(57)【要約】【課題】両レーザー発振器に供給するパルス電流に所定の時間差を持たせながら、回路要素のジッタによるパルス電流の時間差変動をなくし、安定性の高いレーザー光を得る。【解決手段】パルス発生回路１１を２つの磁気パルス圧縮回路１２、１３に共用にした１回路で構成し、レーザー発振器５、６に対するパルス電流の発生タイミングを磁気パルス圧縮回路１２に設けた可飽和リアクトルＴ１５の電圧時間積で調整する。  パルストランスは、２台のパルストランスの直列接続、または並列接続とした構成を含む。また、時間差調整は、磁気パルス圧縮用の可飽和リアクトルの電圧時間積で調整すること、並列接続したパルストランス別に設けた可飽和リアクトルの電圧時間積を異なる値にして調整することを含む。【選択図】  図１
2005094985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２台のレーザー発振器に所定の時間差を持たせてパルス電流を供給するパルス電源であって、
充電器によって充電されるコンデンサと、これに直列接続される可飽和リアクトルと、２つの二次巻線をもつパルストランスと、半導体スイッチを有し、前記スイッチをオン制御することで前記パルストランスの２つの二次巻線にそれぞれパルス電流を発生させる１台のパルス発生回路と、
前記２つの二次巻線からのパルス電流をそれぞれ磁気パルス圧縮し、パルス電流に前記時間差を有して前記２台のレーザー発振器にそれぞれ供給する２台の磁気パルス圧縮回路とを備えたことを特徴とするパルス電源。
【請求項２】
前記パルストランスは、２つの二次巻線をもつ１台のパルストランスとしたことを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項３】
前記パルストランスは、２台のパルストランスの直列接続としたことを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項４】
前記パルストランスは、２台のパルストランスの並列接続としたことを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項５】
前記磁気パルス圧縮回路は、磁気パルス圧縮用の可飽和リアクトルまたはパルス電流経路に直列に設けた可飽和リアクトルの電圧時間積で前記時間差を調整することを特徴とする請求項２、３、４のいずれか１項に記載のパルス電源。
【請求項６】
前記パルストランスは２台のパルストランスの並列接続とし、前記可飽和リアクトルを両パルストランス別に設け、両可飽和リアクトルの電圧時間積を異なる値にして前記時間差を調整することを特徴とする請求項４に記載のパルス電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサを直流電源として狭幅・高電圧・大電流のパルスを繰り返し発生するためのパルス電源に係り、特に２つのレーザーを組み合わせて狭帯域のレーザー光を得るレーザーシステム用のパルス電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマレーザーやオゾナィザ等の電源として利用されるパルス電源は、例えば、図５に示す構成にされる。充電装置ＨＤＣによってコンデンサＣ0を初期充電しておき、半導体スイッチＳＷのオンによってコンデンサＣ0の電圧を可飽和リアクトルＳＩ0を通してパルストランスＰＴの一次側に印加し、可飽和リアクトルＳＩ0の飽和動作（磁気スイッチ動作）によりパルス圧縮した放電電流をトランスＰＴに一次電流を供給し、トランスＰＴの二次側に昇圧したパルス電流を発生させる。このパルス電流でコンデンサＣ1を充電し、可飽和リアクトルＳＩ1の飽和動作によりパルス圧縮した放電電流で次段のコンデンサＣ2を充電し、さらに可飽和リアクトルＳＩ2の飽和動作でパルス圧縮し、これらパルス圧縮の繰り返しで最終段のコンデンサＣｎ（ピーキングコンデンサ）が高圧充電され、最終段の可飽和リアクトルＳＩｎの飽和動作により負荷となるレーザ発振器等の負荷ＬＨへ超短パルスを発生させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、エキシマレーザー等のガス放電型レーザーシステムとして、レーザー光の帯域幅を狭めるため、非常に狭い帯域幅の「種」ビームを発生する第１のレーザー発振器と、この発振器で発生した「種」ビームを第２のレーザー発振器に導入し、第２のレーザー発振器で「種」ビームを増幅する方式のものがある。この方式のレーザーシステムを実現するため、タイミングおよびレベルを合わせたパルス電流を２つのレーザー発振器にそれぞれ供給できるパルス電源が要求される（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
このパルス電源は、図６に示す構成にされる。２つのパルス電源回路はそれぞれ図５に示すものと同等の回路構成にされる。すなわち、パルス発生回路１、２は、コンデンサＣ１，Ｃ２と可飽和リアクトルＳＩ１，ＳＩ２とパルストランスＰＴ１，ＰＴ２と半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２によってパルス電流を発生し、これらパルス電流から磁気パルス圧縮回路３、４でそれぞれ狭幅のパルスを得、第１のレーザー発振器５と第２のレーザー発振器６に供給する。充電器７は両パルス電源回路に共通のものにされ、パルス発生回路１、２の繰り返し動作に際してそれぞれのコンデンサＣ１，Ｃ２を繰り返し充電する。
【０００５】
駆動回路８、９は両パルス電源回路の半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれ繰り返しオン制御し、制御回路１０は駆動回路８、９に同期させたオン制御信号を発生する。レーザー発振器５は「種」ビームを発生し、レーザー発振器６は「種」ビームを増幅する。
【特許文献１】特開平８−１３０８７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１９８６０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に示すパルス電源において、レーザー発振器６に性能のよいレーザー光を得るためには、レーザー発振器５にパルス電流を供給した時点から約１０ナノ秒後にレーザー発振器６にパルス電流を供給する必要があるため、両パルス電源回路が発生するパルス電流の時間差は、数ナノ秒以下が要求される。
【０００７】
上記の時間差を得るには、制御回路１０が両駆動回路８、９に供給するオン制御信号に時間差をもたせる。また、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電圧の変動が上記の時間差を生じさせる原因となるため、１つの充電器７で両コンデンサを充電している。
【０００８】
しかし、従来回路では、制御回路１０、駆動回路８、９およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２において発生するジッタが両パルス電源回路から発生するパルス電流の時間差を変動させてしまい、安定性の高いレーザー光が得るのを難しくしている。
【０００９】
本発明の目的は、両レーザー発振器に供給するパルス電流に所定の時間差を持たせながら、回路要素のジッタによるパルス電流の時間差変動をなくし、安定性の高いレーザー光を得ることができるパルス電源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、パルス発生回路を２つの磁気パルス圧縮回路に共用にした１回路で構成し、２台のレーザー発振器に対するパルス電流の発生タイミングを磁気パルス圧縮回路のパルス圧縮動作時間で調整、またはパルス発生回路のパルストランスを２台構成にしてその一次電流タイミングで調整するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１１】
（１）２台のレーザー発振器に所定の時間差を持たせてパルス電流を供給するパルス電源であって、
充電器によって充電されるコンデンサと、これに直列接続される可飽和リアクトルと、２つの二次巻線をもつパルストランスと、半導体スイッチを有し、前記スイッチをオン制御することで前記パルストランスの２つの二次巻線にそれぞれパルス電流を発生させる１台のパルス発生回路と、
前記２つの二次巻線からのパルス電流をそれぞれ磁気パルス圧縮し、パルス電流に前記時間差を有して前記２台のレーザー発振器にそれぞれ供給する２台の磁気パルス圧縮回路とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
（２）前記パルストランスは、２つの二次巻線をもつ１台のパルストランスとしたことを特徴とする。
【００１３】
（３）前記パルストランスは、２台のパルストランスの直列接続としたことを特徴とする。
【００１４】
（４）前記パルストランスは、２台のパルストランスの並列接続としたことを特徴とする。
【００１５】
（５）前記磁気パルス圧縮回路は、磁気パルス圧縮用の可飽和リアクトルまたはパルス電流経路に直列に設けた可飽和リアクトルの電圧時間積で前記時間差を調整することを特徴とする。
【００１６】
（６）前記パルストランスは２台のパルストランスの並列接続とし、前記可飽和リアクトルを両パルストランス別に設け、両可飽和リアクトルの電圧時間積を異なる値にして前記時間差を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のとおり、本発明によれば、パルス発生回路を２つの磁気パルス圧縮回路に共用にした１回路で構成し、２台のレーザー発振器に対するパルス電流の発生タイミングを磁気パルス圧縮回路のパルス圧縮動作時間で調整、またはパルス発生回路のパルストランスを２台構成にしてその一次電流タイミングで調整するようにしたため、両レーザー発振器に供給するパルス電流に所定の時間差を持たせながら、回路要素のジッタによるパルス電流の時間差変動をなくし、安定性の高いレーザー光を得ることができる。
【００１８】
また、実施形態３，４の回路では、コンデンサＣ１１，Ｃ２１に誤差があっても、それぞれの電圧差は０.０１％に満たないため、よりパルス出力タイミンクの誤差が小さくできる。
【００１９】
また、両レーザ発振器が距離が離れた位置に置かれることがあるが、実施形態例２〜４の回路は、低電圧側（トランスの１次側）で分離することができるため、接続構成が簡易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示す回路構成図であり、図６と同等のものは同一符号で示す。
【００２１】
パルス発生回路１１は、磁気パルス圧縮回路１２、１３に共用にした１回路で構成する。すなわち、パルス発生回路１１は、コンデンサＣ０と、これに直列接続される可飽和リアクトルＴ１と、２つの二次巻線をもつパルストランスＴ２と、半導体スイッチＳＷ１で構成する。
【００２２】
この１回路構成により、パルス発生回路１１は、コンデンサＣ０が充電器７で充電され、スイッチＳＷ１が駆動回路を含む１つの制御回路１４でターンオン制御されると、パルストランスＴ２の２つの二次巻線に同じタイミングでパルス電流を発生する。なお、スイッチＳＷ１は、ＧＴＯの場合を示すが、ＩＧＢＴなど他の半導体素子でもよい。
【００２３】
磁気パルス圧縮回路１２、１３は、パルス電流経路に直列に設けた可飽和リアクトルの電圧時間積で時間差を調整する。すなわち、磁気パルス圧縮回路１２では、コンデンサＣ１１，Ｃ１２と可飽和リアクトルＴ１３，Ｔ１４による二段の磁気パルス圧縮回路と、パルス移行時間調整用の可飽和リアクトルＴ１５との直列接続で構成する。一方、磁気パルス圧縮回路１３は、コンデンサＣ２１，Ｃ２２と可飽和リアクトルＴ２３，Ｔ２４による二段の磁気パルス圧縮回路で構成する。
【００２４】
以上の構成になるパルス電源の動作を説明する。制御回路１４によってスイッチＳＷ１をターンオンすると、可飽和リアクトルＴ１に電圧がかかり、その電圧時間積がコアの電圧時間積を越えたとき、Ｃ０→Ｔ１→Ｔ２→Ｃ１１およびＣ０→Ｔ１→Ｔ２→Ｃ２１の２つのループに電流が流れ、Ｃ１１およびＣ２１を同じタイミングで充電する。この充電動作において、１つの制御回路１４およびパルス発生回路１１の１つのスイツチ動作でなされるため、スイツチＳＷ１および駆動回路ＤＲＶでのジッタが存在するも、パルストランスＴ２の２つの二次巻線に発生するパルス電流間の時間差はゼロになる。
【００２５】
次に、レーザ発振器５、６に出力されるパルスは、前記のように１０ｎｓｅｃ程度の時間差を要求されるが、これは可飽和リアクトルＴ１５を付けることで確保される。すなわち、レーザ発振器５に供給するパルスは、コンデンサＣ１２充電開始から、可飽和リアクトルＴ１４および可飽和リアクトルＴ１５の電圧時間積の和に達した後に出力されるが、レーザ発振器６に供給するパルスは可飽和リアクトルＴ２４に印加されたときの電圧時間積に達した後に出力されるため、可飽和リアクトルＴ１５の電圧時間積の時間だけレーザ発振器５に出力されるパルスを所期の時間遅れをもたせることができる。
【００２６】
なお、磁気パルス圧縮回路１２、１３ではコンデンサＣ１１，Ｃ２１の静電容量誤差がパルス電流発生時間に誤差を生じさせるが、電圧の誤差は０.０５％以下となるため、パルス出力の時間差に対する影響は小さい。また、これをより少なくするためには、Ｃ１１＊Ｌ１＝Ｃ２１＊Ｌ２となるように、パルストランスＴ２の二次側の配線がもつリアクトル値Ｌ１とＬ２を設定することで済む。
【００２７】
（実施形態２）
図２は、本発明の他の実施形態を示す。同図が図１と異なる部分は、パルス発生回路１１のパルストランスＴ２に代えて、２つのパルストランスＴ１２，Ｔ２２を使用し、これらパルストランスＴ１２，Ｔ２２の一次巻線を直列接続し、二次巻線から磁気パルス圧縮回路１２、１３にそれぞれパルス電流を供給する点にある。
【００２８】
本実施形態においても、回路要素（制御回路、駆動回路およびスイッチＳＷ１）において発生するジッタが両パルス電流の時間差を変動させることはない。
【００２９】
なお、レーザ発振器５とレーザ６は距離が離れた位置に置かれることがあるが、本実施形態では低電圧側（パルストランスの１次側）で分離することができるため、パルストランスの二次側で分離する図１の場合に比べて、磁気パルス圧縮回路との接続ケーブルが簡易になる。
【００３０】
（実施形態３）
図３は、本発明の他の実施形態を示す。同図が図２と異なる部分は、パルス発生回路１１の可飽和リアクトルＴ１に代えて、２つの可飽和リアクトルＴ１１，Ｔ２１を使用し、これら可飽和リアクトルＴ１１，Ｔ２１をパルストランスＴ１２，Ｔ２１に個別に接続する点にある。また、磁気パルス圧縮回路１２は可飽和リアクトルＴ１５を省き、磁気パルス圧縮回路１３と同じ動作時間にする。
【００３１】
この構成において、可飽和リアクトルＴ１１，Ｔ２１の電圧時間積を異なる値にし、この差異によりレーザー発振器５、６に供給するパルス電流に時間差をもたせる。
【００３２】
本実施形態においても、回路要素（制御回路、駆動回路およびスイッチＳＷ１）において発生するジッタが両パルス電流の時間差を変動させることはない。
【００３３】
なお、本実施形態では、コンデンサＣ１１，Ｃ２１に誤差があっても、それぞれの電圧差は０.０１％に満たないため、よりパルス出力タイミングの誤差を小さくできる。
【００３４】
（実施形態４）
図４は、本発明の他の実施形態を示す。同図が図２と異なる部分は、パルス発生回路１１の２つのパルストランスＴ１２，Ｔ２２を並列に接続した点にある。
【００３５】
本実施形態においても、回路要素（制御回路、駆動回路およびスイッチＳＷ１）において発生するジッタが両パルス電流の時間差を変動させることはない。
【００３６】
また、コンデンサＣ１１，Ｃ２１に誤差があっても、それぞれの電圧差は０.０１％に満たないため、よりパルス出力タイミングの誤差を小さくできる。
【００３７】
以上までの各実施形態１、２、４においては、パルス出力の時間差を可飽和リアクトルＴ１４に直列に接続された可飽和リアクトルＴ１５で行っているが、この可飽和リアクトルＴ１５を可飽和リアクトルＴ１３に直列にすることでもよい。
【００３８】
また、実施形態１〜４において、磁気パルス圧縮回路を２段の場合を示すが、これをさらに多段にした構成で、どの可飽和リアクトルに、時間差調整用の可飽和リアクトルＴ１５を直列に接続してもよい。さらに、可飽和リアクトルＴ１４と可飽和リアクトルＴ１５に分けたが、１個の可飽和リアクトルで電圧時間積を変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１を示す回路構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示す回路構成図。
【図３】本発明の実施形態３を示す回路構成図。
【図４】本発明の実施形態４を示す回路構成図。
【図５】パルス電源の構成例。
【図６】２台構成のレーザー発振器用パルス電源。
【符号の説明】
【００４０】
１、２、１１  パルス発生回路
３、４、１２、１３  磁気パルス圧縮回路
５、６  レーザー発振器
７  充電器
８、９  駆動回路
１０  制御回路
１４  駆動回路を含む制御回路
【図１】
2005094985.tif 000003
【図２】
2005094985.tif 000004
【図３】
2005094985.tif 000005
【図４】
2005094985.tif 000006
【図５】
2005094985.tif 000007
【図６】
2005094985.tif 000008