(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極にパルス電力を供給する高パルス繰返数パルス電源であって、
Ａ）１）６００ボルトを超える電圧において電荷を蓄積するための充電用コンデンサと、
２）半導体スイッチと、
３）３ジュールを超える電気エネルギと６００ボルトを超えるピーク電圧とを持つ電気パルスを発生させるための限流インダクタと
を含むパルス発生回路；
Ｂ）第１のパルス圧縮を準備する第１のパルス圧縮回路と、第２のパルス圧縮を準備する第２のパルス圧縮回路とを定め、各々のパルス圧縮回路は、コンデンサ列と可飽和インダクタとを含み、前記第２のパルス圧縮回路は、６つ未満の巻数を持つ第２の可飽和インダクタを含むような、少なくとも２つのパルス圧縮回路；
Ｃ）複数の電気的に並列な１次巻線と、少なくとも１つの実質的に直線の導体からなる２次側とを含むような、該電気パルスの該ピーク電圧を少なくとも１２，０００ボルトに増加させるための昇圧パルス変成器；
Ｄ）前記充電用コンデンサを、少なくとも６００ボルトで、少なくとも３ジュールの電気エネルギを用いて、４００マイクロセカンド未満で充電するための、超高速調節された電源；
Ｅ）前記充電用コンデンサの該充電を、毎秒少なくとも２０００回の充電速度で、所定の電圧からの誤差が１パーセント未満となるように制御するためのプロセッサを含む超高速パルス制御システム；
Ｆ）前記第２のパルス圧縮回路の出力に電気的に接続され、漏れ阻止用可飽和インダクタを介して一対のレーザガス放電電極に対して電気的に接続された第１のピーキング・コンデンサ；及び
Ｇ）前記漏れ防止用可飽和インダクタ及び負荷インダクタを介して前記第２のパルス圧縮回路の出力に電気的に接続され、前記負荷インダクタを介して前記電極に対して電気的に接続された第２のピーキング・コンデンサ、
を含み、前記漏れ防止用可飽和インダクタと前記負荷インダクタとの組合せのインダクタンスは、前記第２のパルス圧縮回路の前記第２の可飽和インダクタのインダクタンスよりも十分に小さく、もって前記第２のパルス圧縮回路の出力から前記第１及び第２のピーキング・コンデンサの並列組合せへの移動時間に殆どもしくは全く影響を与えないことを特徴とするパルス電源。
【請求項２】
前記第２のパルス圧縮回路の前記可飽和インダクタは、３つ未満の巻数を持つ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】
前記第２のパルス圧縮回路は、１つのピーキング・コンデンサ列を持つ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】
前記第２のパルス圧縮回路は、各々の列がインダクタンスによって前記電極から分離されているような、２つの別々のコンデンサ列を持つ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】
前記インダクタンスは、１つの可飽和インダクタによって準備されることを特徴とする請求項４に記載のパルス電源。
【請求項６】
前記昇圧パルス変成器は、前記第１のパルス圧縮回路の一部であることを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項７】
前記少なくとも一つの実質的に直線の導体が、電気的に直列に接続された４本の真っ直ぐな棒からなる、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項８】
前記複数の１次巻線は、少なくとも２０の１次巻線であることを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項９】
前記調節された電源は、前記充電用コンデンサの電圧を目標とする制御電圧にブリード・ダウンするための、スイッチと抵抗器とを持つような、ブリード・ダウン回路を含むことを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項１０】
前記電源は、電気放電レーザの部品であり、且つ、各々のパルスがパルス・エネルギを定めるようなレーザ・パルスを発生させるために、前記レーザの電極間に放電を発生させるための電気パルスを供給することを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項１１】
前記レーザ・パルスのエネルギを監視するためのパルス・エネルギ・モニタを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のパルス電源。
【請求項１２】
前記充電用コンデンサの該充電を制御するための前記プロセッサは、少なくとも１つの以前のパルスのパルス・エネルギに基づいて、パルスの制御電圧を計算するアルゴリズムをプログラムされていることを特徴とする請求項１１に記載のパルス電源。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの以前のパルスは、パルスのバースト内の全てのパルスを含むことを特徴とする請求項１２に記載のパルス電源。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのパルスは、また、それ以前のバースト内のパルスを含むことを特徴とする請求項１３に記載のパルス電源。
【請求項１５】
前記少なくとも２つのパルス圧縮回路は、２つのパルス圧縮回路であり、且つ、前記第２のパルス圧縮回路の該コンデンサは、ピーキング・コンデンサであることを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項１６】
前記パルス発生回路、前記パルス圧縮回路、前記パルス変成器、及び、前記電源は、２つの電極を定める電気放電レーザ・システムの部品を持つモジュール内に組み立てられていることを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項１７】
前記レーザ・システムは、エキシマ・レーザ・システムであることを特徴とする請求項１６に記載のパルス電源。
【請求項１８】
前記エキシマ・レーザ・システムは、ＫｒＦレーザ・システムであることを特徴とする請求項１７に記載のパルス電源。
【請求項１９】
前記モジュールが、空冷されることを特徴とする請求項１８に記載のパルス電源。
【請求項２０】
前記可飽和インダクタは、少なくとも１つのシール継目を有するポット型容器に収容された、油面を規定する変圧器油に浸され、前記油面は、前記少なくとも１つのシール継目のいずれよりも下にあることを特徴とする請求項１９に記載のパルス電源。
【請求項２１】
前記エキシマ・レーザ・システムは、ＡｒＦレーザ・システムであることを特徴とする請求項１７に記載のパルス電源。
【請求項２２】
前記２つの電極の一方は、接地され、且つ、前記パルス電源システムは、前記２つの電極の他方に負の高電圧を準備することを特徴とする請求項１６に記載のパルス電源。
【請求項２３】
前記２つの電極の一方は、接地され、且つ、前記パルス電源システムは、前記２つの電極の他方に正の高電圧を準備することを特徴とする請求項１６に記載のパルス電源。
【請求項２４】
前記パルス発生回路は、負のパルスを発生するための第１のパルス発生回路であり、且つ、正のパルスを発生させるための第２のパルス発生回路を更に含み、前記第１のパルス発生回路と前記第２のパルス発生回路とは、該電気放電レーザの双極性作動を生み出すために、交番パルスを発生するように制御されていることを特徴とする請求項１６に記載のパルス電源。
【請求項２５】
少なくとも１つの前記可飽和インダクタは、少なくとも１つの磁束排除片を含むことを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【請求項２６】
前記コンデンサとインダクタとは、銅覆回路基板と、該コンデンサとインダクタとを該銅覆回路基板に接続するためのボルトとを用いて、電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のパルス電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１９９７年１２月１５日出願のシリアルナンバ第０８／９９０，８４８及び１９９８年６月１８日出願のシリアルナンバ第０９／１１８，７７３の一部継続である。本発明は、パルス電源システム、より明確には、電気放電レーザ用高パルス繰返数パルス電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なガス放電レーザにおいて、利得媒質は、電気放電により２つの細長い電極の間で循環ガスにされる。放電を開始するには、超高電圧が通常必要とされるが、一旦放電が開始されると、プラズマが作り出され、それが電極間の電気抵抗値をほぼ零に減少させ、ほぼ短絡回路と言えるものを効果的に作り出す。このことは、一旦放電が開始されると電流を制限するための方法を必要とする。これら２つの問題に対処する一般的方法は、電極に対して並列に「ピーキング」コンデンサ（Ｃｐ）を準備することである。ピーキング・コンデンサは、放電開始に必要な電圧で周期的に充電されるが、１パルスに十分な電気エネルギのみを充電される。高電圧によって作り出された、電極間のほぼ短絡した回路は、ピーキング・コンデンサのエネルギを消耗させ、パルスを終了させる。高パルス繰返数電気放電レーザ（即ち、毎秒１０００パルス）においては、ガス循環システムが電極間にガスの流れ（１，０００インチ／秒のような）を作り出し、それは、それぞれのパルスの結果としてもたらされる電極間のイオン化ガスを、次のパルスに先立って、新鮮なガスと急速に交換する。次のパルスは、前のパルスと同じように、ピーキング・コンデンサに、次の急速充電をすることによって発生される。従って、ピーキング・コンデンサに、毎秒１，０００回のような目標とするパルス繰返数での１パルスにとって十分な電圧と電気エネルギとを準備することが、パルス電源システムの仕事である。
【０００３】
従来技術のシステムにおいては、ピーキング・コンデンサは、充電用コンデンサＣｏを充電するための高電圧スイッチと、充電用コンデンサのエネルギをピーキング・コンデンサに移すための、サイラトロンのような高電圧スイッチとを用いる１２−２０キロボルト直流電源から充電される。別の従来技術パルス電源システムでは、ピーキング・コンデンサの必要とされる急速反復する高電圧で高エネルギの充電を提供するために、磁気パルス圧縮回路を使用する。実施例は米国特許第５，４４８，５８０号および第５，３１３，４８１号に開示されており、それらは本出願の参照文献として取り入れられている。これらの回路は通常、多段ＬＣ回路網を利用し、それは比較的長く、比較的低電圧のパルスを、必要とされる非常に短い高電圧パルスへと変換する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、１，０００Ｈｚの範囲内におけるパルス繰返数の状態でのエキシマ・レーザのような工業用ガス放電レーザ用の超高電圧短パルスを供給する、パルス電源システムを含む。これらのレーザは、所定の保守点検時の短い停止期間だけを除き、多くの週にわたって１日２４時間、信頼できる形で作動することが必要とされる。今日、２，０００Ｈｚから５，０００Ｈｚ、さらにそれ以上の範囲のパルス繰返数の下で作動できる、信頼性が増したパルス電源システムの必要性が存在する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、繰返数が最大４，０００Ｈｚ或いはそれ以上の、制御された高エネルギ電気パルスを供給する、高パルス繰返数パルス電源を提供する。電源は、充電用コンデンサ、半導体スイッチ、および限流インダクタを含むパルス発生回路を持つ。パルス発生回路中で発生されたパルスは、少なくとも２つのパルス圧縮回路において圧縮され、また、昇圧パルス変成器がピーク電圧を少なくとも１２，０００ボルトに増大させる。超高速に調節された電源が、充電用コンデンサを２００マイクロセカンド未満で充電するために準備され、また、プログラムされたプロセッサを持つパルス制御システムが、最大毎秒４０００以上の充電の繰返数において約１パーセント未満の精度で充電用コンデンサの充電を制御する。
【０００６】
ガス放電レーザ用の電気パルスを準備するのに役立つ本発明の好ましい実施形態は、最大４０００Ｈｚ或いはそれ以上のパルス繰返数において、パルス当たり最大５．５ジュールのパルスを与える。この実施形態においては、ピーキング・コンデンサは、電圧ゼロから約１６，０００ボルトの放電電圧まで、１００ナノセカンド未満で最大５．５ジュールまで充電される。これは、従来技術の設計よりも十分に早く、レーザ発振効率の面で顕著な改善をもたらす。より早いこの立ち上り時間は、２段のパルス圧縮と１：２３のパルス変成器とを、第１段および第２段の間に２次的「巻線」として４分割された真っ直ぐなステンレス鋼棒を用いて達成される。この好ましい実施形態においては、それぞれのパルスのパルス・エネルギは、フィードバック制御システムを用いて制御され、そこでは以前のパルスのエネルギが計測され、その計測結果は充電用コンデンサに対する制御電圧を決定するために使用される。この充電用コンデンサはそれから、調節電源を用いて制御電圧まで充電される。極めて急速な精密充電が与えられ、充電用コンデンサは、約３ボルト／マイクロセカンドの割合で制御電圧を数ボルト超過するところまで充電され、次いで分岐回路を通って制御電圧の示す値にブリード・ダウンされる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１の好ましい実施形態）
工業用狭帯域ＫｒＦエキシマ・レーザ用パルス電源システムである、本発明の第１の好ましい実施形態は、ブロック図の形で図１に示される。この好ましい実施形態の簡略化された組合せブロックおよび回路図が図２に示される。図は、２０８ボルト、３相の標準的発電所交番電流を、エキシマ・レーザにおけるピーキング・コンデンサ上の、パルス繰返数が２，０００Ｈｚ、或いはそれ以上における０．５ジュールから６ジュール、１２キロボルトから２２キロボルトの電気パルスへと変換するために、出願者によって作成され、且つ、試験された好ましい実施形態を示す。最初に、システムについて以下に説明され、システムの個々のモジュールおよび部品の幾つかの重要な細目に関する幾つかのより詳細な説明が続く。
【０００８】
（システムの説明）
この好ましい実施形態は、図１および図２に示されるように４つの別々のモジュールとして製造されており、それらの各々はエキシマ・レーザ・システムの重要部品となり、また、各々は、部品故障の場合や通常の予防的保守点検プログラム中に素早く交換できる。これらのモジュールは、出願者によって、高電圧電源モジュール２０、整流子モジュール４０、圧縮ヘッド・モジュール６０、およびレーザ室モジュール８０と呼ぶものとする。
【０００９】
（高電圧電源モジュール）
高電圧電源モジュール２０は、電源１０からの２０８ボルト、３相の発電所電力を直流３００ボルトに変換する、３００ボルト用整流器２２を含む。インバータ２４は、整流器２２の出力を、１００ｋＨｚから２００ｋＨｚの範囲内の、高周波３００ボルトのパルスへと変換する。
インバータ２４の周波数とオン周期とは、システムの最終の出力パルス・エネルギのコース調節を準備するために、ＨＶ電源制御盤２１によって制御される。インバータ２４の出力は、昇圧変圧器２６において約１２００ボルトに昇圧される。変圧器２６の出力は、標準ブリッジ整流回路３０と濾過コンデンサ３２とを含む整流器２８によって直流１２００ボルトに変換される。回路３０からの直流電気エネルギは、図１に示されるように、インバータ２４の作動を制御するＨＶ電源制御盤２１に指令されて、整流子モジュール４０の８．１μＦＣｏ充電用コンデンサ４２を充電する。ＨＶ電源制御盤２１内の設定点は、レーザ・システム制御盤１００によって設定される。
【００１０】
図１に示されるこの実施形態において、レーザ・システム用のパルスエネルギ制御が、電源モジュール２０によってもたらされることに注目すべきである。整流子４０における電気回路と圧縮ヘッド６０とは、単に、電源モジュール２０によって充電用コンデンサ４２に蓄積された電気エネルギを増幅し、圧縮する役目を果たす。この制御の例として、図１は、充電サイクルの間は半導体スイッチ４６によって下流の回路から分離されている充電用コンデンサ４２に対して、７００ボルトを与えるように制御盤１００が電源を制御したことを示す。
【００１１】
（整流子モジュール）
整流子モジュール４０は、この実施形態においては、全体静電容量８．１μＦをもたらすために並列に接続されたコンデンサ列である、Ｃｏ充電用コンデンサ４２を含む。電圧分割器４４は、フィードバック電圧信号をＨＶ電源制御盤２１に与えるが、その信号は、制御盤２１により、コンデンサ４２の充電をある電圧（「制御電圧」と呼ばれる）に制限するために使用され、その電圧がパルスに形成され、整流子４０と圧縮ヘッド６０とで圧縮され、且つ増幅された時、目標とする放電電圧をピーキング・コンデンサ８２に対して、および電極８３と８４との間に作り出す。
【００１２】
（パルス繰返数が毎秒２，０００パルスにおいて、３ジュール、１４，０００ボルトの範囲にある電気パルスを提供するように設計された）この実施形態においては、充電用コンデンサ４２を７００ボルトに充電するために、電源２０にとって約２５０マイクロセカンド（図６Ａに示されるように）が必要とされる。従って、整流子制御盤４１からの信号が半導体スイッチ４４−４６を閉じ、それによって、充電用コンデンサに蓄積された３ジュールの電気エネルギを、電極８３と８４との間の１４，０００ボルト放電へと変換する超高速段階を開始する時、充電用コンデンサ４２は、目標とする電圧で十分に充電され、安定である。この実施形態において、半導体スイッチ４６はＩＧＢＴスイッチであるが、ＳＣＲ、ＧＴＯ、及びＭＣＴなどのような、他のスイッチ技術も使用される。６００ｎＨ充電用インダクタ４８は、半導体スイッチ４６に直列であり、Ｃｏ充電用コンデンサ４２を放電させるためにスイッチ４６が閉じている間、それを通る電流を一時的に制限する。
【００１３】
（パルス発生段階）
パルス発生５０の第１段階用として、このように充電用コンデンサ４２の電荷は、図６Ｂに示されるように、Ｃ1８．５μＦコンデンサ５２に約５マイクロセカンドで切り替えられる。
【００１４】
（圧縮の第１段階）
可飽和インダクタ５４は、コンデンサ５２の電圧を阻止し、次いで飽和された状態となり、圧縮６１の第１段階のために、図６Ｃに示されるように、コンデンサ５２から１：２３昇圧パルス変成器５６を通ってＣp-Iコンデンサ６２への電荷の転送を、転送時間約５５０ナノセカンドでできるようにする。
パルス変成器５６の設計は以下に説明される。性能について言えば、該変成器は極めて効率的なパルス変成器であり、７００ボルト、１７，５００アンペア、５５０ナノセカンドのパルス繰返数を１６，１００ボルト、７６０アンペア、５５０ナノセカンドのパルスに変成し、それは極めて一時的に、圧縮ヘッド・モジュール６０のＣp-Iコンデンサ列６２に蓄積される。
【００１５】
（圧縮ヘッド・モジュール）
圧縮ヘッド・モジュール６０は更に、パルス幅を圧縮する。
【００１６】
（圧縮の第２段階）
ＬP-I可飽和インダクタ６４（約１２５ｎＨの飽和インダクタンスを持つ）は、１６．５ｎＦＣP-Iコンデンサ列６２の電圧をほぼ５５０ナノセカンドの間阻止し、次いで、ＣP-Iの電荷が、レーザ室８０の頂部に設置され、且つ、電極８３と８４とに対して並列に電気的に接続された１６．５ｎＦＣｐピーキング・コンデンサ８２に流れる（約１００ナノセカンドで）ことを可能にする。Ｃｐピーキング・コンデンサ８２を充電するために、５５０ナノセカンド長のパルスを１００ナノセカンド長のパルスに変成することは、図１において６５で示すように、圧縮の第２段階と最終段階とを形成する。
【００１７】
（レーザ室モジュール）
レーザ室モジュール８０の頂部に設置され、且つレーザ室モジュールの部品であるピーキング・コンデンサ８２に、電荷が流れ始めて約１００ナノセカンドの後、ピーキング・コンデンサ８２の電圧は約１４，０００ボルトに達し、電極間の放電が始まる。放電は約５０ナノセカンド続き、その間にエキシマ・レーザの共振室内でレーザ発振が起きる。共振室は、本実施例においては、３−プリズムのビーム拡大器、同調ミラー、エシェル格子、および、この実施例においては、１０パーセントＲミラーを持つ出力カプラ８８を含むような、伝送路を狭くするパッケージ８６によって範囲を定められる。このレーザ用のレーザ・パルスは、約１０ミリジュールの、狭帯域２０ナノセカンド及び２４８ナノメートルのパルスで、繰返数が毎秒２０００パルスである。このパルスはレーザ光線９０を規定し、その光線のパルスはフォトダイオード９２によって監視される。
【００１８】
（パルス・エネルギの制御）
フォトダイオード９２からの信号は、制御盤１００のプロセッサ１０２に伝達され、プロセッサはこのエネルギ信号と、好ましくは他の過去のパルス・エネルギ・データとを使用し、次の、及び／又は、将来のパルス用の指示電圧を設定する。レーザが一連の短いバースト（約０．１秒のむだ時間によって隔てられる、２０００Ｈｚにおける１００パルス、０．５秒のバーストのような）で作動するような好ましい実施形態においては、制御盤１００のプロセッサ１０２は、特別なアルゴリズムによってプログラムされるが、それは、パルスからパルスへのエネルギ変動を最小にし、またバーストからバーストへのエネルギ変動も最小にする目的で、次に続くパルス用の制御電圧を選択するため、そのバースト中にある全ての以前のパルスのエネルギ信号、及び他の過去のパルス特性データと共に、最も最近のパルス・エネルギ信号を使用する。この計算は、このアルゴリズムを用いて約３５マイクロセカンドの間に、制御盤１００のプロセッサ１０２によって実行される。レーザ・パルスは、図６Ｃにおいて示されるＩＧＢＴスイッチ４６のＴｏ点火後、約５マイクロセカンドで発生し、約２０マイクロセカンドはレーザ・パルス・エネルギのデータを集めるのに必要とされる。（スイッチ４６の点火開始はＴｏと呼ばれる。）従って、新しい制御電圧値は、前のパルス（２，０００Ｈｚにおいては点火周期は５００マイクロセカンド）のためのＩＧＢＴスイッチ４６の点火後、約７０マイクロセカンドで準備が整う（図６Ａに示すように）。このアルゴリズムの特徴は、非常に詳細に米国特許申請通し番号第０９／０３４，８７０において説明されており、それは本出願において参照されている。
【００１９】
（エネルギの回収）
この好ましい実施形態は、充電用コンデンサ４２にある前のパルスからの過剰なエネルギを回収する電子回路を準備し、それは十分に浪費エネルギを減少させ、レーザ室８０の、後に続くリンギングを事実上除去する。
これは、エネルギ回収インダクタ５８とエネルギ回収ダイオード５９とが、Ｃｏ充電用コンデンサ４２を横切って並列に接続された直列組合せから成る、エネルギ回収回路５７によって達成される。パルス電源システムのインピーダンスが、室のそれに正確には合致していないという理由で、また、室のインピーダンスがパルス放電の間に数桁変動するという事実に基づいて、負の方向に進行する「反射」が主パルスから発生され、それはパルス発生システムの前端に向かって伝播して戻る。圧縮ヘッド６０と整流子４０とを通って過剰なエネルギが伝播して戻った後、コントローラによるトリガ信号の除去により、スイッチ４６が開く。エネルギ回収回路５７は、ダイオード５９によるインダクタ５８の電流反転に対して押さえられている無共振の回転（充電用コンデンサ４２とエネルギ回収回路５８とで作られたＬ−Ｃ回路のリンギングの半サイクル）を通して充電用コンデンサ４２に負の電圧を発生させた、反射の極性を反転させる。結果的に、室８０からの実質的に全ての反射エネルギが、それぞれのパルスから回収され、次のパルスに利用できるよう準備された正の電荷として充電用コンデンサ４２に蓄積される。図６は、コンデンサＣｏ、Ｃ1、ＣP-1、およびＣｐの電荷を示している時間線チャートである。チャートは、Ｃｏへのエネルギ回収の過程を示す。
【００２０】
（磁気スイッチのバイアスかけ）
可飽和インダクタにおいて使用される磁気材料の全Ｂ−Ｈ曲線の振れを完全に利用する目的で、スイッチ４６を閉じることによってパルスが開始される時にそれぞれのインダクタが逆飽和されるよう、直流バイアス電流が与えられる。
整流子可飽和インダクタ４８および５４の場合において、このことは、インダクタを通る逆方向（正常なパルス電流の流れに対して）の約１５アンペアのバイアス電流の流れを与えることによって達成される。このバイアス電流は、バイアス電流源１２０によって、分離インダクタＬｂ１を介して与えられる。実際の電流の流れは、矢印Ｂ１によって示されるように、電源から整流子の接地、パルス変成器の一次巻線、可飽和インダクタ５４、可飽和インダクタ４８、そして分離インダクタＬｂ１を通ってバイアス電流源１２０に戻る。
【００２１】
圧縮ヘッドの可飽和インダクタの場合においては、約５アンペアのバイアス電流Ｂ２は、第２のバイアス電流源１２６から、分離インダクタＬｂ２を通して与えられる。圧縮ヘッドにおいては、電流は分かれて、一部Ｂ２−１が可飽和インダクタＬｐ−１６４を通って進み、分離インダクタＬｂ３を通って第２のバイアス電流源１２６に戻る。残りの電流Ｂ２−２は、圧縮ヘッド６０と整流子４０とを接続しているＨＶケーブルを通り、パルス変成器の２次巻線を通って接地へと、そしてバイアスをかけている抵抗器を通って第２のバイアス電流源１２６へと戻る。この第２の、より小さな電流は、パルス変成器をバイアスするのに使用され、その結果、パルス変圧器もまた、パルスがかけられた作動用にリセットされる。２つの脚に分かれて入る電流の量は、それぞれの経路中の抵抗値によって決定され、それぞれの経路が正しいバイアス電流量を受け取るように意図して調節される。
【００２２】
（電流の流れの方向）
この実施形態においては、発電所電源１０から電極へ、そして電極８４を超えて接地へと、システムを通るパルス・エネルギの流れは、「順方向流」と呼ばれ、また、この方向を順方向と呼ぶ。可飽和インダクタのような電気部品が順方向に導通されているという場合、「パルス・エネルギ」をレーザ室の電極に向けて導通させるための飽和へとバイアスされているという意味である。それが逆に導通されている場合、エネルギを充電用コンデンサに向けて電極から離れる方向に導通させるための飽和へとバイアスされる。システムを通る電流の流れ（もしくは電子の流れ）の実際の方向は、システムの中のどこから見るかに依存する。電流の方向が存在すると混乱する可能性があるので、上述のようにそれを除去したのである。
【００２３】
この好ましい実施形態においては、スイッチ４６が閉じられた場合に、電流がコンデンサ４２から、インダクタ４８を通ってＣ1コンデンサ５２（これは電子が実際には反対の方向に流れていることを意味する）に向かう方向で流れるように、Ｃｏは、（例えば）正の７００ボルトで充電される。同じように電流の流れは、Ｃ1コンデンサ５２から、パルス変成器５６の１次側を通って接地へ向かう。従って、電流とパルス・エネルギとの方向は、充電用コンデンサ４２からパルス変成器５６に向かう同じ方向である。以下に「パルス変成器」と題した節で説明されるように、パルス変成器５６の１次ループと２次ループとの両方における電流の流れは、両方とも接地に向けてである。結果的に、放電の間のパルス変成器５６と電極との間の電流の流れは、電極から離れて、変成器５６に向かう方向である。従って、放電の間の電子の流れの方向は、接地からパルス変成器５６の２次巻線を通って一時的にＣP-1コンデンサ６２に行き、インダクタ６４を通って一時的にＣｐコンデンサ８２に行き、インダクタ８１を通り、放電プラズマを介して電極８４（これは放電用カソードである）を通り、そして電極８３を通って接地へ戻る。従って電子は、パルス変成器５６の間で、放電の間、パルス・エネルギと同じ方向に流れる。
放電の後直ちに、電流と電子との流れは上で説明したように逆にされ、また、この実施形態においては、その逆の電流の流れを処理するために、エネルギ回収と題した節において、上述のような特別の準備がなされてきた。
【００２４】
（電源の詳細な説明）
好ましい実施形態の電源部分のより詳細な回路図が図３に示される。図３に示されるように、整流器２２は、＋１５０ボルトから−１５０ボルトの直流出力を持つ、６パルス位相制御整流器である。インバータ２４は、実際には３つのインバータ、２４Ａ、２４Ｂ、および２４Ｃである。インバータ２４Ｂと２４Ｃとは、８μＦＣｏ充電用コンデンサ４２の電圧が指示電圧より５０ボルト少ない場合には「切」にされ、また、インバータ２４Ａは、Ｃｏ４２の電圧が指示電圧よりも若干超過した場合に「切」にされる。この手順は充電の終り近くの、充電速度を減少させる。昇圧変圧器２６Ａ、２６Ｂ、および２６Ｃは、それぞれ７ｋｗの定格であり、電圧を交流１２００ボルトに変圧する。
【００２５】
３つのブリッジ整流回路３０Ａ、３０Ｂ、および３０Ｃが示される。ＨＶ電源制御盤２１は、１２ビットのデジタル指示をアナログ信号に変換し、それをＣｏ電圧モニタ４４からのフィードバック信号４５と比較する。フィードバック電圧が指示電圧を超える場合、インバータ２４Ａが上述のように「切」となり、Ｑ２スイッチ３４は、電源内に蓄積されていたエネルギを放散するために閉じ、Ｑ３分離スイッチ３６は、いかなる追加のエネルギをも電源から出て行くのを防止するために開き、そして、Ｑ１ブリード・スイッチ３８は、Ｃｏの電圧が指示電圧と等しくなるまでＣｏ４２の電圧をブリード・ダウンするために閉じる。そして、その時点でＱ１は開く。
【００２６】
（整流子と圧縮ヘッドとの詳細な説明）
整流子４０と圧縮ヘッド６０との主要部品が図１および図２に示され、また、システムの作動に関連して上述された。この節において、整流子の構成の詳細に関して説明される。
【００２７】
（半導体(Solid State)スイッチ）
半導体(Solid State)スイッチ４６は、米国ペンシルペニア州Ｙｏｕｎｇｗｏｏｄに事務所を持つＰｏｗｅｒｅｘ、Ｉｎｃによって提供されるＰ／Ｎ  ＣＭ  １０００  ＨＡ−２８Ｈ  ＩＧＢＴスイッチである。
【００２８】
（インダクタ）
インダクタ４８，５４、および６４は、米国特許第５，４４８，５８０号、および第５，３１５，６１１号に記載されるものに類似の可飽和インダクタである。可飽和インダクタ６４の上面および断面図がそれぞれ図８Ａおよび図８Ｂに示される。しかしながら、この実施形態のインダクタにおいては、図８Ｂに示されるように、インダクタの漏れ磁束を減少させる目的で、磁束排除金属片３０１，３０２、３０３、および３０４が追加される。これら磁束遮断片は、システムにおけるインダクタの性能を形成するパルスを著しく改良する。電流は、インダクタ組立体中の垂直な導体ロッドを通って、磁気コア３０７の周囲に４つのループを作る。電流は３０５から入り、中央にある「１」と名付けられた大きい直径の導体を移動して下り、同じように「１」と名付けられた、周囲にある６つの小さい直径の導体を上がる。他のループは、同様に番号が付けられ、３０６で出る。磁束排除金属自身によって形成されたひとつの追加の等しいターンがあり、５つのターン・インダクタに第３のターンがある。これは、磁束排除金属コンポーネントの電圧の平均が、磁束排除金属片と、他のターンの金属ロッドとの間に間隔を隔て安全性を低下させることができ、全ての電圧の半分で保持されることを有する。
【００２９】
（コンデンサ）
コンデンサ列４２、５２、および６２は、全て並列に接続された規格品のコンデンサ列から成る。これらのコンデンサは、米国ジョージア州SmyrnaにオフィスがあるＭｕｒａｔａのような供給者から入手できる。出願者が推奨するコンデンサとインダクタとを接続する方法は、米国特許第５，４４８，５８０号に記載されるものに類似の方法で、厚くニッケル被覆された銅のリードを持つ特製の回路基板上の正負の端子に、それらをボルト締結することである。
【００３０】
（パルス変成器）
パルス変成器５６は同様に、米国特許第５，４４８，５８０号および第５，３１３，４８１号に記載されるパルス変成器に類似である；しかしながら、本実施形態のパルス変成器は、２次巻線の１巻きのみと、１次巻線の１巻きの１／２３に相当する２３個のインダクション・ユニットとを持つ。図４にパルス変成器５６の図が示される。２３個のインダクション・ユニットのそれぞれは、２つのフランジ（それぞれはねじ切りされたボルト穴を持つ平坦な縁部を持つ）を持つアルミニウムのスプール５６Ａを含み、フランジは、図４の底縁部に沿って示されるように、回路基板５６Ｂ上の正負の端子に対してボルトで取り付けられる。絶縁物５６Ｃは、それぞれのスプールにある正の端子を、隣接するスプールの負の端子から分離する。スプールのフランジ間に、長さ１と１／１６インチ、外径０．８７５インチ、壁厚約１／３２インチの中空シリンダがある。スプールは幅１インチ、厚み０．７ｍｉｌのＭｅｔｇｌａｓTM ２６０５  Ｓ３Ａと厚み０．１ｍｉｌのマイラー・フィルムとで、絶縁されたＭｅｔｇｌａｓTMの巻厚さが２．２４インチになるまで巻かれる。図５に、１つの１次巻線を形成している１つの巻きスプールの完成予定図が示される。
【００３１】
変成器の２次側は、きつく装着された電気ガラスの絶縁チューブ内に取り付けられた単一外径のステンレス鋼のロッドである。図４に示されるように、巻線は４つの部分に分かれている。図４中で５６Ｄとして示されるステンレス鋼の２次側は、５６Ｅにおいて回路基板５６Ｂ上の接地リードに接地され、また、高電圧端子は、５６Ｆで示されている。上に示されたように、インダクション・ユニットの＋端子と−端子との間の７００ボルトのパルスは、２次側の端子５６Ｆにおいて負の１６，１００ボルトのパルスを発生することになる。この１回巻きの２次巻線設計は、極めて早い出力の立ち上がり時間を可能にする非常に低い漏れインダクタンスをもたらす。
【００３２】
（レーザ室電気部品の詳細）
Ｃｐコンデンサ８２は、室加圧槽の頂部に装着された２８個の０．５９ｎｆコンデンサ列から成る。（通常、ＫｒＦレーザは、１．０％のクリプトン、０．１％のフッ素、および残りはネオンで作られるレーザ発振ガスで作動させられる。）電極はそれぞれ、約２８インチ長の硬い真鍮棒で、それらは約０．５から１．０インチ離される。この実施形態においては、図１に示されるように、頂部電極は陰極であり、底部電極は接地に接続される。
【００３３】
（別の実施形態）
（逆極性化）
上述のシステムにおいては、Ｃｏは、正の電圧で充電され、電子の流れはレーザ室の接地電極に入る。約７００ボルトの負の充電電圧でＣｏを充電することで回路を簡単に逆にすることができ、また、電子の流れは接地電極から高電圧電極へとなる。同様に電極の隙間全体に亘る電子の逆流は、２次巻線（即ち４つの部分のステンレス鋼チューブ）の極性を変えることによって達成できる。
【００３４】
（双極性作動）
図７は、レーザの双極性作動ができるようにする修正例を示す。この場合は、一方が＋１２００ボルト、他方が−１２００ボルトを供給する２つの電源が準備される。加えて、スイッチ４６が重複され、その結果４６Ａと４６Ｂとがある。４６Ａが閉じられた場合、システムの極性は、上記で詳述されたのと同様である。しかしながら、４６Ａが開き、また、４６Ｂが閉じた場合、結果としてパルスはいたるところで逆極性となり、放電隙間全体にわたる電子の流れは、接地電極から高電圧電極（この場合＋１４，０００ボルト）へとなる。この場合においては、エネルギ回収回路５７は必要でない。代わりに（例えば）ＣｏAがＴｏにおいて＋７００ボルトに充電され、４６Ａが閉じてＣｏAがインダクタ４８を通して放電できるようにし、次いで４６Ａは開き、そして４６Ｂが閉じて反射されたエネルギがＣｏBに回収されるようにし、エネルギ回収後に４６Ｂが開く。次いでＣｏBは−７００ボルトに充電され、また、次のＴｏにおいて４６Ｂが閉じてＣｏBが回路を通して放電できるようにする。結果は、交番する放電方向である。この実施形態は、より均一な電極の消耗をもたらすために準備される。
【００３５】
（圧縮ヘッド装着）
本発明のこの好ましい実施形態は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示される圧縮ヘッド装着技術を含む。図１０はレーザ・システムの側部断面図であり、電極８３および８４に関連して圧縮器リード・モジュールの配置を示している。この技術は、圧縮ヘッド室接続に付随したインピーダンスを最小にするために設計されたが、同時に圧縮ヘッドの素早い交換を容易にする。図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、接地の接続は、図１０Ａにおける８１Ａ、および図１０Ｂにおける８１Ｂで示される圧縮ヘッドの背部に沿った、およそ２８インチ長のスロット・タブ接続によってなされる。スロットの頂部は可撓性のあるフィンガ・ストックが取り付けられる。好ましいフィンガ・ストックの材料は、（トレードマーク）Ｍｕｌｔｉｌａｍ（登録商標）の下で販売されている。
【００３６】
高電圧接続は、可飽和インダクタ６４の直径６インチの円滑な底部と可撓性のフィンガ・ストックの接合アレーとの間で、図１０Ａの８９においてなされる。上述したように、好ましいフィンガ・ストックの材料は、Ｍｕｌｔｉｌａｍ（登録商標）である。この配置は、修理もしくは予防的保守点検のために、約５分で圧縮ヘッド・モジュールの交換ができるようにする。
【００３７】
過飽和インダクタのためのポット及びパン・ハウジング
従来技術の電源装置では、電気的コンポーネントからのオイル漏れが問題であった。この好ましい実施形態では、オイル遮蔽コンポーネントが過飽和インダクタに対して制限している。更に、図８Ｂに示したような過飽和インダクタは、全てのシール接合がオイル漏れの可能性を実質的に取り除くために、オイルレベルの上に配置されたポットタイプオイル包含ハウジングに格納される。例えば、インダクタ６４の最も低いシールを、図８Ｂの３０８に示す。
【００３８】
（共振充電）
本発明の別の好ましい実施形態においては、図１および図２に示される、２つの整流器と１つのインバータおよび変成器とを利用する、第１の好ましい実施形態で説明された電源モジュールが、共振充電ユニットと規格品の電源とによって置き換えられる。この後者のアプローチは、充電用コンデンサのより一層早い充電を実現する。
【００３９】
この好ましい実施形態を示す電気回路は、図９に示される。この場合においては、入力が交流４８０ボルト／４０アンペア、出力が直流１２００ボルト  ５０アンペアを持つ標準的直流電源２００が使用される。かかる電源は、Ｅｌｇａｒ／Ｓｏｒｅｎｓｅｎ、Ｍａｘｗｅｌｌ、Ｋａｉｓｅｒ、および、ＥＭＩ／Ａｌｅのような供給業者から入手できる。この電源は、３２５μＦコンデンサ２０２を、指示された電圧レベル２２２になるように、制御盤２０４によって連続的に変える。制御盤２０２は同様に、ＩＧＢＴスイッチ２０６を指示により閉じ、そして開かせ、コンデンサ２０２からコンデンサ４２へとエネルギを移動させる。インダクタ２０８は、コンデンサ２０２と４２との等価直列静電容量に関連して、転送時間定数を設定する。制御盤２０２は、コンデンサ４２の電圧に比例する電圧フィードバック２１２と、インダクタ２０８を通って流れる電流に比例する電圧フィードバック２１４とを受け取る。これら２つのフィードバック信号から、制御盤２０２は、その瞬間にＩＧＢＴスイッチ２０６が開いた場合のコンデンサ４２の最終電圧を、実時間で計算することができる。従って、制御盤２０４に供給された指示電圧２１０を用いて、指示された要求充電電圧２１０と比較するために、コンデンサ４２とインダクタ２０８との内部に蓄積されたエネルギの正確な計算を行うことができる。この計算から、制御盤２０４は、ＩＧＢＴスイッチ２０６を開にするべく、充電サイクル内の正確な時間を決定することになる。
【００４０】
ＩＧＢＴスイッチ２０６が開いた後、インダクタ２０８の磁場中に蓄積されたエネルギは、ダイオード経路２１６を通ってコンデンサ４２に移動することになる。実時間で行うエネルギ計算の精度でもって、コンデンサ４２の最終電圧上に存在するであろう変動ディザの量を決定することになる。このシステムの極端な充電速度のために、あまりにも多くのディザが存在し、システムの変動率要求±０．０５％を満足しないかもしれない。従って、電圧変動率を更に改善する目的で、ブリード・ダウン回路を使用するとよい。
ブリード・ダウン回路２１６は、インダクタ２０８中を流れている電流が停止した時、制御盤２０４によって、閉じるように指示されることになる。コンデンサ４２と抵抗器２２０との時間定数は、コンデンサ４２を指示電圧２１０へとブリード・ダウンするのには十分に早いので、全体充電サイクルがかなりの量になることはない。
【００４１】
（より早い立ち上り時間）
多くのエキシマ・レーザについて取られた最近の試験データから、レーザ室に加えられた、より早い立ち上り時間の電圧パルスは、全体的なレーザ効率、エネルギ安定性などを含む幾つかの領域で、顕著な利点を持つ可能性があるようにみえる。より早い立ち上り時間の利点は、現行のＫｒＦレーザよりも次世代（ＡｒＦおよびＦ2）レーザにとってより一層強いようである。
この一つの理由は、室放電特性に結びついている。狭い帯域幅などの適用要求事項をサポートするために必要とされる通常の圧力や混合の状態では、室の絶縁破壊は、パルス化された電源モジュール内の最終段から室のピーク静電容量へ、エネルギを完全に移動させる前に起きる可能性がある。この場合に、より早い立ち上り時間の出力パルスは、室の放電が開始される前に、より一層効率的な室のピーク静電容量へのエネルギの移動を可能にする。
従来的には、磁気変調器からのより早い立ち上り時間には、パルス圧縮時に、単により多くの段を必要としたが、なぜなら、初期パルスは通常、主なスイッチ部品によって制限されるからである。この特別な方法の利点は、（減少する効率、増大するコストなどの付加的な複雑な問題を持つ）追加のパルス圧縮段階を必要としないことである。
この場合に、より早い出力立ち上り時間は、再設計された出力段階と共に、より早期の圧縮段階のハードウエアの改良によってもたらされた。
【００４２】
パルス電源システムのより早い立ち上り時間を達成するため、この特定な例の出力リアクトルは、トロイダル形状のインダクタにおいて、より少ない巻回数を使用するように再設計された。変更された磁気スイッチ中に別の０．５インチ厚のコアを含むことによって追加のコア材料が入った。飽和インダクタンスはスイッチ中の巻回数の２乗で作動するので、巻回数を５から２に減少させることは全体のインダクタンスを減少させることにおいて（スイッチ寸法の高さが増すという事実にもかかわらず）重大なインパクトを持つ。この方法の欠点は、不飽和インダクタンスもまた巻回数の減少によって減少するので、磁気スイッチ上の電圧が増している間は、追加の漏れ電圧がレーザ室に加えられることになることである。もしこれが望ましくないならば、この漏れ電圧の影響を減少させるための別の方法が利用可能である。
【００４３】
スイッチの電圧と秒との積は同様に、巻回数に比例するので、設計にとって必要とされる同一の電圧と秒との積を保つためには、追加の材料が必要である。都合が悪いことに、コア損失がまた磁気材料の容積に比例する。結果として、材料の初期コストと同様に、効率にとってもコア材料を最小にすることが望ましい。上述したように、１つの追加コアが、前からある３つのコアに加えられ、それぞれのコアは、その断面積を増加させるために再設計されてきた。しかしながら、これらの修正例は未だもって、巻回数減少に起因する電圧と秒との積の減少の完全な説明となってはいない。この問題に対する１つの解決方法は、より早い立ち上り時間が実現されるように、前段階の立ち上り時間を改善することである。これは、結局、必要とされる電圧と秒との積を減少させ、また、出力段スイッチ用のコア材料に対する要求事項を減少させることになる。
【００４４】
前段階出力立ち上り時間は、いろいろな方法の組合せで減少させることができる。現存している回路のインダクタンスの大体１／２は、以前の磁気スイッチの飽和インダクタンスに結び付けられている。結果として、以前のスイッチはまた、このパラメータを減少させるため、再設計できる。これは、出力段スイッチに対してとられたのと類似の方法で行うことができる（巻回数を減少させることによって）。しかしながらこの場合に、現存の設計は１巻きだけを用いるということがある。結果として、唯一の選択肢は、コアの磁気経路の長さを増大させることによって、飽和インダクタンスを変更することである（何故ならば、飽和インダクタンスはこのパラメータに逆比例するからである）。回路のインダクタンスを減少させるための別の方法は、2つのＳＳＰＰＭモジュールの間のケーブル接続長を減少させることと、他の様々な浮遊インダクタンスを減少させることとを含む（例えば、浮遊インダクタンスはそれぞれのコンデンサの並列インダクタンスなので、それぞれのエネルギ蓄積段に結びついた個々のコンデンサの数を増大させる）。初期パルス発生段もまた、「開始」スイッチがピーク電流レベルとｄＩ／ｄｔレベルとの増大に対応できる限り、より早くすることができる。
【００４５】
（減少した漏れ電流）
上述したように、磁気パルス圧縮回路に関する潜在的問題点は、現時点より１つ前の圧縮段が充電している時に生じる、出力段からの漏れ電流である。この漏れ電流は、主電圧パルスを加える前に、レーザ電極間の電圧の上昇を導く可能性がある。もしこの予備パルス電圧の上昇が高すぎると、放電レーザ性能に悪影響を及ぼしかねない。
予備パルス電圧上昇の悪影響の1例は、レーザ・ガスの予備イオン化用に使用されるコロナ・チューブの早過ぎる「消光」である。コロナ・チューブの予備イオン化は、絶縁している表面近くのレーザ・ガス中にコロナを発生させるために、絶縁している表面全体にわたる高電界を使用する。このコロナは、短波長のＵＶ放射を作り出し、それは、結局、レーザ電極間の容積中のレーザ・ガスをイオン化する。磁気圧縮回路の出力段からの漏れ電流によって引き起こされた予備パルス電圧上昇が余りにも高すぎると、ついでコロナが、主電圧パルス以前にあまりにも早く作り出されることになり、主放電以前に多くのイオン化が失われてしまうことになる。
【００４６】
以下に説明する修正例は、この漏れ電流によって引き起こされる予備パルス電圧上昇を実質的に除去するための、簡単で効率的な方法を準備する。この修正例は、前に説明した磁気パルス圧縮回路に対して加えられた追加の圧縮段から成る。この追加の段階は、それ自身では圧縮機能も持たず、しかし、前の段階からの漏れ電流がレーザに届かないようにする機能を単に遂行するように作られる。
図１に示される磁気パルス圧縮回路においては、レーザのピーク静電容量とヘッド・インダクタンスとは、ＣｐとＬｐとで表される。圧縮回路の最終段の静電容量と飽和インダクタンスとは、Ｃｐ−１およびＬｐ−１によって表される。最終段に先立つ段はどれも、Ｃ１およびＬ１によって表される。
Ｌｐ−１を通る漏れとＣｐ−１が充電をしていることとが、Ｃｐ上の電圧と、また従ってレーザ電極間の電圧との上昇を引き起こす。この漏れ電流を軽減するための一般的方法は、Ｃｐ−１とＣｐとの間にもう１段設けることである。
【００４７】
漏れ電流を阻止する単一目的だけで追加の段を使用することの欠点は、追加の費用と寸法とであり、また、最も重大なのはエネルギの損失である。この段は、主パルスの全エネルギが阻止用コンデンサに蓄積されたとき、それを処理するために、電圧の阻止が可能であるように設計されなければならない。阻止用飽和性コンデンサの電圧と秒との積はまた、Ｃｐ−１から阻止用コンデンサへの完全な移動が起きるまで阻止するのに十分な大きさでなくてはならない。これらの要求事項を取扱うことができる設計を作り出すことは不可能ではないが、しかし、非常に多くの高価な部品（例えば、高電圧コンデンサ、高速飽和性磁気材料、および高絶縁耐力絶縁物）を使用しなければならない。
この阻止段に結びついたエネルギ損失は、かなりのものであり得る。この段階は、最終出力段の通常５０−１５０ナノセカンドの充電時間において作動しなければならないので、高電圧コンデンサにおける消耗に基づく損失とインダクタの磁気材料における飽和損失とは、全体の主パルス・エネルギの１０−２０％の大きさになり得る。この損失を補償するために、圧縮回路中に送られるエネルギの量を増大させることは可能であろうが、しかしその場合、それぞれの段階は、この追加の蓄積エネルギを受け入れるために、余分な飽和性材料を用いて再設計されなければならない。
【００４８】
この阻止段に科せられた熱負荷がまた、問題となりうる。最終段は早い立ち上り時間を持っていなければならないので、浮遊インダクタンスは最小限度に保たれなければならない。低い浮遊インダクタンスを達成するためには、部品は互いに近接して保たれることが必要である。そのような設計基準は、多くの効率的な熱移動メカニズムの要求事項に反することである。絶縁油のような冷却流体を用いることが、熱を抜き取る上での助けとなることはできる。しかし、近代的な集積回路製造装置中でこの油が飛散する可能性は受け入れ難い。
漏れ電流によって引き起こされる通常の予備パルスの電圧上昇が図６Ｃに示される。（Ｃｐ電圧曲線を参照のこと。）上述したのと同様の阻止段は、漏れと主２０キロボルトパルスとの両方を阻止するための十分な電圧と秒との積を持っていなければならない。漏れに対する電圧曲線下の面積は、最大１００倍ほど、主パルスに対するそれよりもずっと少ない。もし、漏れの下の面積に相当する電圧と秒との積のみに関して阻止を行う回路が実現したならば、磁気材料のかなりの低減が実現するであろう。
【００４９】
図２を修正した、そのような回路が図１１に示される。レーザのピーク静電容量Ｃｐは、Ｃｐ1およびＣｐ2と呼ばれる２つのグループに分割され、そこでは、Ｃｐ1とＣｐ2との合計が図２の回路のＣｐに等しくなる。Ｃｐ2静電容量は、標準的な方法で室に取り付けられ、従って、Ｃｐ2とレーザ電極との間のインダクタンスＬｐ2は、標準的な配列、Ｌｐと同じ値を持つ。第２の部分Ｃｐ1は、レーザ電極とＣｐ2とから可飽和インダクタＬｐ1によって分離される。以下に説明される理由から、Ｌｐ1の飽和インダクタンスは、標準的なヘッド・インダクタンスＬｐと類似の値に作ることができる。
【００５０】
Ｃｐ−１が充電している間に、漏れ電流はＬｐ−１を通過するので、この電流は、Ｃｐ1に電圧上昇を引き起こすことになる。可飽和インダクタＬｐ1のために、この電圧は、Ｃｐ2やレーザ電極間にかからないことになる。Ｌｐ1の電圧と秒との積は、圧縮回路によって発生させられた主パルスを阻止しないように選択されるが、その代わりに、圧縮回路からの漏れ電流によって引き起こされたＣｐ1の電圧を阻止するのみのサイズにされる。一旦Ｃｐ−１が完全に充電されＬｐ−１が飽和すると、Ｌｐ1（飽和させられている）とＬｐ2との直列組合せで構成されるような、Ｃｐ1とＣｐ2との間の低インダクタンス経路ができるように、Ｌｐ1も飽和する。この直列の組合せは通常、最終の圧縮段の飽和インダクタンスＬｐ−１よりも１０倍も小さく、従って、Ｃｐ−１からＣｐ1およびＣｐ2の並列組合せへの移動時間に対しては、殆どもしくは全く影響を与えない。
【００５１】
Ｌｐ1の飽和インダクタンスがＬｐと実質的に同じに（従って、Ｌｐ2と同じに）作ることができる理由は、ボルトと秒との積の要求事項が極めて小さく、また、Ｌｐ1全体にわたり絶えず加えられる最大の電位が１キロボルト未満であるということである。Ｌｐ1全体わたる電圧阻止が１キロボルト未満であることから、Ｃｐ1コンデンサ母線１０２とＣｐ2コンデンサ母線との間の絶縁物として０．００５インチ厚Ｋａｐｔｏｎの単一シートを用いることができる。（薄いシートの配置は１０４として示されているが、しかし、図面上では小さすぎて見えない。）それぞれのコンデンサ母線間の、そのような小さな分離は、非常に小さなループ面積に、従って非常に低いインダクタンスに導く。
可飽和インダクタＬｐ1それ自身は、必要とされる磁気材料の量が極めて少ないので（低いボルトと秒の積の要求のため）、非常に低い飽和インダクタンスを持つように作ることができる。
【００５２】
好ましい実施形態の詳細図が図５に示される。図１２に示される固体プレート１００は、Ｃｐ2コンデンサを室の電気的なフィードスルーに接続するための母線である。もっと小さなプレート１０２は、圧縮ヘッドと、可飽和インダクタＬｐ１の頂部とに対して接続するための母線であり、その頂部は、導体材料１０６と、可飽和インダクタを構成するのに一般的に使用されるＭｅｔｇｌａｓｓTMのような磁気金属合金で構成されたテープのコイル１０８とを用いて作られる。この導体と磁気材料との組合せはまた、本実施形態におけるＬ２を規定するための役目を果たす。この場合においては、電流はＣｐ1から下り、またＣｐ2から脇にそれる。
どうやってＣｐ静電容量をＣｐ1とＣｐ2とに区切るかの選択をしなければならない。この設計上の決定を行う場合、２つの考え方がある。第１は、Ｃｐ1の大きさである。Ｃｐ1が非常に小さく作られるとしたら、その結果、Ｌｐ−１を通る漏れ電流によって引き起こされるＣｐ１上の電圧上昇は大きくなり、Ｌｐ1可飽和インダクタのボルトと秒の積は大きくなる必要がある。この考え方は、Ｃｐ1の値を全体Ｃｐ静電容量の大きい方の分割へと追いやる傾向にある。
【００５３】
第２の考え方は、Ｃｐ2の大きさである。もしＣｐ2が小さく作られた場合、その結果、主パルス後の圧縮段階に亘って伝播する電気エネルギの小さな擬似量は、Ｃｐ2上の大きな電圧スパイクを導くことが可能である。これらの擬似電圧スパイクは、一般に遅いブリップと呼ばれ、レーザ・ガスを絶縁破壊するのに十分な電圧を持っているとしたら、電極腐食を引き起こすことが分かっている。Ｃｐ2の規模を増大させることは、遅いブリップによって引き起こされる電圧レベルを減少させ、また従ってガスの絶縁破壊の可能性を軽減することになる。
不幸にも、これら２つの考え方は、Ｃｐ1とＣｐ2との大きさにとって相反する要求である。Ｃｐ1の範囲が、全Ｃｐの１／３から２／３の間で、アレーば好ましい結果に至ることが分かっている。遅いブリップ中のエネルギが最小にされ得る限り、Ｃｐ1は、Ｌｐ1可飽和インダクタにとっての必要なボルトと秒との積を減少させるために、できる限り大きく作られるべきである。Ｌｐ1に対するボルトと秒との積の要求事項を減少させると、より少ない材料要求事項、より小さな熱負荷、および減少した飽和インダクタンスを生む。
【００５４】
当業者は、上記に開示した内容に基づいて、本発明に関し多くの他の実施形態が可能であると理解することであろう。したがって、本発明の範囲は、本発明の請求範囲とそれらの法的解釈とによって判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態のブロック図である。
【図２】上記好ましい実施形態の簡単化した回路図である。
【図３】上記好ましい実施形態の一部である高電圧電源の組合せブロック図、及び回路図である。
【図４】上記好ましい実施形態において使用されるパルス変成器の組立予定図である。
【図５】上記好ましい実施形態において使用されるパルス変成器の１次巻線の図である。
【図６Ａ】上記好ましい実施形態を使用したパルス圧縮を示す時間線チャートである。
【図６Ｂ】上記好ましい実施形態を使用したパルス圧縮を示す時間線チャートである。
【図６Ｃ】上記好ましい実施形態を使用したパルス圧縮を示す時間線チャートである。
【図７】双極性パルスを与えるための簡単化された回路図である。
【図８Ａ】可飽和インダクタの２方向から見た図である。
【図８Ｂ】可飽和インダクタの２方向から見た図である。
【図９】共振電源を示す回路図である。
【図１０Ａ】好ましい実施形態における圧縮リードの装着を示す。
【図１０Ｂ】好ましい実施形態における圧縮リードの装着を示す。
【図１１】図２の回路図の修正であり、減少した漏れ電流による実施形態を示す。
【図１２】図１１の回路を実現している一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  発電所電源
２０  高電圧電源モジュール
２１  高電圧電源制御盤
２２  整流器
２４  インバータ
２４Ａ  インバータ
２４Ｂ  インバータ
２４Ｃ  インバータ
２６  昇圧変圧器
２６Ａ  昇圧変圧器
２６Ｂ  昇圧変圧器
２６Ｃ  昇圧変圧器
２８  整流器
３０  標準ブリッジ整流回路
３０Ａ  ブリッジ整流回路
３０Ｂ  ブリッジ整流回路
３０Ｃ  ブリッジ整流回路
３２  濾過コンデンサ
３４  スイッチＱ２
３６  分離用スイッチＱ３
３８  ブリード・スイッチＱ１
４０  整流子モジュール
４２  充電用コンデンサＣｏ
４４  電圧分割器
４５  フィードバック信号
４６  半導体スイッチ
４６Ａ  半導体スイッチ
４６Ｂ  半導体スイッチ
４８  充電用インダクタＬｏ
４８Ａ  部分
４８Ｂ  部分
４９  フェライト・トロイド
５０  パルス発生の第１段
５２  コンデンサ（列）Ｃ1
５４  可飽和インダクタ
５４Ａ  可飽和インダクタ
５４Ａ１  水冷されたジャケット
５６  パルス変成器
５６Ａ  アルミニウム・スプール
５６Ｂ  回路基板
５６Ｃ  絶縁体
５６Ｄ  ステンレス鋼の２次側
５６Ｅ  接地点
５６Ｆ  高電圧端子
５７  回収回路
５８  回収用インダクタ
５９  回収用ダイオード
６０  圧縮ヘッド・モジュール
６２  コンデンサ（列）Ｃｐ−１
６４  可飽和インダクタＬｐ−１
６４Ａ  変形された可飽和インダクタ
６４Ａ１  筐体
６４Ａ２  あり継ぎ溝
６４Ａ３  磁気コア
６５  圧縮の第２および最終段
８０  レーザ室モジュール
８１  インダクタ
８１Ａ  圧縮ヘッドの背部
８１Ｂ  圧縮ヘッドの背部
８２  ピーキング・コンデンサＣｐ
８３  電極
８４  電極
８６  パッケージ
８８  出力カップラ
８９  接合アレー
９０  レーザ光線
９２  フォトダイオード
１００  レーザ・システム制御盤
１０２  プロセッサ
１０４  薄いシート
１０６  導体材料
１０８  コイル
１２０  バイアス電流源
１２６  第２のバイアス電流源
２０２  コンデンサ
２０４  制御盤
２０６  スイッチ
２０８  インダクタ
２１０  指示電圧
２１６  ダイオード経路
２２０  抵抗器
２２２  電圧レベル
３０１  金属片
３０２  金属片
３０３  金属片
３０４  金属片
３０５  （入口）
３０６  筐体
３０７  磁気コア
３０７Ａ  コイル
３０７Ｂ  コイル
３０７Ｃコイル
３０８  最も低位置のシール
５４１  頂部蓋
５４２  底部蓋
５４３  中央マンドレル
５４５  外側筐体
５４６  フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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