JP3300026B2 - Discharge circuit of high frequency discharge gas laser - Google Patents
Discharge circuit of high frequency discharge gas laserInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は高周波放電ガスレーザ
の放電回路の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a discharge circuit of a high-frequency discharge gas laser.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、高周波放電ガスレーザにおいて、
主放電電極及び副放電電極(シマー放電用予備放電電
極)への高周波電力の供給は、電力伝達効率を上げるた
め、例えば図4のような回路によって、高周波電源と各
放電電極とのインピーダンスの整合(負荷側のインピー
ダンスを電源側のインピーダンスの共役複素数に選ぶ)
を行っている。即ち、高周波電源1にインピーダンス整
合用のインダクタ3とキャパシタ5を直列に接続し、キ
ャパシタ5の両端を、主放電電極7へ接続し、副放電電
極11へは電流制限用キャパシタ9を介して接続してい
る。この回路は一つの共振回路であり、その共振周波数
が、高周波電源1の周波数と一致した場合、力率が1に
なり、最大の電力を放電電極へ供給することができる。
しかし、レーザガスの抵抗値は電流の大きさによって変
化するので、回路は特定の電流値の時だけ整合する。2. Description of the Related Art Conventionally, in a high-frequency discharge gas laser,
The supply of high-frequency power to the main discharge electrode and the sub-discharge electrodes (pre-discharge electrodes for simmer discharge) is performed by, for example, a circuit as shown in FIG. (The impedance on the load side is selected as the complex conjugate of the impedance on the power supply side.)
It is carried out. That is, the inductor 3 for impedance matching and the capacitor 5 are connected in series to the high-frequency power supply 1, both ends of the capacitor 5 are connected to the main discharge electrode 7, and the sub-discharge electrode 11 is connected via the current limiting capacitor 9. are doing. This circuit is one resonance circuit. When the resonance frequency matches the frequency of the high frequency power supply 1, the power factor becomes 1 and the maximum power can be supplied to the discharge electrode.
However, since the resistance value of the laser gas changes depending on the magnitude of the current, the circuit is matched only at a specific current value.
【0003】この図において、主放電電極7への電圧V
abと副放電電極11への供給電圧Vcdは同一であ
る。しかし、副放電電極11の電極間距離を主放電電極
7より小さくすれば、副放電電極11の放電開始電圧が
下がり、副放電電極11を主放電電極7より先に放電さ
せることができる。このようにして、副放電電極11の
シマー放電による放電の維持のもとに、主放電電極7の
放電を行なっており、レーザの出力の調整は高周波電源
1の電圧の増減によって行っている。In this figure, a voltage V applied to a main discharge electrode 7 is
The supply voltage Vcd to ab and the sub-discharge electrode 11 is the same. However, if the distance between the sub-discharge electrodes 11 is smaller than that of the main discharge electrode 7, the discharge start voltage of the sub-discharge electrode 11 decreases, and the sub-discharge electrode 11 can be discharged before the main discharge electrode 7. In this way, the discharge of the main discharge electrode 7 is performed while maintaining the discharge by the simmer discharge of the sub-discharge electrode 11, and the output of the laser is adjusted by increasing or decreasing the voltage of the high frequency power supply 1.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】前記のように、レーザ
の出力の調整は高周波電源1の電圧の増減によって行っ
ており、レーザ出力を上げるため高周波電源1の電圧を
上げると、主放電電極7の放電電力が増加するが、同時
に副放電電極11の放電電力も増加する。副放電電極1
1には、前記のように電流制限用キャパシタ9を介して
電力が供給されているが、副放電電極11は主放電電極
7より先に放電する必要があるだけでなく、主放電電極
7が放電する時に充分な予備放電の効果を与えるため
に、一定の電力が必要であり、電流制限用キャパシタ9
の値を小さくすることには、限度があった。As described above, the output of the laser is adjusted by increasing or decreasing the voltage of the high-frequency power supply 1. When the voltage of the high-frequency power supply 1 is increased to increase the laser output, the main discharge electrode 7 is increased. , The discharge power of the sub-discharge electrode 11 also increases. Sub-discharge electrode 1
1 is supplied with power through the current limiting capacitor 9 as described above. However, not only is the sub-discharge electrode 11 required to discharge before the main discharge electrode 7 but also the main discharge electrode 7 In order to give a sufficient preliminary discharge effect when discharging, a certain amount of power is required.
There were limits to reducing the value of.
【0005】前記のように、主放電電極7の放電電力が
増加すると、副放電電極11の放電電力も増加し、副放
電電極11の過熱による消耗や、副放電電極11が主放
電に影響を与えやすい所に配置されていることにより、
主放電電極7の放電の部分的な電力集中などの問題があ
った。[0005] As described above, when the discharge power of the main discharge electrode 7 increases, the discharge power of the sub-discharge electrode 11 also increases, so that the sub-discharge electrode 11 is consumed by overheating and the sub-discharge electrode 11 affects the main discharge. By being placed in a place that is easy to give,
There is a problem such as partial power concentration of the discharge of the main discharge electrode 7.
【0006】この発明は、このような問題に着目して創
案されたもので、主放電電極の放電電力が大きくなって
も、副放電電極の放電電力を比較的小さな増加に抑える
ことにより、前記のような不具合を防止することのでき
る高周波放電ガスレーザの放電回路を提供することを目
的とする。The present invention has been made in view of such a problem. Even when the discharge power of the main discharge electrode becomes large, the discharge power of the sub-discharge electrode is suppressed to a relatively small increase. It is an object of the present invention to provide a discharge circuit of a high-frequency discharge gas laser which can prevent the above-mentioned problems.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は前記の目的を
達成するため、主放電電極と副放電電極とを備えた高周
波放電ガスレーザにおいて、高周波電源に第1のインピ
ーダンス整合部を介して前記主放電電極を接続すること
で主放電側回路を構成するとともに、高周波電源に第2
のインピーダンス整合部を介して前記副放電電極を接続
することで副放電側回路を構成し、前記主放電電極の放
電開始電圧よりも前記副放電電極の放電開始電圧が低く
なるように、かつ、前記主放電側回路の共振時のQ値よ
りも前記副放電側回路の共振時のQ値が大きくなるよう
に、前記第1、第2のインピーダンス整合部の値をそれ
ぞれ設定したものである。According to the present invention, there is provided a high-frequency discharge gas laser having a main discharge electrode and a sub-discharge electrode, wherein the main discharge electrode is connected to a high-frequency power supply via a first impedance matching section. The main discharge side circuit is configured by connecting the discharge electrodes, and the second
A sub-discharge-side circuit is configured by connecting the sub-discharge electrodes via the impedance matching unit, so that the discharge start voltage of the sub-discharge electrode is lower than the discharge start voltage of the main discharge electrode, and The values of the first and second impedance matching sections are set so that the Q value of the sub-discharge side circuit at resonance is greater than the Q value of the main discharge side circuit at resonance . It was done.
【0008】[0008]
【作用】上記のようなこの発明によれば、つねに確実
に、主放電よりも副放電を先に開始させることができる
とともに、主放電電極による放電電力が大きく増加して
も、副放電電極による放電電力の増加を比較的小さく抑
えることができ、それにより、副放電電極の過熱による
消耗や、主放電電極の放電の部分的な電力集中などの問
題が未然に防止できる。According to the present invention as described above, the sub-discharge can always be started before the main discharge, and even if the discharge power by the main discharge electrode is greatly increased, the sub-discharge electrode The increase in the discharge power can be kept relatively small, thereby preventing problems such as consumption due to overheating of the sub-discharge electrodes and partial power concentration of the discharge of the main discharge electrodes.
【0009】[0009]
【実施例】次に、この発明の実施例について図1に基づ
いて説明する。図示のように、高周波電源1に、インダ
クタ3とキャパシタ5を直列に接続した第1のインピー
ダンス整合部M1が接続され、キャパシタ5の両端を、
主放電電極7に接続してある。また、高周波電源1に、
インダクタ13とキャパシタ15を直列に接続した第2
のインピーダンス整合部M2が接続され、キャパシタ1
5の両端を、電流制限用キャパシタ9(省略してもよ
い)を介して副放電電極11に接続してある。すなわ
ち、高周波電源1に第1インピーダンス整合部M1を介
して主放電電極7を接続することで主放電側回路を構成
するとともに、高周波電源1に第2インピーダンス整合
部M2を介して副放電電極11を接続することで副放電
側回路を構成してある。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in the figure, a first impedance matching section M1 in which an inductor 3 and a capacitor 5 are connected in series is connected to the high-frequency power supply 1, and both ends of the capacitor 5 are connected to each other.
It is connected to the main discharge electrode 7. Also, the high frequency power supply 1
A second type in which the inductor 13 and the capacitor 15 are connected in series
Of the capacitor 1
Both ends of 5 are connected to a sub-discharge electrode 11 via a current limiting capacitor 9 (which may be omitted). That is, the main discharge side circuit is formed by connecting the main discharge electrode 7 to the high frequency power supply 1 via the first impedance matching section M1, and the sub discharge electrode 11 is connected to the high frequency power supply 1 via the second impedance matching section M2. To form a sub-discharge side circuit.
【0010】主放電電極7の電極間電圧は、第1インピ
ーダンス整合部M1のインダクタ3及びキャパシタ5の
値を選択することで、任意に設定することができ、ま
た、副放電電極11の電極間電圧は、第2インピーダン
ス整合部M2のインダクタ13及びキャパシタ15の値
を選択することで、任意に設定することができる。その
ため、主放電電極7の放電開始電圧よりも副放電電極1
1の放電開始電圧が低くなるように、第1インピーダン
ス整合部M1のインダクタ3及びキャパシタ5の値を選
択するとともに、第2インピーダンス整合部M2のイン
ダクタ13及びキャパシタ15の値を選択することで、
つねに確実に、主放電よりも副放電を先に開始させるこ
とができる。The voltage between the main discharge electrodes 7 can be arbitrarily set by selecting the values of the inductor 3 and the capacitor 5 of the first impedance matching section M1. The voltage can be set arbitrarily by selecting the values of the inductor 13 and the capacitor 15 of the second impedance matching section M2. Therefore, the discharge voltage of the sub-discharge electrode 1 is higher than the discharge starting voltage of the main discharge electrode 7.
By selecting the values of the inductor 3 and the capacitor 5 of the first impedance matching unit M1 and the values of the inductor 13 and the capacitor 15 of the second impedance matching unit M2 so that the discharge start voltage of the first impedance becomes low,
The sub-discharge can always be reliably started before the main discharge.
【0011】図2は、図1のものの等価回路を表わす。
すなわち、図2において、Eは図1の高周波電源1の電
圧を表わし、rは図1の高周波電源1の内部抵抗を表わ
し、ωは図1の高周波電源1の周波数を表わす。また、
L1、C1は、図1の第1インピーダンス整合部M1の
インダクタ3のインダクタンス及びキャパシタ5のキャ
パシタンスをそれぞれ表わし、L2、C2は、図1の第
2インピーダンス整合部M2のインダクタ13のインダ
クタンス及びキャパシタ15のキャパシタンスをそれぞ
れ表わし、R1、R2は、図1の主放電電極7の電極間
及び副放電電極11の電極間の放電負荷抵抗をそれぞれ
表わす。図2の等価回路からわかるように、主放電側回
路の共振時のQ値は、例えば、式Q10=(R1C1/
rR1C1+L1)(L1/C1)1/2で表され、ま
た、副放電側回路の共振時のQ値は、例えば、式Q20
=(R2C2/rR2C2+L2)(L2/C2)
1/2で表される。FIG. 2 shows an equivalent circuit of FIG.
That is, in FIG. 2, E represents the voltage of the high-frequency power supply 1 of FIG. 1, r represents the internal resistance of the high-frequency power supply 1 of FIG. 1, and ω represents the frequency of the high-frequency power supply 1 of FIG. Also,
L1 and C1 represent the inductance of the inductor 3 and the capacitance of the capacitor 5 of the first impedance matching unit M1 of FIG. 1, respectively, and L2 and C2 are the inductance of the inductor 13 and the capacitor 15 of the second impedance matching unit M2 of FIG. , And R1 and R2 represent discharge load resistances between the main discharge electrodes 7 and the sub discharge electrodes 11 in FIG. As can be seen from the equivalent circuit of FIG. 2, the Q value at the time of resonance of the main discharge side circuit is, for example, the equation Q10 = (R1C1 /
rR1C1 + L1) (L1 / C1) 1/2 , and the Q value of the sub-discharge side circuit at the time of resonance is expressed by, for example, the formula Q20
= (R2C2 / rR2C2 + L2) (L2 / C2)
It is represented by 1/2 .
【0012】図3は、主放電側回路及び副放電側回路に
それぞれ適用可能な電源周波数ωとQ値との関係を示
し、Q値は回路の共振特性の鋭さを表わすものである。
この図からわかるように、電源周波数ωが共振周波数ω
0のとき、回路は整合条件を満たしている。そして、イ
ンピーダンス整合部M1又はM2のインダクタンスL1
又はL2、及び、キャパシタンスC1又はC2が固定値
のとき、回路の整合条件を満たす負荷(主放電電極7又
は副放電電極11の電極間の放電負荷)は、1つのイン
ピーダンスの値しかないが、主放電電極7又は副放電電
極11の放電負荷抵抗R1又はR2は、放電電力によっ
て非線形に変化するため、整合条件を満たす1つのイン
ピーダンスの値以外のときは、整合条件から外れて力率
が低下する。図3からわかるように、電源周波数ωが共
振周波数ω0(整合条件を満たしている状態)から外れ
た場合のQ値の変動(力率の低下)傾向は、共振周波数
ω0におけるQ値が低いもの(図中Q1)に比べて、共
振周波数ω0におけるQ値が高いもの(図中Q2)の方
がずっと大きい。 FIG. 3 shows the relationship between the power supply frequency ω and the Q value applicable to the main discharge side circuit and the sub discharge side circuit, respectively, and the Q value indicates the sharpness of the resonance characteristics of the circuit.
As can be seen from this figure, the power supply frequency ω is
When 0, the circuit satisfies the matching condition. The inductance L1 of the impedance matching unit M1 or M2
Alternatively, when L2 and the capacitance C1 or C2 are fixed values, the load satisfying the matching condition of the circuit (the discharge load between the main discharge electrode 7 and the sub-discharge electrode 11) has only one impedance value. Since the discharge load resistance R1 or R2 of the main discharge electrode 7 or the sub-discharge electrode 11 changes non-linearly according to the discharge power, when the impedance is other than one impedance value that satisfies the matching condition, the power factor deviates from the matching condition and decreases. I do. As can be seen from FIG. 3, when the power supply frequency ω deviates from the resonance frequency ω0 (the state where the matching condition is satisfied), the tendency of the Q value to change (reduction in power factor) is that the Q value at the resonance frequency ω0 is low. compared to (figure Q1), we have much size towards what Q value is high at the resonance frequency .omega.0 (figure Q2).
【0013】そのため、副放電側回路のQ値(Q20)
の方が主放電側回路のQ値(Q10)よりもずっと高く
(Q20>Q10)なるように、第2インピーダンス整
合部M2のインダクタ13のインダクタンス及びキャパ
シタ15のキャパシタンスを選択するとともに、第1イ
ンピーダンス整合部M1のインダクタ3のインダクタン
ス及びキャパシタ5のキャパシタンスを選択すること
で、主放電電極7による放電電力が大きく増加しても、
副放電電極11による放電電力の増加を比較的小さく抑
えることができる。Therefore, the Q value (Q20) of the sub-discharge side circuit
In addition to selecting the inductance of the inductor 13 and the capacitance of the capacitor 15 of the second impedance matching section M2 , the first impedance is higher than the Q value (Q10) of the main discharge side circuit (Q20> Q10). selecting the capacitance of the inductance and the capacitor 5 of the inductor 3 of the matching portion M1
Therefore, even if the discharge power by the main discharge electrode 7 increases greatly,
An increase in discharge power by the sub-discharge electrode 11 can be suppressed to a relatively small value.
【0014】[0014]
【発明の効果】この発明は以上のように、主放電電極と
副放電電極とを備えた高周波放電ガスレーザにおいて、
高周波電源に第1のインピーダンス整合部を介して前記
主放電電極を接続することで主放電側回路を構成すると
ともに、高周波電源に第2のインピーダンス整合部を介
して前記副放電電極を接続することで副放電側回路を構
成し、前記主放電電極の放電開始電圧よりも前記副放電
電極の放電開始電圧が低くなるように、かつ、前記主放
電側回路の共振時のQ値よりも前記副放電側回路の共振
時のQ値が大きくなるように、前記第1、第2のインピ
ーダンス整合部の値をそれぞれ設定したので、つねに確
実に、主放電よりも副放電を先に開始させることができ
るとともに、主放電電極による放電電力が大きく増加し
ても、副放電電極による放電電力の増加を比較的小さく
抑えることができ、それにより、副放電電極の過熱によ
る消耗や、主放電電極の放電の部分的な電力集中などの
問題の発生を未然に防止することができる効果がある。As described above, the present invention relates to a high-frequency discharge gas laser having a main discharge electrode and a sub-discharge electrode.
A main discharge side circuit is configured by connecting the main discharge electrode to a high frequency power supply via a first impedance matching section, and the sub-discharge electrode is connected to the high frequency power supply via a second impedance matching section. Constitutes a sub-discharge side circuit, so that the discharge start voltage of the sub-discharge electrode is lower than the discharge start voltage of the main discharge electrode, and the sub-discharge side circuit is smaller than the Q value of the main discharge side circuit at resonance. Discharge side circuit resonance
Since the values of the first and second impedance matching sections are set so that the Q value at the time becomes large, the sub-discharge can always be started earlier than the main discharge, and the main discharge can be always performed. Even if the discharge power by the electrode is greatly increased, the increase in the discharge power by the sub-discharge electrode can be suppressed to a relatively small amount. This has the effect of preventing problems such as concentration from occurring.
【図1】この発明の高周波放電ガスレーザの放電回路の
実施例の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a discharge circuit of a high-frequency discharge gas laser according to the present invention.
【図2】図1の等価回路である。FIG. 2 is an equivalent circuit of FIG.
【図3】電源周波数ωとQ値(共振特性の鋭さ)との関
係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a power supply frequency ω and a Q value (sharpness of resonance characteristics).
【図4】従来の高周波放電ガスレーザの放電回路の説明
図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a discharge circuit of a conventional high-frequency discharge gas laser.
M1 第1インピーダンス整合部 M2 第2インピーダンス整合部 1 高周波電源 3、13 インダクタ 5、15 キャパシタ 7 主放電電極 11 副放電電極 M1 First impedance matching section M2 Second impedance matching section 1 High frequency power supply 3, 13 Inductor 5, 15 Capacitor 7 Main discharge electrode 11 Sub discharge electrode
Claims (1)
波放電ガスレーザにおいて、 高周波電源に第1のインピーダンス整合部を介して前記
主放電電極を接続することで主放電側回路を構成すると
ともに、高周波電源に第2のインピーダンス整合部を介
して前記副放電電極を接続することで副放電側回路を構
成し、 前記主放電電極の放電開始電圧よりも前記副放電電極の
放電開始電圧が低くなるように、かつ、前記主放電側回
路の共振時のQ値よりも前記副放電側回路の共振時のQ
値が大きくなるように、前記第1、第2のインピーダン
ス整合部の値をそれぞれ設定したことを特徴とする高周
波放電ガスレーザの放電回路。1. A high-frequency discharge gas laser having a main discharge electrode and a sub-discharge electrode, wherein a main discharge side circuit is configured by connecting the main discharge electrode to a high-frequency power supply via a first impedance matching unit. Forming a sub-discharge-side circuit by connecting the sub-discharge electrode to a high-frequency power supply via a second impedance matching unit, wherein the discharge start voltage of the sub-discharge electrode is lower than the discharge start voltage of the main discharge electrode. made way, and, Q at resonance of the secondary discharge side circuit than the Q value at resonance of the main discharge side circuit
So that the value becomes larger, the first discharge circuit of the high-frequency discharge gas laser, characterized in that setting the value of the second impedance matching section, respectively.
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|---|---|---|---|
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| JPH05327086A JPH05327086A (en) | 1993-12-10 |
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