達する。配列１０Ａおよび１０Ｂの共通特徴は、対応する参照番号に適用される添字ＡおよびＢによって識別される。装置３０は、以下に参照される全制御信号を提供する、ＰＣまたは同等物（図示せず）内のソフトウェアによって制御される。
【００１９】
装置３０では、パルス間充電電圧差の変動は、前述のように、パルスが、Ｔｒｉｇｇｅｒ−ＡまたはＴｒｉｇｇｅｒ−Ｂのいずれかによってトリガされる前の短い期間の間、キャパシタが充電された後に、キャパシタＣＯＡおよびＣＯＢを一緒に接続することによって、最小限にされる。接続は、スイッチング配列４０によって確立され、スイッチング配列４０は、ドライバ４４Ａおよび４４Ｂによって駆動される、それぞれ、ＩＧＢＴモジュール４２Ａおよび４２Ｂを含む。ＩＧＢＴ保護および制御回路４６は、装置を制御するソフトウェアからのデジタル接続信号に応答して、ドライバのためのデジタル信号を発生する。回路４６はまた、キャパシタの電圧を監視し、キャパシタ間の電圧差が、所定のレベル、例えば、１００Ｖを超える場合、ＩＧＢＴ４２Ａおよび４２Ｂをオンにするのを防止するように配列される。これは、ＨＳＶＰの一方が、故障し、対応するキャパシタが、充電されない、または十分に充電されない場合、ＩＧＢＴを保護する役割を果たす。回路４０は、「均衡スイッチ」またはＥＱＵＩ−Ｓｗｉｔｃｈと称され得る。
【００２０】
ＩＧＢＴ４２Ａおよび４２Ｂは、図２に描写されるように、逆直列様式に接続される。これは、ＩＧＢＴが、キャパシタ間の電圧差の正および負両方の極性を切替可能であることをもたらす。これはまた、レーザＡおよびＢが、互いに別個に動作させられ、電源ＨＶＰＳ−ＡおよびＨＶＰＳ−Ｂの相対的調節から独立可能であることをもたらす。
【００２１】
電源は、キャパシタの一方、例えば、キャパシタＣＯＡが、最初に、他方（ＣＯＢ）より高い電圧に充電されるように調整される。一般論として、電圧差は、最悪の条件下、差異が、依然として、一方のＩＧＢＴスイッチの磁束電圧と、他方の（逆直列）ＩＧＢＴの内部還流ダイオードの磁束電圧と残留電圧差との合計より高くなるように、十分に高くなければならならず、その場合、該残留電圧差において、より低い電圧を伴うＨＶＰＳが上方変動を利用し、より高い電圧を伴う電源ユニットが下方変動を利用し、すなわち、該残留電圧差は、電源の電圧調整精度である。前述のように、これは、検討中の実施例では、約４．６Ｖ（±２．３Ｖ）である。この条件下でのみ、常時、電荷等化が存在し、等化電流が、常時、同一方向に流動するであろう。しかしながら、電圧差は、高過ぎるべきではなく、そうでなければ、等化は、実用的である（この実施例では、＞１００μｓ）より長くかかり得るか、または等化電流が、高くなり過ぎ得る。約１５Ｖを超える電圧は、検討中の実施例では、適度であると判定される。
【００２２】
ＣＯＡとＣＯＢとの間の接続のインピーダンス（Ｒ）は、以下の条件を満たすように選択される（必要に応じて、追加の抵抗をＩＧＢＴ４２Ａおよび４２Ｂと直列に置くことによって）。
Ｒ≧２＊（Ｌ／Ｃ）０．５    （２）
式中、Ｌは、主に、ケーブルインダクタンスである。
Ｃ＝Ｃ０Ａ＊Ｃ０Ｂ／（Ｃ０Ａ＋Ｃ０Ｂ）    （３）
結果として生じる数十アンペアの等化電流は、キャパシタＣＯＡおよびＣＯＢの電圧が、非周期的に、約５０マイクロ秒（μｓ）以内に、順方向電流方向に操作されるＩＧＢＴおよび他方の個別のＩＧＢＴの内部還流ダイオードの磁束電圧まで調節することを確実にする。
【００２３】
前述のように、残留電圧は、常時、２つの充電キャパシタ電圧の差異として残留するが、再現可能であり、時間的ジッタに寄与しない。このため、ＣＯＡおよびＣＯＢの充電電圧は、依然として、無条件に、約±２．３Ｖ分、変動するが、互に対しては、２００ｍＶ未満である。これは、ガスが、放電し、その結果、レーザＡおよびＢの光パルスが、各々の放電トリガ信号に対してジッタを生じさせるが、レーザが、互に対してナノ秒の範囲内で時間的安定性を達成することを意味する。実現可能な値は、ピーク間で約２ｎｓから５ｎｓである。故に、２つの空間的かつ時間的に重複した光パルスの時間形状は、概して、個々のパルスの時間形状に対応する。これは、それによって、処理される材料と重複したパルスとの相互作用が、２倍のエネルギーを有する、個々のパルスのうちの任意の１つの場合と同様に生じることをもたらす。
【００２４】
次に、前述のような信号動作装置０の相対的タイミングの説明が、図３のタイミング図を参照して、かつ引き続き図２を参照して、記載される。前述のように、これらの信号は、装置３０のための制御ソフトウェアによって、発生またはトリガされる。図３では、接続信号を除き、全信号または値は、ここでは、レーザＡとして任意に選択される、レーザの一方に特定的である。他方のレーザのための信号および値は、同様に、時間的に進展するであろう。図３の図の時間進展は、ここでは、６００Ｈｚ以下のパルス繰り返し周波数を表す、約１．６７ミリ秒（ｍｓ）を上回ると仮定される、１つのパルス繰り返し周期を若干上回る。
【００２５】
制御ソフトウェアは、時間ｔ０において、周期トリガ信号を発生し、それによって、その他すべての同期が取られる。時間ｔ０では、磁気絶縁体１４Ａに印加される抑止信号（抑止Ａ）は、低から高となり、絶縁体を低インピーダンス状態にし、充電を促進する。この時、また、信号ＨＶＡは、電源ＨＶＰＳ−Ａに、キャパシタＣＯＡをそのキャパシタのための所定の電圧に充電するよう命令する。キャパシタは、公称上、時間ｔ１において充電されるが、充電は、時間ｔ２に継続し、可能性として考えられる充電時間におけるパルス間差を考慮する。検討中の実施例と一致する、周期ｔ０からｔ１およびｔ１からｔ２の間の値は、それぞれ、約１０４０マイクロ秒（μｓ）および１００μｓ以下である。時間ｔ２では、抑止信号は、高から低となり、磁気絶縁体を高インピーダンス状態にし、キャパシタＣＯＡを電源ＨＶＰＳ−Ａから効果的に絶縁する。
【００２６】
時間ｔ２の比較的直後、例えば、約１０μｓ後、接続信号は、低から高となり、キャパシタＣＯＡとＣＯＢとの間の前述の電圧等化が生じ得るように、ＩＧＢＴ４２Ａおよび４２Ｂ（ＥＱＵＩ−Ｓｗｉｔｃｈ）を閉鎖する。時間ｔ３（ここでは、再び、約１０μｓ）の比較的直前において、接続信号は、高から低となり、キャパシタが、独立して、放電され得るように、ＥＱＵＩ−Ｓｗｉｔｃｈを開放し、キャパシタを互から絶縁する。時間ｔ３では、トリガ信号は、キャパシタＣＯＡを放電するために十分に長い期間の間、ＩＧＢＴ−１Ａを閉鎖し、電気パルス（図示せず）が、発生および圧縮され、対応する光出力パルスが、数マイクロ秒後、レーザから送達される。時間ｔ３とｔ４との間の回復周期中に、ＩＧＢＴ−１Ａが再開放された後、キャパシタＣＯＡの電圧は、完全ではないインピーダンス整合のため、放電から反射されたエネルギーによる充電によって、若干上昇し、次いで、新しい一連の信号がトリガされる時間ｔ５までに、ほぼ元の充電されていない値へと徐々に戻る。ここでは、６００ＨｚのＰＲＦの場合、ｔ４とｔ５との間の時間期間は、比較的に短くなるであろうことに留意されたい。しかしながら、再充電は、実際には、時間ｔ４において開始し得る。
【００２７】
時間ｔ２直後にＥＱＵＩ−Ｓｗｉｔｃｈを閉鎖し、時間ｔ３直前にＥＱＵＩ−Ｓｗｉｔｃｈを開放する理由は、ＥＱＵＩ−Ｓｗｉｔｃｈが、両レーザに共通であるからである。ＥＱＵＩ−Ｓｗｉｔｃｈ閉鎖時間（約１００μｓ）と周期ｔ３−ｔ２との間の差異は、レーザの相対的トリガ時間が変動されることを可能にすることにより、パルス圧縮回路１８Ａおよび１８Ｂを通したパルス伝搬時間における任意の前述の相対的ドリフトを補償し、それによって、対応する光パルスの時間的重複を最適化する。
【００２８】
ここでは、前述の本発明の実施形態ならびに使用される回路および値は、単に、一実施例であり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではないことを強調されたい。電気技術分野における当業者は、前述の本発明の説明から、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の電圧等化機能を提供するための他の回路を考案してもよい。さらに、本発明は、独立パルシング配列を伴う、２つのレーザの出力を同期する観点で説明されたが、本発明は、独立パルシング配列を伴う、３つ以上のレーザの同期に拡張され得る。実施例として、独立パルシング配列を伴う、３つのレーザは、本明細書に説明されるＥＱＵＩ−Ｓｗｉｔｃｈ配列のうちの２つを使用して、同期され得る。
【００２９】
要約すれば、本発明は、好ましい実施形態の観点から前述された。しかしながら、本発明は、本明細書に説明される実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、本明細書に添付の請求項によってのみ限定される。
【図１】
2013533642.tif 000003
【図２】
2013533642.tif 000004
【図３】
2013533642.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月9日(2013.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のガス放電レーザを励起するための電気装置であって、
第１および第２の蓄積キャパシタと、
それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタを充電するように配列されている第１および第２の高電圧電源と、
前記第１および第２の蓄積キャパシタを放電させ、第１および第２の電気パルスを生成し、前記第１および第２の電気パルスを、それぞれ、前記第１および第２のガス放電レーザに送達するように配列されている第１および第２のパルス形成回路と、
スイッチング配列と
を備え、
前記スイッチング配列は、前記キャパシタの放電前に前記キャパシタの充電電圧を等化するために、前記パルス形成回路による前記キャパシタの放電に先立って、所定の時間期間の間、前記第１および第２の蓄積キャパシタを一緒に接続するように配列されている、
装置。
【請求項２】
前記時間期間は、前記キャパシタが、前記蓄積キャパシタの放電前に切断されるように選択されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パルス形成回路は、第１および第２の放電トリガ信号に応答して、前記第１および第２の蓄積キャパシタを放電するように配列されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記蓄積キャパシタは、前記キャパシタの充電中、一緒に接続されておらず、前記電源は、前記キャパシタを一緒に接続する前に、前記キャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するように配列され、前記一緒に接続する期間は、前記キャパシタが前記第１および第２の電圧に充電された後に開始し、前記キャパシタの放電前に終了する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記電源は、ある電圧調整精度を有する調整電源であり、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の差異は、前記キャパシタの前記一緒に接続する期間中、電流が前記第１のキャパシタから前記第２のキャパシタにのみ流動可能であるように、前記スイッチングシステムおよび前記電源の電圧調整精度と協働するように選択されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１および第２の電圧は、約１５００ボルトから２３００ボルトであり、前記電源の電圧調整精度は、約±２．３ボルトであり、前記第１の充電電圧と前記第２の充電電圧との間の差異は、約１５ボルトである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記スイッチング配列は、互に逆直列様式に接続されている第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを含み、前記第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールは、それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタと接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１および第２の蓄積キャパシタは、前記ＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを閉鎖および開放されることによって、それぞれ、接続および切断される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のパルス形成回路は、第１および第２のパルス変成器であって、第１および第２の蓄積キャパシタは、前記第１および第２のパルス変成器を介して放電されることにより、それぞれの第１および第２の電気パルスを生成する、第１および第２のパルス変成器と、前記第１および第２の電気パルスがそれぞれの第１および第２のガス放電レーザに送達される前に、前記第１および第２の電気パルスを一時的に圧縮するための第１および第２のパルスコンプレッサとを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第１および第２のパルス状ガス放電レーザを動作させる方法であって、
前記第１および第２のレーザは、それぞれ、
第１および第２の蓄積キャパシタと、
それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタを充電するための第１および第２の高電圧電源と、
第１および第２のパルス形成回路と
を含み、
前記第１および第２のパルス形成回路は、それぞれ、第１および第２のパルス変成器を含み、前記第１および第２のキャパシタは、それぞれ、前記第１および第２のパルス変成器を介して放電されることが可能であることにより、それぞれの第１および第２の電気パルスを生成し、前記第１および第２の電気パルスを、それぞれ、前記第１および第２のガス放電レーザに送達し、
前記方法は、
前記第１および第２のキャパシタを互に切断されている状態において、前記第１および第２のキャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するステップと、
前記充電するステップの後、所定の時間期間の間、前記第１および第２のキャパシタを一緒に接続するステップと、
前記所定の時間期間の終了時に、前記第１および第２のキャパシタを互から切断するステップと、次いで、
前記第１および第２のキャパシタを前記第１および第２のパルス変成器を介して放電させ、前記第１および第２の電気パルスを提供するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の電源は、ある電圧調整精度を有する調整電源であり、前記第１および第２のキャパシタは、半導体スイッチ配列によって一緒に接続されており、前記スイッチ配列は、電流が前記スイッチ配列を通過する場合に、磁束電圧を有し、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の差異は、前記電圧精度と前記磁束電圧との合計を上回るように選択され、それによって、前記接続するステップ中、電流は、前記第１の蓄積キャパシタから前記第２の蓄積キャパシタにのみ流動する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の電圧は、約１５００ボルトから２３００ボルトであり、前記電源の電圧調整精度は、約±２．３ボルトであり、前記第１の充電電圧と前記第２の充電電圧との間の差異は、約１５ボルトである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
レーザシステムであって、
ガスおよび放電電極を保持する第１のレーザ管と、
ガスおよび放電電極を保持する第２のレーザ管と、
第１の蓄積キャパシタと前記第１のキャパシタを充電するための第１の電源とを含む第１の回路であって、前記第１の回路は、前記第１のキャパシタの放電に応答して、励起パルスを前記第１のレーザ管内の前記放電電極に送達する、第１の回路と、
第２の蓄積キャパシタと前記第２のキャパシタを充電するための第２の電源とを含む第２の回路であって、前記第２の回路は、前記第２のキャパシタの放電に応答して、励起パルスを前記第２のレーザ管内の前記放電電極に送達する、第２の回路と、
少なくとも１つのスイッチと、
を備え、
前記少なくとも１つのスイッチは、前記第１および第２の蓄積キャパシタの放電に先立って、前記第１および第２の蓄積キャパシタを一緒に電気的に連結することにより、前記第１および第２のキャパシタの充電電圧のいかなる差異も低減させるように配列されている、レーザシステム。
【請求項１６】
前記第１および第２のキャパシタは、前記キャパシタが放電される前に、分離される、請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項１７】
前記第１および第２のキャパシタは、前記キャパシタの充電中、一緒に連結されず、前記電源は、前記キャパシタを一緒に連結する前に、前記キャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するように配列されている、請求項１６に記載のレーザシステム。
【請求項１８】
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、請求項１７に記載のレーザシステム。
【請求項１９】
前記電源は、前記キャパシタが連結される度、電流が、前記第１のキャパシタから前記第２のキャパシタにのみ流動するように配列されている、請求項１８に記載のレーザシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのスイッチは、互に逆直列様式に接続されている第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを含み、前記第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールは、それぞれ、前記第１および第２のキャパシタと接続されている、請求項１５に記載のレーザシステム。
【請求項２１】
前記第１および第２の蓄積キャパシタは、前記ＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを閉鎖および開放することによって、それぞれ、接続および切断される、請求項２０に記載のレーザシステム。
【請求項２２】
レーザ焼鈍の方法であって、２つのエキシマレーザのレーザ出力パルスが、空間的かつ時間的に重複され、各エキシマレーザは、電気パルス供給回路を有し、各パルス供給回路は、キャパシタを含み、
前記方法は、
前記キャパシタを充電するステップと、
前記キャパシタを一緒に電気的に連結することにより、前記キャパシタ上の電荷のいかなる差異も低減させるステップと、
前記キャパシタを放電し、パルスをそれぞれのエキシマレーザに供給することにより、レーザ出力パルスを生成するステップと、
前記それぞれのエキシマレーザからのパルスを空間的かつ時間的に重複させることにより、焼鈍を促進するステップと
を含む、方法。
【請求項２３】
前記キャパシタを連結するステップは、前記キャパシタが充電された後に行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記キャパシタは、前記キャパシタが放電される前に、分離される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記２つのレーザのためのキャパシタは、２つの別個の電源から充電される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記キャパシタは、異なる電圧レベルに充電され、前記キャパシタが連結される度、電流は、前記キャパシタの一方から他方のキャパシタにのみ流動する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
２つのガスレーザからの出力を制御する方法であって、各ガスレーザは、電気パルス供給回路を有し、各パルス供給回路は、キャパシタを含み、
前記方法は、
独立して、２つの別個の電源から、前記キャパシタを充電するステップと、
前記キャパシタが充電された後、前記キャパシタを一緒に電気的に連結することにより、前記キャパシタ上の電荷のいかなる差異も低減させるステップと、
その後、前記キャパシタを分離するステップと、
その後、前記キャパシタを放電し、パルスをそれぞれのガスレーザに供給することにより、レーザ出力パルスを生成するステップと
を含む、方法。
【請求項２８】
前記キャパシタは、異なる電圧レベルに充電され、前記キャパシタが連結される度、電流は、前記キャパシタの一方から他方のキャパシタにのみ流動する、請求項２７に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明は、第１および第２のガス放電レーザを励起するための電気装置を対象とする。一側面では、装置は、第１および第２の蓄積キャパシタと、それぞれ、第１および第２の蓄積キャパシタを充電するように配列されている第１および第２の高電圧電源とを含む。第１および第２のパルス形成回路は、それぞれ、第１および第２の蓄積キャパシタを放電するように配列される。キャパシタの放電は、それぞれ、第１および第２のガス放電レーザに送達される、それぞれの第１および第２の電気パルスを発生する。スイッチング配列は、パルス形成回路によるキャパシタの放電に先立って、キャパシタが、所定の時間期間の間、充電された後、第１および第２の蓄積キャパシタを一緒に接続するように提供および配列される。
本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
（項目１）
第１および第２のガス放電レーザを励起するための電気装置であって、
第１および第２の蓄積キャパシタと、
それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタを充電するように配列されている第１および第２の高電圧電源と、
前記第１および第２の蓄積キャパシタを放電させ、第１および第２の電気パルスを生成し、前記第１および第２の電気パルスを、それぞれ、前記第１および第２のガス放電レーザに送達するように配列されている第１および第２のパルス形成回路と、
スイッチング配列と
を備え、
前記スイッチング配列は、前記キャパシタの放電前に前記キャパシタの充電電圧を等化するために、前記パルス形成回路による前記キャパシタの放電に先立って、所定の時間期間の間、前記第１および第２の蓄積キャパシタを一緒に接続するように配列されている、
装置。
（項目２）
前記時間期間は、前記キャパシタが、前記蓄積キャパシタの放電前に切断されるように選択されている、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記パルス形成回路は、第１および第２の放電トリガ信号に応答して、前記第１および第２の蓄積キャパシタを放電するように配列されている、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記蓄積キャパシタは、前記キャパシタの充電中、一緒に接続されておらず、前記電源は、前記キャパシタを一緒に接続する前に、前記キャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するように配列され、前記一緒に接続する期間は、前記キャパシタが前記第１および第２の電圧に充電された後に開始し、前記キャパシタの放電前に終了する、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、項目４に記載の装置。
（項目６）
前記電源は、ある電圧調整精度を有する調整電源であり、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の差異は、前記キャパシタの前記一緒に接続する期間中、電流が前記第１のキャパシタから前記第２のキャパシタにのみ流動可能であるように、前記スイッチングシステムおよび前記電源の電圧調整精度と協働するように選択されている、項目５に記載の装置。
（項目７）
前記第１および第２の電圧は、約１５００ボルトから２３００ボルトであり、前記電源の電圧調整精度は、約±２．３ボルトであり、前記第１の充電電圧と前記第２の充電電圧との間の差異は、約１５ボルトである、項目６に記載の装置。
（項目８）
前記スイッチング配列は、互に逆直列様式に接続されている第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを含み、前記第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールは、それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタと接続されている、項目１に記載の装置。
（項目９）
前記第１および第２の蓄積キャパシタは、前記ＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを閉鎖および開放されることによって、それぞれ、接続および切断される、項目８に記載の装置。
（項目１０）
前記第１および第２のパルス形成回路は、第１および第２のパルス変成器であって、第１および第２の蓄積キャパシタは、前記第１および第２のパルス変成器を介して放電されることにより、それぞれの第１および第２の電気パルスを生成する、第１および第２のパルス変成器と、前記第１および第２の電気パルスがそれぞれの第１および第２のガス放電レーザに送達される前に、前記第１および第２の電気パルスを一時的に圧縮するための第１および第２のパルスコンプレッサとを含む、項目１に記載の装置。
（項目１１）
第１および第２のガス放電レーザを励起するための電気装置であって、
第１および第２の蓄積キャパシタと、
それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するように配列されている第１および第２の高電圧電源と、
前記第１および第２の蓄積キャパシタを放電させ、第１および第２の電気パルスを生成し、前記第１および第２の電気パルスを、それぞれ、前記第１および第２のガス放電レーザに送達するように配列されている第１および第２のパルス形成回路と、
スイッチング配列と
を備え、
前記スイッチング配列は、前記第１および第２の蓄積キャパシタと協働するように配列されており、その結果、前記パルス形成回路によって、前記第１および第２の蓄積キャパシタは、各々が充電されている間、切断され、前記キャパシタの充電電圧を等化するために、充電された後、所定の時間期間の間、一緒に接続され、次いで、前記キャパシタの放電に先立って、互から切断される、装置。
（項目１２）
前記スイッチング配列は、互に逆直列様式に接続されている第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを含み、前記第１および第２のＩＧＢＴ−ダイオードモジュールは、それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタと接続され、前記第１および第２の蓄積キャパシタは、前記ＩＧＢＴ−ダイオードモジュールを閉鎖および開放されることによって、それぞれ、接続および切断される、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、項目１２に記載の装置。
（項目１４）
前記電源は、ある電圧調整精度を有する調整電源であり、前記ＩＧＢＴ−ダイオードモジュールは、磁束電圧を有し、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の差異は、前記キャパシタの前記一緒に接続する期間中、電流が、前記第１のキャパシタから前記第２のキャパシタにのみ流動可能であるように、前記磁束電圧および前記電源の電圧調整精度の合計を超えるように選択されている、項目１３に記載の装置。
（項目１５）
前記第１および第２の電圧は、約１５００ボルトから２３００ボルトであり、前記電源の電圧調整精度は、約±２．３ボルトであり、前記第１の充電電圧と前記第２の充電電圧との間の差異は、約１５ボルトである、項目１４に記載の装置。
（項目１６）
第１および第２のパルス状ガス放電レーザを動作させる方法であって、
前記第１および第２のレーザは、それぞれ、
第１および第２の蓄積キャパシタと、
それぞれ、前記第１および第２の蓄積キャパシタを充電するための第１および第２の高電圧電源と、
第１および第２のパルス形成回路と
を含み、
前記第１および第２のパルス形成回路は、それぞれ、第１および第２のパルス変成器を含み、前記第１および第２のキャパシタは、それぞれ、前記第１および第２のパルス変成器を介して放電されることが可能であることにより、それぞれの第１および第２の電気パルスを生成し、前記第１および第２の電気パルスを、それぞれ、前記第１および第２のガス放電レーザに送達し、
前記方法は、
前記第１および第２のキャパシタを互に切断されている状態において、前記第１および第２のキャパシタを、それぞれの第１および第２の電圧に充電するステップと、
前記充電するステップの後、所定の時間期間の間、前記第１および第２のキャパシタを一緒に接続するステップと、
前記所定の時間期間の終了時に、前記第１および第２のキャパシタを互から切断するステップと、次いで、
前記第１および第２のキャパシタを前記第１および第２のパルス変成器を介して放電させ、前記第１および第２の電気パルスを提供するステップと
を含む、方法。
（項目１７）
前記第１の電圧は、前記第２の電圧より高い、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記第１および第２の電源は、ある電圧調整精度を有する調整電源であり、前記第１および第２のキャパシタは、半導体スイッチ配列によって一緒に接続されており、前記スイッチ配列は、電流が前記スイッチ配列を通過する場合に、磁束電圧を有し、前記第１の電圧と前記第２の電圧との間の差異は、前記電圧精度と前記磁束電圧との合計を上回るように選択され、それによって、前記接続するステップ中、電流は、前記第１の蓄積キャパシタから前記第２の蓄積キャパシタにのみ流動する、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記第１および第２の電圧は、約１５００ボルトから２３００ボルトであり、前記電源の電圧調整精度は、約±２．３ボルトであり、前記第１の充電電圧と前記第２の充電電圧との間の差異は、約１５ボルトである、項目１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2013533642.tif 000006
2013533642.tif 000007