(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、レーザを発生させるための主放電電極と、主放電電極間に放電を発生させるための電荷を充電する主放電用コンデンサと、前記主放電電極間を予備電離するための予備電離電極と、この予備電離電極に予備放電を発生させるための電荷を充電する予備放電用コンデンサと、前記主放電用コンデンサおよび予備電離用コンデンサに対し所定の繰り返し周期で前記電源の電荷を充電するためのスイッチング動作を行うスイッチング回路とを具えたパルスレーザの放電回路において、
前記主放電の直後に発生するオーバーシュートに起因する前記電源からの逆流電流に対し逆方向に一方向性回路素子を前記予備電離電極に直列に設けるようにしたことを特徴とするパルスレーザの放電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定の繰り返し周波数でパルス放電を行うことでレーザ媒質を励起してパルスレーザ発振を行うパルスレーザ放電回路の放電の際のオーバーシュート電流に起因するレーザ出力の変動を解消するための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１気圧以上の気体を放電させてレーザ発振させる方式をＴＥＡレーザと呼び、１対の対向する主放電電極間に均一なグロー放電を発生させて、レーザ発振に必要な反転分布領域を形成するようにしている。このＴＥＡレーザにおいて、放電空間全体に広がったグロー放電を得るためには、主放電を開始する前に予備電離を行い、予め主放電空間全体を電離しておく必要がある。特に、エキシマレーザの場合は、負正ガス中での電子の寿命が短いため、主放電の直前にできるだけ多く電離させておく必要がある。
【０００３】
現在、予備電離方式としては、Ｘ線、スパーク放電、コロナ放電などを使った様々な方式が使用されているが、中でもコロナ放電を使った方式は、比較的簡便でレーザガスへの汚染が少ない事から広く使用されている。
【０００４】
図６はコロナ放電を使って予備電離を行う従来の容量移行型の磁気パルス圧縮放電装置の等価回路を示している。
【０００５】
この図６の放電回路においては、１対の主電極間１，２によって形成される主放電空間３の側方にコロナ予備電離電極４を配置するようにしており、コロナ予備電離電極４のコロナ放電によって発生させたＵＶ光によって主電極１、２間の主放電空間のレーザ媒体を予備電離する。
【０００６】
この構成においては、まず高電圧電源ＨＶに接続されたコンデンサＣ0に電源ＨＶからの電荷を充電する。
【０００７】
つぎに、サイラトロン、ＧＴＯなどで構成されるスイッチング回路５がオンになると、コンデンサＣ0、スイッチング回路５、コンデンサＣ1、可飽和リアクトルから成る磁気スイッチ６に電流Ｉ0が流れ、その後コンデンサＣ1の電圧が所定の電圧まで上昇すると、磁気スイッチ７は飽和し、低インピーダンスとなる。
【０００８】
これにより、コンデンサＣ1、主放電コンデンサＣa、磁気スイッチ７のループに電流Ｉ1が流れ、コンデンサＣa、Ｃbの電圧が上昇していく。
【０００９】
この後、予備電離コンデンサＣbを介してコロナ電極４の電圧が所定の予備電離開始電圧まで上昇すると、コロナ電極４にコロナ放電が発生して電流Ｉ2が流れ、主放電空間３が予備電離される。
【００１０】
さらに、この後主放電コンデンサＣaの電圧が充電の進展とともに上昇し、この電圧が所定の主放電開始電圧に達すると、主電極１，２間に主放電が開始されて電流Ｉ3が流れる。そして、主電極１，２間に発生した主放電によってレーザ媒質が励起され、レーザ光が発生される。
【００１１】
その後、主放電によってコンデンサＣa，Ｃbの電圧は急速に低下し、所定時間経過後に充電開始前の状態に戻る。
【００１２】
このような放電動作がスイッチング回路５に設定された所定の繰り返し周波数（パルス発振周波数）で繰り返し行われることにより、パルスレーザ発振が行われる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図７に主電極１、２間にかかる電圧ＶDの波形を１パルス周期分示す。
【００１４】
前述したように、電圧ＶDは主放電コンデンサＣaの充電の進展に伴って上昇（この場合は負に下降）し、この電圧ＶDが所定の主放電開始電圧になると、主放電が発生する。電圧ＶDは主放電発生後、急速に低下するが、この際、過渡現象によって放電電圧とは逆極性のオーバーシュート電圧が発生し、さらにその後、定常状態に戻る直前に、前記オーバーシュート電圧の電源ＨＶからの反射電圧と考えられる電圧Ｖd（ハッチング部分）が発生する。すなわち、放電後は、磁気スイッチ６，７は、低インピーダンス状態であるため、放電直後に発生したオーバーシュート電流が磁気スイッチ６，７を通って電源ＨＶまで流れ、そこで反射された逆流電流Ｉd（破線）が主放電コンデンサＣaに流入することを原因として反射電圧Ｖdが発生し、この反射電圧Ｖdにより主放電が不安定になり、レーザ出力を変動させる。
【００１５】
また、逆流電流Ｉdの一部Ｉd´は、予備電離用コンデンサＣbにも流入し、これにより予備電離放電が不安定になることにより、予備電離が不安定になり、レーザ出力を変動させる。
【００１６】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、放電直後のオーバーシュート電圧に起因する悪影響をなくし、安定なレーザ出力を得ることができるようにしたパルスレーザの放電回路を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段および作用効果】
この発明では、電源と、レーザを発生させるための主放電電極と、主放電電極間に放電を発生させるための電荷を充電する主放電用コンデンサと、前記主放電電極間を予備電離するための予備電離電極と、この予備電離電極に予備放電を発生させるための電荷を充電する予備放電用コンデンサと、前記主放電用コンデンサおよび予備電離用コンデンサに対し所定の繰り返し周期で前記電源の電荷を充電するためのスイッチング動作を行うスイッチング回路とを具えたパルスレーザの放電回路において、前記主放電の直後に発生するオーバーシュートに起因する前記電源からの逆流電流に対し逆方向の一方向性回路素子を前記予備電離電極に直列に設けるようにしている。
【００２０】
かかる発明では、逆流電流に対し逆方向になるようダイオードなどの一方向性回路素子を予備電離電極に直列に設けるようにしているので、逆流電流が予備電離電極に流れるのを阻止できるようになり、これにより予備放電を安定にし、均一な予備電離を得ることができるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施例を添付図面に従って詳細に説明する。
【００２２】
図１はこの発明を容量移行型の磁気圧縮放電装置に適用した実施例を示す等価回路である。
【００２３】
この図１に示す実施例においては、先の図６に示した従来装置に対しダイオードＤaを追加するようにしており、その他の構成は先の図６の従来装置と同じである。
【００２４】
すなわち、この実施例においては、主放電コンデンサＣaに並列にアース接続されたダイオードＤaを電源ＨＶからの逆流電流Ｉdに対して順方向に設け、逆流電流Ｉdをアースに急速に逃がすことで、反射電圧Ｖdを発生させないようにしている。
【００２５】
図２は、図１の実施例を用いた場合の主電極１、２間にかかる電圧ＶDの波形を示すものであり、この図からも明らかなように、この実施例では、従来技術で発生していた反射電圧Ｖdはほぼなくなり、これによりレーザ出力の変動を劇的に改善することができた。
【００２６】
図３および図４はこの発明の他の実施例を示すもので、これらの実施例では先の実施例のダイオードＤaに直列に抵抗Ｒ1またはコイルＬ1を接続するようにしており、これらの実施例においても先の実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。抵抗Ｒ1は、逆流電流Ｉdをアースに導くとともに、熱として消費させる役目も有している。
【００２７】
なお、図１の実施例のダイオードＤaに代えて、抵抗のみあるいはコイルのみを接続するようにしてもよい。
【００２８】
図５(a)〜(j)はこの発明の他の実施例を示すもので、これらの実施例においては、予備電離電極４側に前述の逆流電流Ｉdの一部Ｉd´が流れ込むのを阻止するために、ダイオードＤbを逆流電流Ｉd´に対して逆方向に設けるようにしている。
【００２９】
すなわち、逆流電流Ｉd´は予備電離コンデンサＣb側に流入し、この逆流電流Ｉd´が、予備放電を不安定にする悪影響を与えるが、図５(a)〜(j)の各実施例では、この逆流電流Ｉd´に対してダイオードＤbを逆方向に設けることで、予備電離電極４に逆流電流Ｉd´を流さないようにしている。
【００３０】
また、図５(a)〜(j)の各実施例において設けられたダイオードＤc、Ｄdおよび抵抗ｒ1、ｒ2は、予備放電コンデンサＣbに残留した電荷を急速になくすために設けられており、予備放電コンデンサＣbの残留電荷はダイオードＤc、Ｄd、抵抗ｒ1、ｒ2を介してアースへ逃げるか、あるいは抵抗ｒ1またはｒ2によって熱として消費される。
【００３１】
このように、これら図５(a)〜(j)に示す各実施例においては、ダイオードＤbによってオーバーシュートに起因する電源からの逆流電流Ｉd´を阻止するとともに、ダイオードＤc、Ｄd、抵抗ｒ1、ｒ2によって予備放電コンデンサＣbに残留する電荷を放電するようにしたので、予備電離電極で電荷が残留することが防止され、これにより予備電離放電が不安定になることによる予備電離の不安定性が抑制され、レーザ出力の変動を防止することができる。
【００３２】
なお、上記実施例では本発明を容量移行型の放電回路に適用するようにしたが、本発明を他のＬＣ反転回路型、パルスフォーミングライン回路型あるいはブルムライン回路型等の放電回路に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す回路ブロック図。
【図２】図１の実施例を作用を説明するタイムチャート。
【図３】この発明の他の実施例を示す回路ブロック図。
【図４】この発明の他の実施例を示す回路ブロック図。
【図５】この発明の他の実施例を示す回路ブロック図。
【図６】従来技術を示す回路ブロック図。
【図７】従来技術の作用を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１、２…主電極    ３…主放電空間    ４…予備電離電極
５…スイッチング回路      ６，７…磁気スイッチ
Ｃa…主放電コンデンサ    Ｃb…予備電離コンデンサ
【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６】
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【図７】
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