JPH053153B2

JPH053153B2 -

Info

Publication number: JPH053153B2
Application number: JP18861987A
Authority: JP
Inventors: Tatsu Hirano
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1987-07-28
Filing date: 1987-07-28
Publication date: 1993-01-14
Also published as: JPS6431486A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、紫外域で高効率高出力発振の可能な
パルスレーザ、さらに詳しく言えばレーザ発振時
付随して放射される高周波雑音の発生を抑圧する
ことができる構造のパルスレーザ管に関する。

（従来の技術）エキシマレーザは紫外域で高効率高出力発振の
可能なパルスレーザとして知られている。

このエキシマレーザは、少量のハロゲンガスと
希ガス、バツフアガスの混合体をレーザ物質とし
て使用する。

例えば波長308nmの出力を得るXeClを用いる
エキシマレーザの場合には、圧力比0.1％位の
HCl，１％位のXeをHeのバツフアガスに混合し
て全圧３気圧位の混合ガスで使用する。

エキシマレーザ光を得るには、このガス体の励
起方法として、 ○特に高出力光が要求されるときには高エネルギ
ー電子ビームを入力エネルギー源とする電子ビー
ム励起方式と、 ○通常もつぱら使われる高繰り返し励起の可能な
放電励起によるものがある。

後者の放電励起のエキシマレーザは、キヤパシ
タに高エネルギーで充電された電荷をスイツチを
通してレーザ管内のアノード（陽極）、カソード
（陰極）間のガス体に急速に注入して、エキシマ
分子生成に必要な条件を成立させて、放電させ
る。

この放電は立上がりの速いパルス放電であるた
めに高周波（100MHz位）成分を持つ電磁波が発
生し、かつ放電エネルギーも大きいので、発生す
る電磁波も必然的に高エネルギーのものとなる。
この高周波成分を持つ電磁波の放射の機構を従来
の放電励起によるエキシマレーザ装置の動作とと
もに説明する。

第５図は従来の放電励起によるエキシマレーザ
装置の動作を説明するための略図である。

エキシマレーザ管内には、圧力比0.1％位の
HCl，１％位のXeをHeのバツフアガスに混合し
て全圧３気圧程度の混合ガスが封入されている。

棒状のアノード（Ａ）１２、カソード（Ｋ）１
３はそれぞれ紙面に垂直方向の管軸に沿つて配置
されている。

キヤパシタ（C₁）３は、直流電源（Vo）１か
ら抵抗（Ｒ）２、充電コイル（Ｌ）８を介して供
給される電流により充電される。

キヤパシタ（C₁）３の抵抗側の極は正に、充
電コイル（Ｌ）８側の極は負に充電される。サイ
ラトロンスイツチ４のカソード７に約−1KVの
パルスが印加されると、サイラトロンスイツチ４
は通電するが、常時は非導通状態に保たれる。

サイラトロンスイツチ４のカソード７に−
1KVのパルスが印加されると、キヤパシタ（C₁）
３の正電荷はの経路の様にサイラトロンスイツ
チ４のグリツド６を通してレーザ管９内のスパー
クギヤツプ１１を通過してレーザ管９内に配置し
たキヤパシタ１０の一方の電極を充電する。

レーザ管９はガラスのような絶縁体か、外部回
路から通電する部分以外は、少なくとも絶縁体で
作られている。

一方キヤパシタ３の負電荷は′の経路をたど
りキヤパシタ（C₂）１０の他方の電極を充電す
る。キヤパシタ（C₂）１０の充電による両極間
の電圧がある値［スパークギヤツプ１１とアノー
ド（Ａ）１２、カソード（Ｋ）１３間の放電ギヤ
ツプで決まる放電開始電圧］になると、，′
の経路を通してアノード（Ａ）１２、カソード
（Ｋ）１３間で放電される。スパークギヤツプ１
１とキヤパシタ（C₂）１０は管軸方向に棒状に
伸びたアノード（Ａ）１２、カソード（Ｋ）１３
に沿つて複数個配置されており、正電荷が１１を
通過する時にガス体を放電させ、予備電離放電を
させる。この予備電離放電時に紫外線が発生し、
これはアノード（Ａ）１２とカソード（Ｋ）１３
間のガスをイオン化する。

経路，′によつてアノードとカソード間で
主放電が開始させられる前に、ガス体はイオン化
されているために主放電は空間的に一様なグロー
放電となり、その結果出力の大きなエキシマレー
ザ光が得られる。

大きなノイズは，の経路でスパークギヤツ
プ１１を電荷が通過して予備電離放電する時に発
生する。

スパークギヤツプ１１は、管軸に沿つて複数個
配置され、ここでの放電は本質的にアーク放電と
なるので、電流が大きくなり、大きなノイズ発生
となる。

（発明が解決しようとする問題点）前述したように、従来のエキシマレーザ装置で
は、エキシマレーザの発振時に、高エネルギーの
レーザ光が得られるのと同時に、高エネルギーの
電磁波が発生し、これはノイズとなる。

このノイズは無視できず、エキシマレーザ装置
の制御系の電子回路を乱したり、ひどい時にはレ
ーザ周辺のコンピユータの記憶内容を壊すことす
らあり、問題となつている。

本発明の目的は、前述したようなパルスレーザ
管において、放電励起に発生する不要な電磁波ノ
イズの発生を極力少なくすることができるパルス
レーザ管を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明による、パ
ルスレーザ管は、キヤパシタに充電された電荷を
スイツチ素子を介してレーザ管内のスパークギヤ
ツプを通して放電励起用の他のキヤパシタを充電
し、その電荷を前記スパークギヤツプ通してアノ
ード、カソード間で放電させることによりレーザ
発振を行うパルスレーザにおいて、アノード、カ
ソード、スパークギヤツプ、他のキヤパシタから
なる第１および第２の放電組立を所持し、少なく
とも、前記第１の組立のアノード、カソードの放
電方向と第２の組立のアノード、カソードの放電
方向が反対方向になるかまたは前記第１の組立の
スパークギヤツプの放電方向と前記第２の組立の
スパークギヤツプの放電方向が反対になり、各組
立は同時に動作させられるように構成されてい
る。

前記スイツチ素子としてサイラトロンが適して
いる。

前記各組の他のキヤパシタは、管内外のいずれ
に配置しても良い。

前記各組立のアノード、カソードの放電方向は
反対でありかつスパークギヤツプの方向も反対と
するとアノード、カソードの放電による電磁波の
発生はそれぞれ相互に、スパークギヤツプ間の放
電による電磁波の発生はそれぞれ相互に相殺され
る。

（実施例）以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。

第１図は、本発明によるパルスレーザ管の実施
例を原理的に示した断面図である。

電源（Vo）２１、サイラトロンスイツチ２４、
キヤパシタ（C₁）２３の充電用抵抗２２、コイ
ル２８等の基本的な機能は、従来例で説明したと
おりである。

レーザ管２９の内部には第１の主放電間隙を形
成するアノード（Ａ）３２、カソード（Ｋ）３
３、キヤパシタ（C₂）３０、スパークギヤツプ
３１からなる第１の放電組立（）と、第２の主
放電間隙を形成するアノード（Ａ）３７、カソー
ド（Ｋ）３８、キヤパシタ（C₂）３５、スパー
クギヤツプ３６からなる第２の放電組立（）が
設けられている。

サイラトロンスイツチ２４をONした時、キヤ
パシタ（C₁）２３に充電されている正電荷は
の示す経路でキヤパシタ（C₂）３０および３５
の一方の極を充電する。負の電荷は′の示す経
路でスパークギヤツプ３１，３６を通つてガス体
を予備電離放電しながらキヤパシタ（C₂）３０，
３５の他の極を充電する。

キヤパシタ（C₂）３０および３５の充電が進
みそれぞれのキヤパシタの両極間の電圧がある値
（スパークギヤツプ及びアノード−カソード間の
放電ギヤツプで決まる放電開始電圧）になると、
今度はキヤパシタ（C₂）３０，３５に蓄えられ
た電荷は，′の経路で移動し、結局第１およ
び第２の放電組立のアノード、カソード間で主放
電が得られ、この時レーザ光が発生する。

ここでスパークギヤツプ３１，３６を通過する
電荷の流れ′，′は３１と３６では逆方向とな
るので、大電流でアーク放電しても発生する電磁
波は両者で打ち消され、ノイズは発生しない。

同様に第１および第２の放電組立の主放電にお
いても，′の方向は各組立では互いに逆方向
となるので主放電によつて発生する電磁波も打ち
消される。

結局本発明によれば従来大きなノイズ発生を伴
なつていたエキシマレーザのノイズが低減される
ことになる。

実際にはレーザ管２９の外部の回路から発生す
るノイズも存するので皆無とはならないが、本発
明により従来悩まされていた大きなノイズの発生
は押さえられる。

なお、第１図に示した例では第１の組立と第２
の組立のキヤパシタ（C₂）３０，３５とスパー
クギヤツプ３１，３６は図において上下関係が互
い違いになつているが、同じ配置、すなわちキヤ
パシタ（C₂）３０，３５を下に、スパークギヤ
ツプ３１，３６を上にしても動作原理に変化は無
い。

同様にスパークギヤツプ３１，３６を下にして
キヤパシタ３０，３５を上に配置しても第１およ
び第２の放電組立で発生する電磁波は打ち消され
るので低ノイズとなることには変わりはない。

第２図、第３図は、本発明によるパルスレーザ
管のより詳細な実施例を示す断面図である。

第２図は光軸に直交する平面で、第３図は光軸
を含む平面（第２図のＡ，A′面）で切断して示
した図である。

レーザ管（レーザガス容器）２９は、金属ある
いは絶縁体の枠５１の上下に絶縁体の板３９，４
０で蓋をした形状としている。

板３９はゴムのパツキング４５Ａ，４５Ｂを介
して、適当個数のねじ５９，６０により枠５１
に、同様に板４０は、ゴムのパツキング４６Ａ，
４６Ｂを介して、ねじ６１，６２により枠５１に
固定されている。

第２図および第３図に示されているように、第
１の放電組立（）を形成するアノード３２，カ
ソード３３はレーザガス容器２９の第１の光軸に
平行に設けられている。第２の放電組立（）を
形成するアノード３７，カソード３８はレーザガ
ス容器２９の第２の光軸に平行に設けられてい
る。第１の放電組立を形成するアノード３２に沿
つて板４０の周辺部には、第３図に示すように、
適当個数（複数個）のキヤパシタ３０が設けられ
ている。

キヤパシタ３０はねじ６８で金属板５７に取り
付けられている（第２図参照）。第１の放電組立
（）のアノード（Ａ）３２も、複数個のねじ６
５で取り付けられている。

金属板５５には、光軸方向に長く伸びた棒状の
カソード（Ｋ）３３が複数個のねじ６３で取り付
けられており、このカソード（Ｋ）３３に沿つ
て、棒５４が複数個配列される。

金属板５５，５７は複数個の導電体のフイード
スルー４１、複数個の導電体のフイードスルー４
３をネジ込んで絶縁板３９，４０に取り付けら
れ、カソード（Ｋ）３３とアノード（Ａ）３２が
対向し、棒５４の先端とキヤパシタ３０に固定さ
れた金属頭部７０が対向するように支持してい
る。

Ｏリング材４７によりそれぞれのフイードスル
ー４１と板３９、Ｏリング材４９によりフイード
スルー４３と板４０の間の気密性が保たれてい
る。

第２の放電組立（）のアノード３７に沿つて
板３９の周辺部には、第２図に示すように、適当
個数（複数個）のキヤパシタ３５が設けられてい
る。

キヤパシタ３５はねじ６７で金属板５６に取り
付けられる。第２の放電組立（）のアノード
（Ａ）３７も、複数個のねじ６４で同様に金属板
５６に取り付けられている。

金属板５８には、光軸方向に長く伸びた棒状の
カソード（Ｋ）３８が複数個のねじ６６で取り付
けられており、このカソード（Ｋ）３８に沿つ
て、棒５４Ｂが複数個配列されている。

また金属板５８は複数個のフイードスルー４４
により絶縁板４０にカソード（Ｋ）３８とアノー
ド（Ａ）３７が対向し、棒５４Ｂの先端とキヤパ
シタ３５に固定された金属頭部６９に対向するよ
うに支持している。

Ｏリング材４８によりそれぞれのフイードスル
ー４２と板３９，Ｏリング材５０によりフイード
スルー４４と板４０の間の気密性が保たれてい
る。枠５１にあけられた長方形の孔５２、および
枠５１にあけられた長方形の孔５３はレーザガス
をレーザ管内に流通させるときのガス入口と出口
である。

図には示してないが、外部のガス循環器、ガス
冷却器等と接続して、光パルス繰り返し発生時の
レーザ発振特性を低下させないように内部のガス
の状態を最適に保つている。

次に第３図を参照して光路を説明する。

第３図に現れている３０……３０は第１の放電
組立（）のキヤパシタ、３２は第１の放電組立
（）のアノード（Ａ）で前述したように板５７
に固定されている。７０……７０は第１の放電組
立（）のスパークギヤツプ３１……３１の一方
を形成する導体である。

同様に５４Ｂ……５４Ｂは第２の放電組立
（）のスパークギヤツプ３６……３６の一方を
形成する導体であり、カソード（Ｋ）３８ととも
に金属板５８に固定されている。

枠５１のレーザ光通路となる部分に４個の孔８
０，８１，８２，８３が設けられており、孔８０
に対応して全反射鏡８４が取り付けられ、他の孔
８１，８２，８３には石英の窓板８５，８６，８
７が取り付けられる。

全反射鏡８４は反射鏡を収容するケース８８に
気密性を保つためのゴムのＯリング９３を介し
て、石英の窓板８５，８６，８７は、窓板を収容
するケース８９，９０，９１に気密性を保つため
のゴムのＯリング９５，９７，９９を介してそれ
ぞれ支持されている。

１００，１０１，１０２，１０３は反射鏡、窓
板をケース８８，８９，９０，９１に固定するた
めのリングである。

各ケース８８，８９，９０，９１はそれぞれ気
密性を保つためのゴムのＯリング９２，９４，９
６，９８を介して、ボルト１０４，１０５，１０
６，１０７を用いて枠５１に固定されている。

全反射鏡１０８，１０９は、反射鏡８４と窓板
８７で共振器を形成し、内部でレーザ発振させ、
窓板８７を通して外部にレーザ光として放出させ
る。この第３図に示した実施例では、２組のアノ
ード−カソード間の放電によつて発生する光が１
本のレーザ光ビームとして取り出される。

なお、全反射鏡１０８，１０９を取り外して、
８６，８７のどちらか一方を全反射鏡に、他方を
石英板にすれば、２本の平行なレーザ光を同一方
向に、あるいは反対方向に取り出すことができ
る。

なお、実際のレーザ管の使用（運転動作）には
第１図に示した結線法に従つて外部回路と内部構
造をフイードスルー４１，４２，４３，４４をつ
ないで動作させる。

第４図は本発明によるパルスレーザ管のさらに
他の実施例を示す接続図である。

電源（Vo）２１，サイラトロンスイツチ２４、
キヤパシタ（C₁）２３の充電用抵抗２２、コイ
ル２８等の基本的な機能は、先に第１図を参照し
て説明した実施例と同じである。

レーザ管２９の内部には第１の主放電間隙を形
成するアノード（Ａ）３２、カソード（Ｋ）３
３、スパークギヤツプ３１からなる第１の放電組
立（）と、第２の主放電間隙を形成するアノー
ド（Ａ）３７、カソード（Ｋ）３８スパークギヤ
ツプ３９からなる第２の放電組立（）が設けら
れている点および動作原理等も先に第１図を参照
して説明した実施例と同じである。

ただし、前記実施例と、第１の放電組立（）
のキヤパシタ（C₂）３０と第２の放電組立（）
のキヤパシタ（C₂）３５をレーザ管２９の外部
に配置している点のみが異なる。

キヤパシタ（C₂）３０，３５を管外に配置す
ることによりアノード、カソード、スパークギヤ
ツプ、キヤパシタによつて作られる主放電の放電
回路長が大となつて放電の立上がり時間が長くな
り、レーザ発振効率が悪くなるという問題があ
る。

しかし、レーザガスの汚れを低減したり、キヤ
パシタによるガス流のさえぎりが無くなるのでガ
ス流速が大となり、レーザパルス発光の繰り返し
特性を向上させることができる。

（変形例）以上本発明をエキシマレーザを実施例として詳
細に説明した。

エキシマレーザと同様の放電型式をとるもの、
すなわち予備電離が必要な大気圧放電を利用する
炭素ガスレーザ、窒素レーザ等にも有効である。

（発明の効果）以上詳しく説明したように、本発明によるパル
スレーザは、励起放電形のパルスレーザにおい
て、アノード、カソード、スパークギヤツプ、他
のキヤパシタからなる第１および第２の放電組立
（），（）を、少なくとも、前記第１の組立の
アノード、カソードの放電方向と第２の組立のア
ノード、カソードの放電方向が反対方向になるか
または前記第１の組立のスパークギヤツプの放電
方向と前記第２の組立のスパークギヤツプの放電
方向が反対になり、各組立は同時に動作させられ
るように構成してある。

したがつて、各組立のアノード、カソード間の
放電により発生する電磁波は相互に、また各スパ
ークギヤツプ間の放電により発生する電磁波も相
互に相殺される。

前記各組立のアノード、カソードの放電方向は
反対でありかつスパークギヤツプの方向も反対と
すれば、両方の電磁波が相殺される。

本発明によれば、低ノイズのエキシマパルスレ
ーザを実現できる。

このレーザは低ノイズを必要とするエキシマレ
ーザ利用分野、例えば、微弱信号を生体に応用す
ることの多い医療現場、コンピユータ制御の機械
が運転されている生産現場等、で広く利用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるパルスレーザ管の原理
を説明するための略図である。第２図は、本発明
によるパルスレーザ管のより詳細な実施例を示す
断面図であつて、光軸に直交する平面で切断して
示されている。第３図は、本発明によるパルスレ
ーザ管のより詳細な実施例を示す断面図であつ
て、第２図のＡ，A′面で切断して示した図であ
る。第４図は、本発明によるさらに他のパルスレ
ーザ管の実施例を説明するための略図である。第
５図は、従来の放電励起によるエキシマレーザ装
置の動作を説明するための略図である。２１……電源（Vo）、２２……充電用抵抗、２
３……キヤパシタ（C₁）、２４……サイラトロン
スイツチ、２８……充電用コイル（Ｌ）、２９…
…レーザ管、３２……第１の放電組立のアノード
（Ａ）、３３……第１の放電組立のカソード（Ｋ）、
３０……３０……第１の放電組立の他のキヤパシ
タ（C₂）、３１……第１の放電組立のスパークギ
ヤツプ、３７……第２の放電組立のアノード
（Ａ）、３８……第２の放電組立のカソード（Ｋ）、
３５……３５……第２の放電組立の他のキヤパシ
タ（C₂）、３６……第２の放電組立のスパークギ
ヤツプ、３９，４０……絶縁体の板、４１，４
２，４３，４４……フイードスルー、４５Ａ，４
５Ｂ，４６Ａ，４６Ｂ……パツキング、４７，４
８，４９，５０……Ｏリング、５１……枠、５
２，５３……枠に設けられたガス孔、５５，５
６，５７，５８……金属板、５４Ａ，５４Ｂ……
金属棒（スパークギヤツプ）、５９，６０，６１，
６２……ねじ、６９，７０……導体（スパークギ
ヤツプ）、８０，８１，８２，８３……レーザ光
通路孔、８４……全反射鏡、８５，８６，８７…
…石英の窓板、８８……反射鏡を収容するケー
ス、８９，９０，９１……石英の窓板を収容する
ケース、９２，〜９９……ゴムのＯリング、１０
０，１０１，１０２，１０３……固定リング、１
０８，１０９……全反射鏡。

Claims

【特許請求の範囲】１キヤパシタに充電された電荷をスイツチ素子
を介してレーザ管内のスパークギヤツプを通して
放電励起用の他のキヤパシタを充電し、その電荷
を前記スパークギヤツプを通してアノード、カソ
ード間で放電させることによりレーザ発振を行う
パルスレーザにおいて、アノード、カソード、ス
パークギヤツプ、他のキヤパシタからなる第１お
よび第２の放電組立を、少なくとも、前記第１の
組立のアノード、カソードの放電方向と第２の組
立のアノード、カソードの放電方向が反対方向に
なるかまたは前記第１の組立のスパークギヤツプ
の放電方向と前記第２の組立のスパークギヤツプ
の放電方向が反対になり、各組立は同時に動作さ
せられるように構成したことを特徴とするパルス
レーザ管。２前記スイツチ素子はサイラトロンである特許
請求の範囲第１項記載のパルスレーザ管。３前記各組のキヤパシタとスパークギヤツプは
前記放電管内で直列に接続されている特許請求の
範囲第１項記載のパルスレーザ管。４前記各組のキヤパシタは前記放電管外に配置
され、それぞれ前記放電管内に配置されているス
パークギヤツプと直列に接続されている特許請求
の範囲第１項記載のパルスレーザ管。５前記各組立のアノード、カソードの放電方向
は反対でありかつスパークギヤツプの放電方向も
反対である特許請求の範囲第１項記載のパルスレ
ーザ管。