DE4131949C2

DE4131949C2 - Schalteinrichtungen für ein entladungserregtes Impulslasergerät

Info

Publication number: DE4131949C2
Application number: DE4131949A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Wakata; Akihiro Suzuki; Kenyu Haruta; Haruhiko Nagai; Akihiko Iwata; Shinji Murata; Isamu Tanakura; Tomohiro Sasagawa; Yuito Kimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2011-09-26
Also published as: GB9119426D0; GB2250131A; GB2250131B; US5305338A; DE4131949A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schalteinrichtungen für ein entladungserregtes Impulslasergerät gemäß den Ansprüchen 1, 7, 8 und 9.

Eine Schalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 7, 8 und 9 ist bekannt aus JP-2-44790 (A) und ebenfalls aus Rickwood, K.R., Serafetinides, A.A.: "Semiconductor preionized nitrogen laser" in: US Journal Rev. Sci. Instrum., vol. 57, Nr. 7, Juli 1986, Seiten 1299-1302.

Fig. 1 stellt das Schaltungsdiagramm einer Entladungsschaltung dar, die in einem Excimer (angeregtes Dimer)-Lasergerät als herkömmliches entladungserregtes Lasergerät verwendet wird. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen: 10 - eine Hochspannungsleistungsquelle; 11 - eine Ladedrossel, die an ein Ende der Hochspannungsleistungsquelle 10 angeschlossen ist; 2 - einen Ladekondensator, der in Reihe mit der Drossel 11 geschaltet ist; 9 - ein Paar Entladungselektroden, die zwischen den Ladekondensator 2 und das andere Ende der Hochspannungsleistungsquelle 10 geschaltet sind; 13 - einen Laserstrahl, der aus der Entladung zwischen den beiden Elektroden 9 hervorgeht; 12 - eine Ladedrossel, die parallel zu den beiden Elektroden 9 geschaltet ist; 8 - einen Kondensator, der parallel zu den beiden Elektroden 9 geschaltet ist und vom Kondensator 2 elektrische Ladungen aufnimmt; und 1 - ein Thyratron, das als Hochspannungsschalter dient und zwischen das andere Ende der Hochspannungsversorgungsquelle 10 und einem Knoten zwischen der Drossel 11 und dem Kondensator 2 angeschlossen ist. Die Elektroden 9 sind in einem Entladungsgas wie etwa einem Edelgas und Halogengas angeordnet.

Fig. 2 stellt eine perspektivische Ansicht eines Excimer-Lasergerätes dar, das die in Fig. 1 dargestellte Entladungseinrichtung verwendet. In Fig. 2 sind die gleichen Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 1 verwendet. Dabei wurden die Hochspannungsleistungsquelle 10 und die Drosseln 11 und 12 der Fig. 1 der Einfachheit halber fortgelassen.

In Fig. 2 ist das Thyratron 1 als Hochspannungsschalter in einem rohrförmigen Behälter 6 aus leitendem Material untergebracht. Ein Ende des Behälters 6 ist durch einen Deckel 7 aus Isoliermaterial verschlossen.

Eine Vielzahl von Ladekondensatoren 2 sind zeilenförmig gruppiert. Ein Ende der Leitung der Kondensatoren 2 ist mit Hilfe einer L-förmigen leitenden Platte 4 an ein Ende des Thyratrons 1 angeschlossen. Das andere Ende der Leitung der Kondensatoren 2 ist an eine langgestreckte leitende Platte 3 angeschlossen. Weiter ist ein parallelepipedisches Gehäuse 5 aus leitendem Material vorgesehen. Das Gehäuse 5 ist mit einem Entladungsgas gefüllt. Im Gehäuse 5 sind ferner zwei Elektroden 9 angeordnet. Eine der Elektroden 9 ist auf der leitenden Platte 3 montiert, während die andere auf dem Boden des Gehäuses 5 montiert ist. Ein Ende des Gehäuses 5 ist durch den Behälter 6 mit dem anderen Ende des Thyratrons 1 verbunden. Die Vielzahl der Kondensatoren 8 ist zwischen einer der inneren Seitenwände des Gehäuses 5 und der Seitenwand der leitenden Platte 3 angeordnet, wobei sich beide Seitenwände einander gegenüberstehen. In gleicher Weise ist die Vielzahl der Kondensatoren 8 zwischen der anderen der inneren Seitenwände des Gehäuses 5 und der Seitenwand der leitenden Platte 3 angeordnet, wobei sich beide Seitenwände einander gegenüberstehen.

Die so aufgebaute Anordnung kann elektrisch durch eine äquivalente Schaltung ausgedrückt werden, die im wesentlichen derjenigen der Fig. 1 entspricht.

Nunmehr wird die Betriebsweise der wie erwähnt aufgebauten Entladungsschaltung beschrieben.

Wenn gemäß Fig. 1 die Hochspannungsleistungsquelle 10 bei abgeschaltetem Thyratron 1 eingeschaltet wird, wird zum Laden des Kondensators 2 folgende Ladeschleife gebildet: Hochspannungsleistungsquelle 10 - Drossel 11 - Kondensator 2 - Drossel 12 - Hochspannungsleistungsquelle 10. Wenn das Thyratron 1 gezündet wird, wird folgende Ladetransferschleife gebildet: Kondensator 2 - Thyratron 1 - Kondensator 8. Der Kondensator 2 wird über die Ladetransferschleife entladen, und die entnommene Ladung wird in den Kondensator 8 geliefert. Entsprechend steigt die Spannung am Kondensator 8 an, also die Spannung zwischen den beiden Elektroden 9. Wenn sie die Entladespannung erreicht, erfolgt zwischen den beiden Elektroden 9 die Entladung. Die Entladung regt das im Gehäuse 5 befindliche Gas zur Aussendung eines pulsierenden Laserstrahls 13 an.

Die herkömmliche Entladungsschaltung benutzt das Thyratron 1 als Hochspannungsschalter. Das Thyratron 1 besitzt jedoch eine große Induktivität, so daß die Spannung zwischen den Elektroden 9 nur langsam ansteigt. Als Folge ergibt sich eine instabile Entladung. Da das Thyratron weiter eine Vorheizzeit benötigt und temperaturempfindlich ist, muß ein Temperaturregler vorgesehen werden.

Um mit diesem Problem fertig zu werden, wurde von den Anmeldern der vorliegenden Erfindung ein Schalter vorgeschlagen, der aus einer Anzahl von Hochgeschwindigkeitsschaltelementen wie beispielsweise FETs, IGBTs oder Thyristoren anstelle des Thyratrons besteht. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Schalteinrichtung 15 für ein Lasergerät, bestehend aus einer Anzahl von Hochgeschwindigkeitsschaltelementen 14, bei denen in Reihe geschaltete Elemente weiter parallelgeschaltet sind. Durch gleichzeitiges Einschalten aller Hochgeschwindigkeitsschaltelemente 14, welche die das Thyratron 1 der Fig. 1 ersetzende Schalteinrichtung 15 bilden, kann der Entladungsstrom vom Kondensator 2 abfließen.

Wenn die wie erläutert unter Verwendung der Hochgeschwindigkeitsschaltelemente 14 aufgebaute Schalteinrichtung 15 bei einem entladungserregten Impulslasergerät wie etwa dem Excimer-Lasergerät, angewandt wird, beeinflußt die Schaltgeschwindigkeit der Entladungsschaltung die Erregungswirksamkeit des Lasermediums. Um einen höheren Anregungswirkungsgrad zu erzielen, muß für die Entladungsschaltung ein Hochgeschwindigkeitsschalter verwendet werden. Im allgemeinen weisen aber Hochgeschwindigkeitsschalter niedrige Nennwerte für die Spannung und den Strom auf. Die Schalter müssen also im Verwendungsfalle serien-parallel geschaltet werden.

Falls bei einem Schalter, der aus serienparallel geschalteten Hochgeschwindigkeitsschaltern besteht, die Anzahl der serien-parallelgeschalteten Elemente größer ist, treten folgende Probleme auf:

a) Die mit dem Draht zusammenhängenden Induktivitätskomponenten nehmen zu.
b) Die Zuverlässigkeit der Drähte nimmt ab.
c) Verdrahtung und Wartung sind mit komplizierten Arbeiten verbunden.

Im Falle, daß für Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignete MOSFETs (900 V und 15 A als Nennwerte) als Schaltelemente 14 in der Entladungsschaltung des Excimer-Lasergerätes verwendet werden und der Schalter, bestehend aus den MOSFETs, Beanspruchungen von 30 kV und 4000 A aushalten muß, müssen die benötigten 9078 (34 × 267) Festkörperschaltelemente 14 serien-parallelgeschaltet werden. Daraus ergeben sich die oben angesprochenen Probleme.

Wenn insbesondere die Induktivität der Schaltung zunimmt, erniedrigt sich die Schaltgeschwindigkeit, so daß der Wirkungsgrad der Ladungsübertragung vom Kondensator 2 zum Kondensator 8 reduziert wird. Dies führt zu einer Abnahme des Laserschwingungswirkungsgrades. Aus diesem Grunde muß die Schaltungsinduktivität minimiert werden.

Falls weiter bei dem in Fig. 3 dargestellten Laserschaltgerät einige der in Reihe, parallel oder serien-parallelgeschalteten Hochgeschwindigkeitsschalter durch Kurzschluß zusammenbrechen, nimmt die dann an den normal arbeitenden Schaltern anliegende Spannung zu. Es ergibt sich also das Problem, daß an den normal arbeitenden Schaltern eine Spannung anliegt, die größer als die Nennspannung ist, so daß eine steile Impulsspannung den Hochspannungsschalter zerstört, falls das Lasergerät bei nicht beseitigter Schalterstörung weiterläuft. Diese Lage ergibt sich, wenn einige der Schalter durchschlagen, auch dann, wenn die Anzahl der Serien- und/oder Parallelanschlüsse so gewählt ist, daß jeder Hochgeschwindigkeitsschalter eine Nennspannung besitzt, die größer als die erforderliche Spannung ist. Selbst im Falle, daß einige der in Reihe und/oder parallelgeschalteten Hochspannungsschalter kurzschließen, aber die verbleibenden Schalter normal funktionieren, kann es dem Bediener nicht gelingen, den Schalterfehler zu finden. Dies führt zu einer sehr gefährlichen Situation.

Um die Schalteinrichtung 15 aufzubauen, wird eine Vielzahl von FETs 14 (in der nachfolgenden Beschreibung wird das Hochgeschwindigkeitsschaltelement 14 als FET 14 bezeichnet) in einem einzelnen Modul miteinander verbunden. Eine Vielzahl solcher Module werden zu einer Schalteinrichtung 15 zusammengeschaltet.

Fig. 4 stellt eine perspektivische Ansicht eines Excimer-Lasergerätes dar, das die aus den Modulen bestehende Schalteinrichtung 15 verwendet, und zwar anstelle des Thyratrons 1. In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der Fig. 2.

In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 20 das genannte Modul mit einer Anschlußplatte 20a. Ein Satz von Modulen 20 ist jeweils auf den leitenden Platten 617 montiert. Die leitenden Platten 617 sind durch die Anschlußplatten 20a der Module 20 miteinander verbunden. Die leitenden Platten 617 sind auf Isolierelementen 19 plaziert, die auf beiden Seiten einer leitenden Platte 618 mit T-förmigem Dachteil aufgelegt sind. Die Anschlußplatten 20a des Modulsatzes 20 an den obersten leitenden Platten 617 sind mit dem T-förmigen Dachteil der leitenden Platte 618 verbunden. Obwohl im vorliegenden Falle die untersten leitenden Platten 617 mit einem Gehäuse 5 einstückig verbunden sind, können die leitenden Platten 617 auch getrennt vom Gehäuse 5 ausgebildet werden. Das untere Ende der leitenden Platte 618 ist an das eine Ende einer Vielzahl von Kondensatoren 2 angeschlossen.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des so aufgebauten Lasergerätes beschrieben.

Zunächst wird von der Hochspannungsleistungsquelle 10 Spannung an das obere Ende der leitenden Platte 618 angelegt. Die Kondensatoren 2 werden über die leitende Platte 618 geladen. Dann werden alle FETs 14 in allen Modulen 20 zur Bildung der folgenden Ladetransferschleife eingeschaltet: Kondensator 2 - Schalteinrichtung 15 - Gehäuse 5 - Kondensator 8. Damit wird die Ladung von den Kondensatoren 2 an die Kondensatoren 8 übertragen. Infolgedessen steigt die zwischen den Elektroden 9 angelegte Spannung an und die Entladung selber beginnt.

Bei dem hier besprochenen Lasergerät werden alle FETs 14 mit hoher Geschwindigkeit eingeschaltet. Die Spannung zwischen den Elektroden 9 steigt scharf an und liefert eine stabile Entladung.

Bei dem Aufbau, den die aus FET-Modulen bestehende Schalteinrichtung des Lasergerätes der Fig. 4 besitzt, kann die im Betrieb in den FETs 14 innerhalb der Module erzeugte Wärme die Module 14 schädigen.

Fig. 5 stellt eine Querschnittsansicht des Moduls 20 dar. Der Modul 20 enthält eine Schaltung, in der eine Vielzahl von FETs 14 gleichzeitig eingeschaltet werden. Eine allen FETs 14 gemeinsame Drain-Elektrode 190 ist auf der oberen Oberfläche des Moduls 20 angeordnet. Eine allen FETs gemeinsame Source-Elektrode 200 sowie eine Gate-Elektrode 210 sind auf der unteren Oberfläche des Moduls 20 angebracht. Die Drain-Elektrode 190 besitzt die Form einer dünnen Platte, während die Source-Elektrode 200 und die Gate-Elektrode 210 als Leitungsstiftklemmen ausgebildet sind und von der Seitenkante des Moduls 20 nach außen abstehen.

Der die Schalteinrichtung 15 bildende Modul 20, der aus einer Anzahl von Festkörperschaltelementen wie beispielsweise FETs besteht, ist in der in Fig. 5 dargestellten Weise aufgebaut. Wie ersichtlich, stehen die Source-Elektrode 200 und die Gate-Elektrode 210 von der unteren Oberfläche des Moduls 20 ab. Eine der Möglichkeiten zur Herstellung der Schalteinrichtung 15 unter Verwendung einer Anzahl von Modulen 20 besteht darin, die Module 20 zweidimensional zu gruppieren, wie Fig. 4 zeigt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Module 20 in einem Stapel anzuordnen. Insbesondere macht es bei der Stapellösung der Modulen das Vorspringen der stiftklemmenartigen Elektroden an der unteren Oberfläche der Module 20 schwierig, die Module zu stapeln und Platz zu sparen. Es ist daher schwierig, die Schalteinrichtung kompakt und miniaturisiert auszubilden. Weiter ist die Induktivität der Schaltung hoch.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht der Kombination des Moduls 1116 mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Moduls. Der Modul 1116 enthält eine Vielzahl von FETs. Die Steuereinheit 1117 zum Ansteuern und Regeln des Moduls ist auf einer Substratplatte 1117a angebracht. Die Steuereinheit 1117 legt über Zuleitungsdrähte 1118 Steuersignale an den Modul 1116 an.

Fig. 7 stellt eine perspektivische Ansicht eines Excimer-Lasergerätes dar, das die Steuereinrichtung 15, bestehend aus den Modulen 20 anstelle des Thyratrons 1, verwendet. In der Figur werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 6 verwendet.

Gemäß Fig. 7 ist eine Anzahl von Modulen 1116 in Modulgruppen unterteilt, von denen jede aus einer vorbestimmten Anzahl von Modulen besteht. Jede Modulgruppe ist auf einer leitenden Platte 1119 angebracht, die an einer Seite einer leitenden Platte 1120 angeordnet ist. Das untere Ende der leitenden Platten 1120 ist mit dem einen Ende jeweils eines Kondensators 2 verbunden. Ein das Gehäuse 5 und dergleichen aufnehmender Behälter 1121 besitzt ein Loch 1121a, durch das ein Laserstrahl 13 nach außen tritt.

Die Betriebsweise des wie beschrieben aufgebauten Lasergerätes ist die gleiche wie die des in Fig. 4 dargestellten Gerätes.

Bei der gemäß Fig. 6 aufgebauten Schalteinrichtung 15, bestehend aus den Modulen mit einer Vielzahl von Festkörperschaltelementen, sind die Steuereinheit 1117 und das Modul 1116 mit Hilfe der Zuführungsdrähte 1118 angeschlossen. Bei einem solchen Anschluß hängt die Steuereinheit 1117 über die Zuleitungsdrähte 1118 vom Modul 1116 herab, so daß eine Anzahl von Anschlußpunkten benötigt wird. Daher treten häufig Versager auf. Falls weiter die Längen der Zuleitungsdrähte 1118 ungleich sind, sind die Ansteuerungszeiten ungleichmäßig, so daß das Schaltleistungsvermögen verschlechtert wird. Falls die Ungleichmäßigkeit der Ansteuerungszeiten groß ist, wird Überspannung an eine geringere Anzahl von Festkörperschaltelementen angelegt, was möglicherweise zur Zerstörung der Elemente führt.

Fig. 8 stellt das Blockschaltbild einer herkömmlichen Steuerschaltung 211 zur Steuerung der Hochgeschwindigkeits-Festkörperschaltelemente 14 dar. Die Steuereinheit 211 ist so aufgebaut, daß ein Triggerkreis 213 auf einem Substrat 212 angebracht ist und über die auf dem Substrat 212 angebrachten Signalleitungen 214 bis 217 sowie über die Triggerklemmen 218 der Schaltelemente 14 ein Triggersignal an die Schaltelemente 14 anlegt.

Die wie beschrieben aufgebaute Schalteinrichtung 15 bestehend aus der Vielzahl von Schaltelementen 14 weist die nachfolgenden Probleme im Rahmen des Schaltbetriebes auf.

Diese Schaltprobleme sollen unter Heranziehung eines Falles beschrieben werden, bei dem die Schalteinrichtung 15 in Verbindung mit dem Excimer-Lasergerät verwendet wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird als "Schaltzeit" diejenige Zeitdauer definiert, welche die am Kondensator 2 der Fig. 1 liegende Spannung benötigt, um von 90% auf 10% eines vorbestimmten Spannungswertes zu fallen. Die Anstiegszeit der an das Elektrodenpaar 9 der Fig. 1 angelegten Hochspannung liegt zwischen 100 und 300 ns. Die Schaltzeit der Schalteinrichtung 15, die bei dieser Anstiegszeit benötigt wird, muß bei 50 ns oder weniger liegen. Falls die Schalteinrichtung 15 aus einer Anzahl von Hochgeschwindigkeitsschaltelementen 14 besteht, treten viele Probleme dann auf, wenn die Schaltelementen 14 asynchron geschaltet werden. Wenn beispielsweise die Schaltzeit der gesamten Schalteinrichtung 15 verlängert wird, fließt ein Überstrom in das früher als die anderen Schaltelemente geschaltete Schaltelement 14, und es wird eine Überspannung an das später als die anderen Elemente geschaltete Schaltelement 14 angelegt. In den letzten beiden Fällen werden die Schaltelemente beschädigt bzw. in ihrer Lebensdauer reduziert. Es ist daher besser und notwendig, die Schaltoperationen der Schaltelemente 14 zu synchronisieren, so daß vor dem Abfallen der ein Schaltelement betreffenden Spannung auf 20% nach dem Einschalten der Schaltelemente 14 die übrigen Schaltelemente 14 eingeschaltet sind. Das bedeutet, daß die Synchronisation in einer Zeit von 10 ns oder weniger erfolgt sein muß.

Die Steuerschaltung 211 der Fig. 8 ist so getroffen, daß ein Triggerkreis 213 ein Triggersignal an die jeweiligen Schaltelemente 14 anlegt. Daher besitzen die Signalleitungen 214 bis 217 untereinander nicht die gleiche Länge. Die Folge ist, daß die Schaltelemente 14 in unterschiedlichen Zeitpunkten angesteuert werden. Die Schaltoperationen dieser Elemente können also nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer synchronisiert sein. Es tritt also eine Schwankung beim Abfall der Spannung auf, wie Fig. 9 zeigt, wobei die Schaltzeit eine vorbestimmte Schaltdauer (beispielsweise 50 ns) überschreitet.

Bei der Serien-Parallelschaltung der Schalteinrichtung 15 gemäß Fig. 3 wird bei Fortfall der Koinzidenz der Leitungszeiten der Parallelschaltungen Überspannung an die etwas später leitend werdenden Parallelkreise angelegt, was möglicherweise die Hochgeschwindigkeits-Festkörperelemente 14, wie etwa FETs, zerstört. Um dieses Problem zu bewältigen, wurden von den Anmeldern dieser Erfindung die in Fig. 10 und 11 dargestellten Schutzschaltungen 316 vorgeschlagen.

Die in Fig. 10 dargestellte Schutzschaltung 316 ist so aufgebaut, daß eine Rückstromblockierdiode 317 und eine Parallelschaltung bestehend aus einem Kondensator 318 und einem Widerstand 319 in Reihe geschaltet sind. Die Schutzschaltung 316 ist jedem Parallelkreis 320, bestehend aus den Schaltelementen (FETs) 14, parallelgeschaltet.

Bei der so aufgebauten Schutzschaltung 316 wird beim Anlegen einer Überspannung an die Parallelschaltung 320 und beim Durchfluß des Stromes durch die Parallelschaltung der Kondensator 318 allmählich durch die Diode 317 entsprechend einer Zeitkonstanten aufgeladen, die durch den Kondensator 318 und den Widerstand 319 bestimmt wird. Daher wird die Überspannung nicht sofort an die Schaltelemente 14 angelegt, wodurch diese geschützt sind.

Bei der in Fig. 11 dargestellten Schutzschaltung 316′ sind eine Rückstromblockierdiode 321 und ein FET 322 in Reihe geschaltet. Eine aus einer Zenerdiode 323, einer Rückstromblockierdiode 324 und einem Widerstand 325 bestehende Serienschaltung ist von der Kathode der Rückstromblockierdiode 321 abgezweigt. Ein Knoten zwischen der Rückstromblockierdiode 324 und dem Widerstand 325 ist mit der Gateklemme eines FET 322 verbunden.

Wenn bei der Schutzschaltung eine Überspannung an den Parallelkreis 320′ angelegt wird, wird die Zenerdiode 323 über die Rückstromblockierdiode 321 leitend und es erscheint eine Spannung am Widerstand 325. Diese Spannung gelangt an die Gateklemme des FET 322, der seinerseits leitend wird. Dadurch fließt ein durch die Überspannung verursachter Strom durch die Diode 321 und den FET 322, wodurch die Schaltelemente (FETs) 14 geschützt sind.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, stellen die Schutzschaltungen 317 der Fig. 10 und 11 Bypässe für den durch die Überspannung erzeugten Strom dar.

Bei der Schalteinrichtung 15 mit den wie beschrieben aufgebauten herkömmlichen Schutzschaltungen 316, 316′ treten im Falle, daß die Schalteinrichtung 15 gemäß Fig. 1 an die Entladungsschaltung angeschlossen wird, die nachfolgenden Probleme auf.

Wenn bei jeder der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Parallelschaltung 320, 320′ eine Leistungsquelle (nicht dargestellt) links in den Figuren angebracht ist, ist die Induktivität L des Stromleiters, der für den Strom I an einer, der Leistungsquelle nahegelegenen Stelle eine Stromschleife bildet, kleiner als die an einer, von der Stromquelle weiter abliegenden Stelle bestehende Induktivität.

Fig. 12 stellt ein Diagramm zur Erläuterung der diesbezüglichen Gründe dar. In der Figur ist eine Fläche der Stromschleife des Stromes I mit A bezeichnet, während ihre Tiefe mit "l" bezeichnet ist. In der tatsächlichen Schaltung sind die Parallelkreise 320, 320′ parallel zueinander gruppiert, wobei sie sich in der Richtung "l" erstrecken. Dementsprechend bedeutet "l" die Länge der Gruppierung und wird in der nachfolgenden Beschreibung als eine fixe Länge betrachtet.

Gemäß Fig. 12 ist die Induktivität L des die Stromschleife I bildenden Leiters durch folgende Formel gegeben:

L = µ₀ × (A/l) (1)

wobei µ₀ die Dielektrizitätskonstante ist.

Die Gleichung (1) gibt an, daß in Fig. 12 die Induktivität L zur rechten Seite der Stromschleife I hin größer wird. Die von der Stromschleife I umgrenzte Querschnittsfläche wird als die "Innenseite der Stromschleife" bezeichnet. Die Induktivität L einer Unterstromschleife innerhalb der Hauptstromschleife ist kleiner als diejenige außerhalb der Hauptstromschleife. Genauer gesagt ist bei jeder Schaltung der Fig. 10 und 11, was die Schaltelemente (FETs) 14 anbetrifft welche die Parallelkreise 320, 321′ bilden, die Induktivität L der Stromschleife für die Schaltelemente (FET) 14 auf der linken Seite klein, während sie für die Schaltelemente (FET) 14 auf der rechten Seite groß ist. Der Strom I hängt in folgender Weise von der Induktivität L ab:

Darin bedeutet: Vo die Spannung; C die zusammengesetzte Kapazität der Kondensatoren 2 und 8; und t die Zeit.

Fig. 13 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wellenformen des Stromes I bei zwei unterschiedlichen Induktivitäten L und L′ (L′ < L) dar. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, wird im Falle der kleinen Induktivität L′ die Stromwellenform in kurzer Zeit steil.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, wird in den Schaltungen der Fig. 10 und 11, selbst bei Verwendung der Schutzschaltung 316, eine Überspannung schneller an die Schaltelemente (FETs) 14 der linken Seite, das heißt in der Innenseite der Stromschleife, angelegt, als an den Schutzschaltungen 316, 316′. Infolgedessen werden die Schaltelemente (FETs) zerstört.

Die Fig. 14(a) und 14(b) stellen Schaltungsdiagramme einer herkömmlichen Pulserzeugungsschaltung für ein entladungserregtes Impulslasergerät dar, das in der japanischen Patentanmeldung Nr. Heisei 2-34251 (veröffentlicht am 23. 10. 1991) offenbart ist. In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen: 42 - eine Ladedrossel; 43 - eine Ladediode; 44 - einen Hauptkondensator zum Laden und Entladen; 45 - einen Ladewiderstand; 46 - einen spitzenimpulsliefernden Kondensator; und 47 - eine Entladungsröhre (Laserrohr) zur Erzeugung eines Laseroutputs durch Beheizen und Verdampfen von darin enthaltenem Metall (beispielsweise Kupfer) durch die Gasentladung. Ein Schalter 415 zur Impulserzeugung besteht aus einer Anzahl von FETs als Festkörperschaltelemente. Die FETs sind untereinander parallelgeschaltet und die Parallelschaltungen sind in Reihe geschaltet. Ein spezieller FET 49A (auch Überspannungsschutz-FET genannt) der FETs 49 jeder Parallelschaltung ist so angeschlossen, daß das Gate des FETs 49A nicht mit den Gates der anderen FETs 49 verbunden ist.

Eine Reihenschaltung bestehend aus einer Zenerdiode 411 und einer Diode 412 ist zwischen das Gate und das Drain des Überspannungsschutz FETs 49A geschaltet. Ein Widerstand 413 ist zwischen das Gate und die Source des FETs 49A geschaltet. Die Zenerdiode 411, die Diode 412 und der Widerstand 413 bilden eine dynamische Klemmschaltung. Eine Diode 420, die an den Drain des FET 49A angeschlossen ist, stellt eine Rückstromsperrdiode dar.

Wenn ein Gatesignal an die serien-parallelgeschalteten FETs 49 angelegt wird, werden dieselben eingeschaltet. Durch diese FETs 49 wird eine am Hauptkondensator 44 liegende große Ladespannung an die Entladungsröhre 47 angelegt, die dieser den Entladestrom zuführt. Falls die Koinzidenz der Schaltzeiten der FETs 49 einer FET-Reihenschaltung verloren geht, also beispielsweise die Schaltzeit t₁ eines der FETs 49 in der ersten Serienanschlußstufe S₁ der Stufen S₁ bis Sn hinter der Schaltzeit t₀ der FETs 49 der übrigen Serienanschlußstufen zurückbleibt (Fig. 15(a)), gelangt eine große Spannung konzentriert an die Source-Drain-Pfade der FETs der ersten Serienanschlußstufe (Fig. 15(b)). Unter diesen Umständen werden die FETs 49 in der ersten Serienanschlußstufe möglicherweise beschädigt. Wenn die die Zenerspannung Vb der Fig. 16 überschreitende Überspannung an die Zenerdiode 411 gelangt, die zwischen den Drain und das Gate des FET 29A geschaltet ist, welcher parallel zum FET 49 der ersten Serienanschlußstufe liegt, fließt Strom durch die Diode 412 zum Widerstand 413, da die Diode einer die Spannung Vb überschreitenden Spannung nicht standhalten kann. Der in den Widerstand 413 fließende Strom b verläuft in der in Fig. 15(d) dargestellten Form. Dementsprechend steigt die Spannung am Widerstand 413 an, und ebenso steigt die Gatespannung an (Fig. 15(c)). Wenn die Gatespannung die Schwellenspannung überschreitet, wird der Drain-Source-Pfad des FET 49A sofort leitend. Unter diesen Umständen fließt der Strom konzentriert durch den Drain-Source-Pfad des FET 49A, während er andernfalls im Nebenschluß in die jeweiligen FETs der ersten Reihenanschlußstufe gelangt. Dabei wirkt die Streuinduktivität 421 störend auf die Source des FETs 49, und eine Parallelstreuinduktivität 422 parallel auf die Source des FETs 49A ein, wie aus Fig. 14(b) hervorgeht. In der Schaltung der Fig. 14 ist die Anordnung der Schaltungskomponenten gewöhnlich so getroffen, daß die Streuinduktivität 422 einen kleinen Wert besitzt. Falls dies nicht der Fall ist, steigt der durch den Widerstand 413 fließende Strom e_b nur träge an, so daß der Anstieg der Gate-Spannung des FETs 49 nur mäßig ausfällt. Der Leitungszustand des FETs 49A verzögert sich, wodurch seine Schutzfunktion unwirksam wird. Dies ist der Grund, warum die Streuinduktivität 422 kleiner als die Streuinduktivität 421 gewählt wird. Dementsprechend fließt unmittelbar nach dem Schalten des FET der Rückstrom aufgrund der in den Streuinduktivitäten 421 und 422 gespeicherten elektrischen Energie in den FET 49A mit der niedrigen Induktivität. Die Rückstromsperrdiode 420 blockiert das stoßartige Einströmen des Rückstromes in den FET 49A, wodurch dieser vor der Zerstörung durch den Rückstrom geschützt wird.

Bei der wie beschrieben aufgebauten Impulserzeugungsschaltung kann im Falle, daß die Leitungszeiten der serien-parallelgeschalteten FETs gestaffelt sind, derjenige FET in der Bank (zum Beispiel der FET 49A), in welcher der Leitungszeitpunkt nachhinkt, durch eine angelegte Überspannung zerstört werden. Um dieses Problem zu beherrschen, ist eine dynamische Klemmschaltung mit jedem FET in Reihe geschaltet, wodurch das Anlegen der Überspannung an den FET verhindert wird. Da aber die Zerstörung des FETs durch Überspannung auf der momentanen Entladung der elektrischen Energie beruht, kann selbst die Ansprechverzögerung der Zener-Diode nicht vernachlässigt werden. Eine leichte Ansprechverzögerung kann im Zusammenhang mit ungünstigen Umständen möglicherweise zu einer Zerstörung durch Überspannung führen.

Die Fig. 17 und 18 stellen jeweils eine Seitenansicht sowie eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen entladungserregten Lasergerätes dar, wie es in der japanischen Patentanmeldung Nr. Heisei 2-163228 (veröffentlicht am 20. 2. 1992) offenbart ist. In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 1A und 1B Festkörperschaltelemente mit einer Schaltzeit von 500 ns oder weniger. Strahlungsplatten 2A und 2B sind zur Kühlung der Festkörperschaltelemente 1A und 1B vorgesehen. Leitende Platten 3A, 3B, 60, 7A und 7B erlauben den Durchtritt starker Ströme. Weiter bezeichnen die Bezugszeichen: 2 - einen Ladekondensator; 5 - ein Gehäuse; 8 - einen spitzenimpulsliefernden Kondensator; und 9 - Entladungselektroden.

Fig. 19 zeigt die elektrische Schaltung des Entladungsteils der Fig. 17 und 18. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Hochspannungsleistungsquelle, während die Bezugszeichen 11 und 12 Ladedrosseln bezeichnen.

Die Betriebsweise der in Fig. 19 dargestellten Entladungsschaltung ist die gleiche wie die der in Fig. 1 dargestellten Entladungsschaltung, bei der das Thyratron 1 anstelle der Festkörperschaltelemente 1A und 1B benutzt wird. Bei der in Fig. 19 dargestellten Schaltung sind die Festkörperschaltelemente 1A und 1B in einer Vielzahl von Stufen gestapelt, um eine hohe Durchbruchspannung zu erzielen. Eine Anzahl von Bänken von Schaltelementen sind in der optischen Achse parallel angeordnet, um eine große Stromkapazität zu erreichen. In der zur optischen Achse orthogonalen Richtung sind die Schaltgruppen zu beiden Seiten einer Phantomlinie angeordnet, die durch die beiden Entladungselektroden läuft. Es sind zwei Entladungsenergietransferschleifen gebildet. Die eine ist eine im Gegenuhrzeigersinn verlaufende Schleife folgender Zusammensetzung: Ladekondensator 2 - leitende Platte 60 - leitende Platte 7A - Festkörperschaltelement 1A - leitende Platte 3A - leitende Platte 60 - Ladekondensator 2. Die andere Schleife ist eine im Uhrzeigersinn verlaufende Schleife mit folgender Zusammensetzung: Ladekondensator 2 - leitende Platte 60 - leitende Platte 7B - Festkörperschaltelement 1B - leitende Platte 3b - leitende Platte 60 - Ladekondensator 2. Die Stromflußrichtung der einen Schleife ist derjenigen der anderen Schleife entgegengesetzt, so daß sich die von den Strömen erzeugen Induktionen auslöschen. Weiter sind die Schaltelemente 1A und 1B in Richtung der optischen Achse getrennt voneinander angeordnet. Eine solche Anordnung der Schaltelemente vermeidet erfolgreich die Erscheinung der zeitweiligen Stromkonzentration, die dann auftreten kann, wenn ein Thyratron als Schaltelement benutzt wird. Als Ergebnis wird eine beträchtliche Verringerung der Induktivität der Ladungstransferschleife und der entsprechenden Zunahme von dv/dt erreicht. Entsprechend wird eine gleichmäßige und stabile Entladung erzielt. Wenn beispielsweise die Schaltelemente 1A und 1B mit einer Schaltzeit von 40 ns verwendet werden, wird eine Gesamtinduktivität von 100 nH oder weniger erreicht.

Bei der wie beschrieben aufgebauten Festkörperschalteinrichtung werden die Abschnitte der Schalteinrichtung in der Nähe der Strahlungsplatten ausreichend gekühlt, während der innere Abschnitt und einige spezifische Abschnitte nur ungenügend gekühlt werden. Die Folge ist, daß eine nicht gleichmäßige Temperaturverteilung in jedem Festkörperschaltelement auftritt, also in Schaltern wie etwa FETs, IGBTs und SITs oder in anderen Schaltertypen mit Schaltzeiten, die mit denen der vorherigen Schalter vergleichbar sind, wobei diese unterschiedliche Temperaturverteilung auch in den die Vielzahl der Schaltelemente enthaltenden Modulen auftritt. Infolgedessen sind die Schaltkennlinien dieser Elemente ebenfalls ungleichmäßig, so daß eine Überspannung an die später eingeschalteten Schalter gelangt. Im äußersten Falle werden die betreffenden Schalter zerstört.

Fig. 20 stellt das Schaltdiagramm eines herkömmlichen entladungserregten Impulslasergerätes dar. Fig. 21 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung von Wellenformen zwecks Erläuterung der Betriebsweise des Impulslasergerätes dar. In Fig. 20 bezeichnen die Bezugszeichen: 141 - einen Kondensator zum Speichern der Energie für die Hauptentladung; 142 - einen spitzenimpulsliefernden Kondensator; 143 - eine Ladungsinduktivität; 144 - einen Hochspannungsschalter wie etwa ein Thyratron zum Einleiten der Entladung; 145 - eine erste Hauptelektrode, die innerhalb eines Lasermediums 1410 angeordnet ist, wobei die Längsrichtung derselben mit der Richtung der optischen Laserachse übereinstimmt; 146 - eine zweite Hauptelektrode mit einer Vielzahl von Löchern, die gegenüber und unter Belassung eines vorbestimmten Zwischenabstandes der ersten Hauptelektrode 145 angeordnet ist; 147 - ein dielektrisches Material, das zwischen die zweite Hauptelektrode 146 und eine Hilfselektrode 148 sandwichartig eingefügt ist; und 149 - einen Hochspannungsgenerator. Der Buchstabe A bezeichnet eine ausschließlich für eine vorbereitende Ionisation benutzte Schaltung. Die für die Abstimmung der Schwingungsperiode vorgesehene Schaltung besteht aus den Induktivitäten 1411A, 1411B sowie einem Kondensator 1412, die direkt miteinander verbunden sind und zur Einstellung der Zeitkonstanten dienen. Das Bezugszeichen 1413 kennzeichnet den Mittelpunkt zwischen dem Kondensator 1412 für die Einstellung der Zeitkonstanten und der Hilfselektrode 148.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des wie beschrieben aufgebauten entladungserregten Impulslasergerätes erläutert. Der Kondensator 141 wird durch die Ladeinduktivität 143 mit Hilfe einer Hochspannung aufgeladen, während der Kondensator 1412 mit einer Hochspannung durch die Ladeinduktivitäten 1411A und 1411B aufgeladen wird. Der Ladestrompfad für den Kondensator 141 ist mit 141X bezeichnet, während der betreffende Pfad für den Kondensator 1412 mit 141Y bezeichnet ist. Sodann wird der Hochspannungsschalter 144 eingeschaltet. Die am spitzenimpulsliefernden Kondensator 142 liegende Spannung, d. h. die Spannung zwischen der zweiten Hauptelektrode 146 und der Hilfselektrode 148, steigt entsprechend der Spannung V in Fig. 21 an. Strom mit einer in Fig. 21 durch I_A gekennzeichneten Wellenform, der zum Laden des spitzenimpulsliefernden Kondensators 142 sowie einer von der zweiten Hauptelektrode 146 und der Hilfselektrode 148 gebildeten Kapazität dient, fließt durch den Kondensator 141. Die Durchflußrate des Stromes 142X wird bestimmt durch die kombinierte Kapazität der Kondensatoren 141 und 142, die Kapazität des durch die zweite Hauptelektrode 146 sowie die Hilfselektrode 148 gebildeten Kondensators, und durch eine Streuinduktivität in der Schaltung. Sie steigt innerhalb von 50 bis 100 ns als Strom I_B gemäß Fig. 21 an. Gleichzeitig enthält die Schaltung bzw. die für die vorbereitende Ionisierung bestimmte Schaltung A, die aus den Induktivitäten 1411A und 1411B, dem Kondensator 1412 besteht, welcher die Zeitkonstante einstellt, die Hilfselektrode 148, das dielektrische Material 147, die zweite Hauptelektrode 146 und der Hochspannungsschalter 144. Die Ladung, die im Kondensator 1412 zur Einstellung der Zeitkonstanten und in dem aus der zweiten Hauptelektrode 146, dem dielektrischen Material 147 und der Hilfselektrode 148 aufgebauten Kondensator gespeichert wurde, wird durch den Pfad 142Y entladen. Aufgrund der Entladung tritt im Bereich der Vielzahl der Löcher der zweiten Hauptelektrode 146 eine Kriechentladung und damit eine vorbereitende Entladung auf.

Es sei angenommen, daß die Kapazität der der vorbereitenden Ionisierung gewidmeten Schaltung A den Wert C besitzt und die Summe der Induktivitäten der gleichen Schaltung den Wert L aufweist. Dann beträgt die Schwingungsperiode

Im allgemeinen beträgt die für die vorbereitende Ionisation benötigte Ladungsmenge ungefähr 1% der Ladungsmenge der Hauptladung. Durch Einstellen eines kleinen Wertes von C kann die Schwingungsperiode der Schaltung A für die vorbereitende Ionisation auf 1/10 der Schwingungsperiode der Hauptentladungsschaltung oder auf weniger bemessen werden. Die Wellenformen der Operation sind in Fig. 21 dargestellt. Wie ersichtlich, schwingt bis zum Auftreten der Hauptentladung der Strom I_B für die vorbereitende Ionisierung zwei- bis dreimal und verbessert dadurch die Gleichmäßigkeit der vorbereitenden Ionisation. Dadurch wird der Übergang der Hauptentladung in einen Lichtbogen unterdrückt und somit ein gleichförmiger Hauptentladungszustand herbeigeführt.

Bei dem wie beschrieben aufgebauten herkömmlichen entladungserregten Impulslasergerät konzentriert sich im Falle der Verwendung eines Thyratrons als Hochspannungsschalter für den Entladungsbeginn der Strom der Entladungsschaltung an den Elektroden und verursacht eine große Induktivität. Diese macht es schwierig, mit hoher Geschwindigkeit zu schalten. Um dieses Problem zu meistern, ist eine Maßnahme getroffen worden, bei der der Strom der Hauptentladungsschaltung zeitweilig, beispielsweise durch eine sättigbare Drossel, begrenzt wird, wobei die vorbereitende Entladung während der Strombegrenzungsperiode durchgeführt wird. Diese Maßnahme führt jedoch zu einer komplizierten Schaltungskonfiguration.

Fig. 22 stellt die Schaltung einer Basisimpulserzeugungsschaltung zur Verwendung in einem herkömmlichen Laseroszillator dar, der in der Publikation: IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-15, No. 5, Mai 1979, PP311-313, offenbart ist. Die Impulserzeugungsschaltung weist einen als LC-Inverterschaltung bezeichneten Impulskreis auf. In Fig. 22 bezeichnen die Bezugszeichen: 161 - ein Thyratron, das als Hochspannungsschalter dient; 162 - einen ersten Kondensator C₁; 163 - einen zweiten Kondensator C₂; 164 - eine Hochspannungsleistungsquelle; 165 - einen Ladewiderstand; und 166 - einen Entladungsteil.

Im Betrieb speist die Hochspannungsleistungsquelle 164 Ladestrom in die folgenden beiden Ladeschleifen: eine erste Ladeschleife mit einem induktiven Element L, einer Diode D, dem zweiten Kondensator 163 und dem Ladewiderstand 165; und eine zweite Schleife mit dem induktiven Element L, der Diode D und dem ersten Kondensator 162. Infolge des Stromflusses wird die Ladung in beiden Kondensatoren gespeichert. Dabei weist die Spannung im Punkte A den Wert Null auf. Dann wird das Thyratron 161 als Hochspannungsschalter geschlossen und die Entladung durch eine Schleife, bestehend aus dem ersten Kondensator 162 und dem Thyratron 161 transferiert. Als Ergebnis steigt die Spannung im Punkte A auf den doppelten Wert an. Mit fortschreitender Entdeckung steigt die Spannung zwischen den Hauptelektroden im Entladungsteil 161 rasch an, wobei eventuell ein Entladungsraum durchbricht. Die im Kondensator gespeicherte Energie wird in den Entladungsteil 166 gespeist. Das Gas im Entladungsraum wird zur Aussendung eines Laserstrahls durch stimulierte Emission angeregt. In der LC-Inverterschaltung kann die Ladespannung niedriger als die für den Entladungsteil 166 benötigte Spannung sein. Darum kann ein Schalter mit einer niedrigen Haltespannung als Hochspannungsschalter verwendet werden. Zusätzlich kann die Größe der Hochspannungsleistungsquelle 164, etc., reduziert werden.

Fig. 23 zeigt die Schaltung des Entladungsteils eines herkömmlichen entladungserregten Lasergerätes. Die Schaltung weist zusätzlich einen Schalter 167 mit magnetischer Sättigung und einen spitzenimpulsliefernden Kondensator 168 auf. Bei dieser Schaltung wird der in den Entladungsteil 166 fließende Strom zeitweilig unter Nutzung der Kennlinie des magnetischen Sättigungsschalters 167 abgeschaltet. Soweit das magnetische Glied des Sättigungsschalters 167 nicht gesättigt wird, ist seine Impedanz ωL extrem hoch. Wenn das magnetische Glied gesättigt ist, nimmt die Impedanz abrupt ab. Wenn beispielsweise das Thyratron 161 eingeschaltet ist, ist die Impedanz ωL des magnetischen Sättigungsschalters 167 groß, so daß der Anstieg des Entladungsstromes verzögert wird. Wenn der magnetische Sättigungsschalter 127 gesättigt ist, wird Ladung in den spitzenimpulsliefernden Kondensator 168 übertragen, wobei sie eine Hochspannung an dem Entladungsteil 166 anlegt, um die Entladung einzuleiten.

Das herkömmliche entladungserregte Impulslasergerät ist wie beschrieben strukturiert. Entsprechend ist eine Impulsschaltung, die das induktive Element enthält, in der Ladungstransferschleife, die das Thyratron enthält, angeordnet, so daß die Ansprechzeit der Schleife groß ist. Demgemäß ist auch die Ladezeit für die Spannungsumkehr in der Schleife mit dem ersten Kondensator 162 und dem Thyratron 161 lang. Die Folge ist, daß die Entladung schon beginnt, ehe die Spannung im Punkte A verdoppelt ist. Dadurch reicht die in den Entladungsteil gelieferte Ladungsmenge nicht aus, so daß der Wirkungsgrad der resultierenden Schwingung des Lasergerätes unbefriedigend ist.

Der magnetische Sättigungsschalter ist hier insoweit von Vorteil, als die Spannung im Punkte A verdoppelt wird und die Belastung für das Thyratron klein ist. Da aber der magnetische Sättigungsschalter ein aktives Element ist, verändert sich mit der Änderung der Ladespannung oder der Umgebungstemperatur auch die Schaltzeit. In dieser Hinsicht bestehen Schwierigkeiten bei der Verwendung dieses Schaltertyps. Fig. 24 stellt das Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Erregerschaltung für einen Excimer-Laser dar, wie er in dem Dokument: "Electrical Society Technical Report" (Teil II), No. 217 (Present State of Shortwave Laser), Seite 5, Ausgabe April, 1986 (Showa 61) diskutiert wird. In Fig. 24 bezeichnen die Bezugszeichen: 171 und 172 - Hauptentladungselektroden; 173 - einen impulsspitzenliefernden Kondensator, der parallel zu den Hauptentladungselektroden 171 und 172 geschaltet ist; und 174 - einen Impulserzeugungskondensator, der an ein Ende der Hauptentladungselektrode 171 angeschlossen ist. Ein Schalter 175, für den ein Thyratron benutzt wurde, ist zwischen das andere Ende des Impulserzeugungskondensators 174 und die Hauptentladungselektrode 172 geschaltet. Das Bezugszeichen 176 bezeichnet eine Ladedrossel, die parallel zum impulsspitzenliefernden Kondensator 173 geschaltet ist, während das Bezugszeichen 177 eine Ladeklemme bezeichnet.

Nachfolgend wird die in der oben beschriebenen Weise aufgebaute Anregungsschaltung des Excimer-Lasers beschrieben. Wenn eine hohe positive Spannung an die Ladeklemme 177 angelegt wird, fließt ein Ladestrom i₁ durch die Ladedrossel 176, um den Impulserzeugungskondensator 174 mit den dargestellten Polaritäten zu laden. Unter diesen Umständen ändern sich im Falle des Einschaltens des Schalters 175 im Zeitpunkt t₀ die am Pulserzeugungskondensator 174 und am impulsspitzenliefernden Kondensator 173 liegenden Spannungen gemäß den Fig. 25(a) und 25(b). Der an der Ladespannung V₁ liegende Impulserzeugungskondensator 174 beginnt sich zu entladen, wobei ein Strom i₂ durch den impulsspitzenliefernden Kondensator 173 fließt, um den Ladungstransfer zu bewirken.

Während einer zwischen t₀ < t < t₁ gelegenen Periode wird die im Impulserzeugungskondensator 174 gespeicherte Ladung in den impulsspitzenliefernden Kondensator 173 überführt. Im Zeitpunkt t = t₁ beginnt die Entladung zwischen den Hauptelektroden 171 und 172, so daß ein Strom i₃ in Richtung des eingezeichneten Pfeiles fließt. Im Excimer-Laser wird eine vorbereitende Ionisationsentladung vor der Hauptentladung durchgeführt. Die Elektroden sowie die Schaltung für die vorbereitende Ionisationsentladung sind in Fig. 24 der Einfachheit halber fortgelassen. Während einer zwischen t₁ < t < t₂ liegenden Periode wird, wenn Energie vom impulsspitzenliefernden Kondensator 123 in den Entladungsteil injiziert wird, die Hauptentladung zwischen den Hauptentladungselektroden 171 und 172 durchgeführt, um eine Laserschwingung auszulösen. In einem Laser mit kleinem Entladungswiderstand (beispielsweise 0.2 Ohm), wie etwa einem Excimer-Laser, nimmt die am impulsspitzenliefernden Kondensator 173 liegende Spannung V₂ eine Schwingungsspannungswellenform an, wie sie Fig. 25(b) zeigt, so daß eine Spannung mit umgekehrter Polarität erzeugt wird (t = t₂ in Fig. 25(b)). In einem Zeitpunkt, in welchem die Schwingung nahezu endet, erscheint eine Spannung mit einer Polarität, die derjenigen der Spannung im Zeitpunkt des Ladens umgekehrt ist, am Impulserzeugungskondensator 174 (Vr in Fig. 25(a)). Die Spannung Vr ruft den Umkehrstrom i₄ hervor.

Fig. 26 stellt das Schaltungsdiagramm einer weiteren herkömmlichen Erregerschaltung für einen Impulslaser dar. Bei dieser Schaltung fließt die im Impulserzeugungskondensator 174 befindliche Ladung in Form eines Ladestromes i₂₀ durch eine sättigbare Drossel 178, die wie ein Schalter arbeitet und den impulsliefernden Kondensator 173 speist. Diese Schaltung, die allgemein als MPC-Schaltung bezeichnet wird (magnetische Impulskompression), weist zusätzlich einen weiteren Impulserzeugungskondensator 129 und eine Strombegrenzungsdrossel 1710 auf, um die Schaltverluste im Schalter 175 zu reduzieren. Die Betriebswellenformen der Signale in der MPC-Schaltung verlaufen so wie in den Fig. 11(a), 11(b) und 11(c) dargestellt ist. Wie bei der herkömmlichen Schaltung der Fig. 24 beginnt im Zeitpunkt t = t₁ die Entladung zwischen den Hauptelektroden 171 und 172. Anschließend schwingt der Umkehrstrom i₄. Schließlich erscheint die Spannung Vr mit einer gegenüber der Spannung in der Eingangsphase umgekehrten Polarität am Impulserzeugungskondensator 174.

Bei dem wie beschrieben aufgebauten herkömmlichen Impulslasergerät tritt die Umkehrspannung Vr mit der umgekehrten Polarität am Impulserzeugungskondensator auf, nachdem der Hauptentladungsstrom zu fließen begonnen hat. Die Umkehrspannungsenergie (= 1/2 CVr²) wird in Form eines Lichtbogens bzw. eines Plasmaschlauches zwischen den Hauptelektroden nach einer relativ langen Zeitdauer (beispielsweise annähernd 1 µs) seit dem Auftreten der Hauptentladung aufgezehrt. Diese Erscheinung wird als Nachstrom bezeichnet und trägt nicht zur Laserschwingung bei, sondern schädigt die Hauptentladungselektroden und verringert damit die Lebensdauer derselben. Weiter kann beim Fließen des Nachstromes das Lasergerät nicht mit einer hohen Wiederholungsfrequenz schwingen.

Fig. 28 stellt das Schaltungsdiagramm der elektrischen Schaltung eines weiteren herkömmlichen entladungserregten Impulslasers dar, wie er in dem Dokument "Electrical Society Technical Report" (Teil II), No. 217 (Present State of Short Wave Laser), P5, Ausgabe April 1986 (Showa 61), offenbart ist. In Fig. 28 bezeichnen die Bezugszeichen: 181 und 182 - zwei Hauptentladungselektroden, die einander gegenüberstehen; 183 - einen spitzenimpulsliefernden Kondensator C₂, der aus SrTiO₃ besteht und parallel zu den Hauptentladungselektroden 181 und 182 geschaltet ist; und 184 - einen Impulserzeugungskondensator C₁, von dem eine Klemme an die Hauptentladungselektrode 181 angeschlossen ist. Ein Schalter 185 eines Thyratrons ist zwischen die andere Klemme des Kondensators 184 und die Hauptentladungselektrode 182 geschaltet. Eine Ladedrossel 186 ist parallel zum impulsspitzenliefernden Kondensator 183 geschaltet. Das Bezugszeichen 187 bezeichnet eine Hochspannungsleistungsquelle, während die Bezugszeichen 188 und 189 die in der Schaltung enthaltenen Induktivitätskomponenten bezeichnen.

Im Betrieb fließt mit Anlegen einer positiven Hochspannung seitens der Hochspannungsleistungsquelle 187 an den Impulserzeugungskondensator 184 ein Ladestrom i₁ durch die Ladedrossel 186, um den Kondensator 184 mit der dargestellten Polarität zu laden. Wenn der Schalter 185 eingeschaltet wird, fließt die Ladung des Kondensators (C₁) 184 in Form eines Impulsstromes i₂ in den impulsspitzenliefernden Kondensator (C₂) 183. Auf diese Weise wird der Ladungstransfer durchgeführt. Anschließend entsteht zwischen den Hauptentladungselektroden 181 und 182 eine Entladung, wobei ein Entladestrom i₃ in Richtung des eingezeichneten Pfeiles fließt. Beim Excimer-Lasergerät erfolgt vor der Hauptentladung eine vorbereitende Entladung. Die Elektroden sowie die elektrische Schaltung für die vorbereitete Entladung sind hier nicht dargestellt. Wenn vom impulsspitzenliefernden Kondensator (C₂) 183 Energie in den Entladungsteil injiziert wird, tritt zwischen den beiden Entladungselektroden 181 und 182 die Hauptentladung auf, die eine Laserschwingung auslöst. Im Lasergerät mit einem niedrigen Entladungswiderstand (beispielsweise 0.2 Ohm), wie etwa einem Excimer-Lasergerät, verändert sich die am impulsspitzenliefernden Kondensator (C₂) 183 liegende Spannung in der durch die Schwingungsspannungswellenform der Fig. 30(a) dargestellten Weise. Wie ersichtlich, tritt die Spannungskomponente mit umgekehrter Polarität auf. Die Spannungskomponente Vr umgekehrter Polarität ruft einen invertierten Strom (Nachstrom) gemäß Fig. 30(b) hervor, der seinerseits einen Lichtbogen zieht. Die Folge ist, daß die Lebensdauer der Hauptentladungselektroden 181 und 182 sowie die Qualität des Lasergases deutlich reduziert werden.

Fig. 29 stellt das Kurvendiagramm einer Kennlinie dar, das eine Änderung der Kapazität des impulsspitzenliefernden Kondensators (C₂) 183 relativ zur Gleichspannung wiedergibt, wenn der Kondensator 183 aus SrTiO₃ besteht. Das Diagramm zeigt, daß sich die Kapazität selbst dann nur wenig ändert, wenn die Spannung bis auf einen Wert in der Nähe der Nennspannung zunimmt. Daraus geht hervor, daß nach dem Beginn der Entladung Energie im impulsspitzenliefernden Kondensator (C₂) 183 zurückbleibt, so daß die Restenergie die erwähnte Lichtbogenentladung durch den Rückstrom auslöst.

Bei dem wie beschrieben aufgebauten herkömmlichen entladungserregten Impulslasergerätes verändert sich im Falle, daß der impulsspitzenliefernde Kondensator (C₂) 183 aus SrTiO₃ besteht, die Kapazität nur wenig, selbst dann, wenn die Spannung bis auf annähernd Nennspannung zunimmt. Infolgedessen verbleibt nach dem Beginn der Entladung Energie im impulsspitzenliefernden Kondensator (C₂) 183 zurück, so daß die Restenergie die erwähnte Lichtbogenentladung durch den Rückstrom auslöst.

Beim Ladungstransferschaltungstyp kann bei einem auf einen großen Wert eingestellten Verhältnis von C₁/C₂ die an den Entladungsteil angelegte Spannung auf den doppelten Wert der angelegten Spannung Vo erhöht werden, wenn eine Spannung an den Entladungsteil angelegt wird, die größer als die von der Hochspannungsleistungsquelle angelegte Spannung Vo ist. Dennoch bleibt auch in diesem Falle nach Beginn der Entladung die im impulsspitzenliefernden Kondensator verbleibende Ladungsmenge groß, so daß das Auftreten einer Lichtbogenentladung durch den Nachstrom zu erwarten ist.

Aus DE 36 30 775 ist eine Schalteinrichtung bekannt, welche aus einer Anzahl von in Serie geschalteten MOSFETs besteht. Aus Watanabe, S et al: "High repetition long pulse XeCl laser with a coaxial ceramic pulse forming line", in Review of Scientific Instruments, Band 57, Nr. 12, Dezember 1986, Seiten 2970-2973 ist eine Pumpschaltung für Gaslaser bekannt, welche als Schaltvorrichtung ein Tyratron oder eine Funkenstrecke verwendet. Eine Impulsformerleitung ist in Serie mit der Hauptentladungsstrecke geschaltet, um mit Hilfe einer solchen Schaltungsanordnung eine Vorionisation des Lasermediums zu erreichen.

Aus JP 2-22876 (A) and US 4 975 921 sind Schalteinrichtungen für ein entladungserregtes Impulslasergerät mit einer Rückstromsperrschaltung bekannt.

Aus dem Journal of Applied Physics 53 (6), Juni 1982, Seite 4016-4019, Cridland et al. "The dependence of transversely excited atmospheric CO₂ laser performance on circuit configuration" ist eine Schalteinrichtung für ein entladungserregtes Impulslasergerät mit einer Parallelschaltung aus einem Kondensator und einer in Sperrichtung gepolten Diode bekannt.

Aus DE 38 22 991 A1 ist ein Hochspannungsschalter bekannt, der als Schaltverstärker zur Amplitudenmodulation von Kurzwellensendern verwendet wird. Der aus dieser Entgegenhaltung bekannte Hochspannungsschalter besteht aus mehreren, in Reihe geschalteten und mit Steuerimpulsen einer Steuerschaltung synchron angesteuerten Halbleiterschaltern. Die Halbleiterschalter sind in Gruppen zusammengefaßt.

Die vorliegende Erfindung ist bei der Suche nach Lösung der oben aufgeführten Probleme entstanden und hat die Schaffung von Schalteinrichtungen für ein entladungserregtes Impulslasergerät zum Ziel, welche minimale Schaltungsinduktivitäten und Schalten mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der jeweiligen Ansprüche 1, 7, 8 bzw. 9.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht
die Schaffung einer Schalteinrichtung für ein Lasergerät, bei dem die Schaltoperationen der jeweiligen in der Schalteinrichtung enthaltenen Schaltelemente leicht synchronisiert werden kann;
die Schaffung einer Schalteinrichtung für ein Lasergerät, bei dem zur Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit der Zenerdiode einer dynamischen Klemmschaltung ein Widerstand und ein Kondensator jeweils der Zenerdiode parallelgeschaltet sind, um die Lawinenentwicklung zu beschleunigen und dadurch die Zeitverzögerung zwischen den in der Schalteinrichtung enthaltenen Hochgeschwindigkeitsschaltelementen wie beispielsweise FETS zu verringern, so daß die Einrichtung gegen Beschädigung durch Überspannungen geschützt ist;
die Schaffung einer Schalteinrichtung für ein Lasergerät, wobei die Einrichtung ein Kurzschlußproblem und eine Kurzschlußstelle anzeigen kann, wenn einige der in Reihe und/oder parallelgeschalteten Hochgeschwindigkeitsschalter einen Kurzschluß aufweisen;
die Schaffung einer Schalteinrichtung für ein Lasergerät, wobei die Anzahl der Leitungsdrähte verringert werden kann;
die Schaffung einer Schalteinrichtung für ein Lasergerät, wobei die Wärme der Hochgeschwindigkeitsschaltelemente, wie beispielsweise der FETs, an ein Gehäuse abgestrahlt wird;
die Schaffung einer Schalteinrichtung für ein Lasergerät; wobei die Einrichtung äußerst zuverlässig arbeitet und gleichzeitig ein thermisches Ungleichgewicht zwischen den Hochgeschwindigkeitsfestkörperschaltelementen vermeidet, also die Wirksamkeit der Kühlung verbessert;
die Schaffung einer Schalteinrichtung für ein Lasergerät, wobei Module, die Hochgeschwindigkeitsschaltelemente enthalten, leicht gestapelt werden können;
die Schaffung einer Schalteinrichtung für ein Lasergerät, wobei eine elektrisch und mechanisch stabile und feste Verbindung einer Steuereinheit mit Festkörperschaltelementen oder mit Modulen erfolgt, die Festkörperschaltelemente enthalten;
die Schaffung eines entladungserregten Impulslasergerätes, in welchem eine Schalteinrichtung bestehend aus einem Serien-Parallelanschluß von Modulen mit Hochgeschwindigkeitsfestkörperschaltelementen, wie etwa FETs, für einen Hochspannungsschalter verwendet wird, wodurch die Induktivität verringert und eine Impulsformerleitung, die ein Impulssignal verzögern kann, für eine der vorbereitenden Ionisierung gewidmete Schaltung verwendet wird. Dadurch kann der Startzeitpunkt der vorbereitenden Ionisation an den Zeitpunkt der Hauptentladung angepaßt werden;
die Schaffung eines entladungserregten Impulslasergerätes, in welchem zwei getrennte Schalter vorgesehen sind, von denen der eine zum Auslösen der Hauptentladung, und der andere zum Auslösen der vorbereitenden Entladung dient, wobei beide durch einen Impulsgeber ein- und ausgeschaltet werden können;
die Schaffung eines entladungserregten Lasergerätes, bei dem der Schwingungsgesamtwirkungsgrad durch Verwendung einer Schalteinrichtung verbessert ist, die eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeitsschaltelementen in Reihen-Parallelschaltung zur Verringerung der Induktivität verwendet, und wobei eine Erregerschaltung nur für eine solche Stromschleife gebildet wird, durch die kein Energietransport erfolgt;
die Schaffung eines entladungserregten Impulslasergerätes, das einen verbesserten Laserschwingungswirkungsgrad besitzt, keinen magnetischen Sättigungsschalter benötigt, im Aufbau einfach ist und äußerst zuverlässig arbeitet;
die Schaffung eines entladungserregten Impulslasergerätes, bei dem die Beschädigung der Hauptentladungselektroden verhindert und dadurch die Lebensdauer der Elektroden verlängert wird, und das mit einer hohen Wiederholungsfrequenz schwingen kann;
die Schaffung eines entladungserregten Impulslasergerätes, bei dem der Nachstrom verringert wird, und zwar auch dann, wenn das Verhältnis C₁/C₂ hoch eingestellt ist, und das einen hohen Schwingungswirkungsgrad erzielt, wobei die Schaltspannung niedriger als die Spannung im Entladungsteil ist.

Eine Schalteinrichtung zur Verwendung in einem Lasergerät gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, daß eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeitsschaltelementen in Modulform hergestellt sind und die Module serien-parallelgeschaltet sind.

Die Verwendung der Module verringert die Anzahl der Leitungsdrähte sowie die Schaltungsinduktivität.

Eine Schalteinrichtung zur Verwendung in einem Lasergerät gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, daß eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeits-Festkörperschaltelementen sowie eine Vielzahl von Triggerkreisen zum Anlegen von Triggersignalen an die Vielzahl der Festkörperschaltelemente jeweils durch Übertragungsleitungen gleicher Länge miteinander verbunden sind.

Da die Schaltelemente jeweils mit den Triggerkreisen durch Übertragungsleitungen gleicher Länge verbunden sind, können die Schaltoperationen aller Schaltelemente synchronisiert werden, wodurch die Beschädigung der Schaltelemente durch eine nicht tolerierbare Asynchronität der Schaltoperationen beseitigt wird.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Schutzschaltungen für Parallelschaltungen der Hochgeschwindigkeits-Festkörperschaltelemente auf, die mehr im Inneren einer Stromschleife als im Bereich der Parallelschaltung angeordnet sind.

Bei der Schalteinrichtung wird die durch eine Überspannung verursachte Induktivität der Stromschleife durch die Schutzschaltung minimiert. Daher fließt Strom durch die Schutzschaltung, ehe er in die Festkörperschaltelemente fließt, so daß die Schaltelemente gegen Überspannung geschützt sind.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist serien/parallelgeschaltete Hochgeschwindigkeits-FETs als Schaltelemente auf, wobei mindestens ein gegen Überspannung schützender FET in einer Reihenschaltungsstufe des Serien-Parallelanschlusses des FETs vorgesehen, das Gate des Schutz-FETs von anderen FETs getrennt, eine Zenerdiode und eine Diode zwischen den Drain und das Gate des gegen Überspannung schützenden FETs geschaltet und ein Widerstand zwischen das Gate und die Source desselben eingefügt ist, und wobei weiter ein Widerstand und ein Kondensator, jeweils parallel zwischen den Drain und das Gate des gegen Überspannung schützenden FETs geschaltet, zur Steigerung der Ansprechgeschwindigkeit der Zenerdiode vorgesehen sind.

In der Schalteinrichtung überlagern sich der Zenerstrom der Zenerdiode und der Entladungsstrom des Kondensators, um den Lawineneffekt der Zenerdiode zu fördern und damit die Ansprechzeit der Zenerdiode zu erhöhen. Daher wird die an den FET angelegte Überspannung, die sich aus der Ansprechverzögerung des FETs ergibt, abgeschwächt und der FET gegen Zerstörung geschützt.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von Anzeigeelementen auf, die signalisieren, ob der Serienanschluß, der Parallelanschluß oder der Serien-Parallelanschluß der Hochgeschwindigkeitsschaltelemente kurzgeschlossen ist oder nicht.

Die Anzeiger weisen auf einen Kurzschluß hin, der in der Reihen- und/oder Parallelschaltung einer Schaltgruppe von Hochgeschwindigkeitsschaltelementen aufgetreten ist. Durch die Anzeigeelemente wird der Bediener schnell über das Kurzschlußproblem und den Kurzschlußort informiert.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, daß Module mit Anschlußklemmenplatten, wahlweise und herausnehmbar, zwischen parallel angeordnete Leiterplatten eingefügt sind.

Bei der Schalteinrichtung sind die Module selektiv und herausnehmbar zwischen die parallel angeordneten leitenden Platten eingefügt. Daher kann die Schalteinrichtung aus einer gewünschten Anzahl von Modulen aufgebaut werden. Der elektrische Anschluß kann durch Herbeiführen eines Kontaktes zwischen den Anschlußklemmenplatten der Module und den leitenden Platten erfolgen.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, daß ein Ende jeder Drain-Elektrodenplatte jedes Moduls am Modul vorspringt, und daß eine Vielzahl von Modulen gestapelt sind, wobei sich jede Drain-Elektrodenplatte zwischen benachbarten Modulen befindet und die vorspringenden Abschnitte in die gleiche Richtung weisen.

Bei der Schalteinrichtung dienen die Drain-Elektrodenplatten, die aus den Abschnitten zwischen den gestapelten Modul vortreten, als Strahlungsrippen.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist folgende Komponenten auf: eine Vielzahl von serien-parallelgeschalteten Hochgeschwindigkeits-Festkörperschaltelementen bzw. eine Gruppe von serien-parallelgeschalteten Schaltmodulen, von denen jede eine Vielzahl von Festkörperschaltelementen aufweist; und Wärmeröhren, die so angeordnet sind, daß wenn die Festkörperschaltelemente oder die Schaltmodule auf Metallplatten gruppiert und in einer Vielzahl von Stufen in Form einer Sandwichstruktur gestapelt sind, und die Metallplatten als wärmeabsorbierende Mittel mit niedrigem Wärmewiderstand dienen, der Endabschnitt jeder Wärmeröhre mit einer Strahlungsplatte zur Kühlung versehen ist.

Bei der Schalteinrichtung gemäß der Erfindung ist das Problem vermieden, daß einige der Schaltelemente wegen des thermischen Ungleichgewichtes zwischen den Schaltelementen später als die übrigen Schaltelemente eingeschaltet werden, so daß Überspannung an die später eingeschalteten Schalter angelegt wird und schließlich zur Zerstörung der Schalter führt.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Modulen auf, von denen jeder eine Vielzahl von Festkörperschaltelementen aufweist, wobei eine allen gemeinsame leitende Platte an die Vielzahl der Festkörperschaltelemente mit gleichem Abstand zu jedem Schaltelement angeschlossen ist.

Bei der Schalteinrichtung ist die leitende Platte im gleichen Abstand zur Vielzahl der Festkörperschaltelemente jedes Moduls angeordnet. Wenn daher ein elektrischer Strom von der leitenden Platte geliefert wird, sind die Induktivitäten der Stromschleifen zu den jeweiligen Festkörperschaltelementen untereinander gleichgroß. Der Strom konzentriert sich also nicht auf spezifische Festkörperschaltelemente.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem zehnten Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, daß dünne, plattenförmige erste und zweite Elektroden, die einer Vielzahl von Festkörperschaltelementen gemeinsam sind, auf der oberen und der unteren Oberfläche eines Moduls vorgesehen sind, die eine Schaltung enthält, in der eine Vielzahl von Festkörperschaltelementen so angeschlossen sind, daß sie gleichzeitig eingeschaltet werden; und daß weiter eine dritte Elektrode auf einer Oberfläche des Moduls vorgesehen ist, die sich von den die erste und die zweite Elektrode tragenden Oberflächen unterscheidet oder aber die gleiche Oberfläche ist wie diejenige, die die zweiten Elektroden trägt.

Bei der Schalteinrichtung sind die dünnen, plattenförmigen ersten und zweiten Elektroden auf der oberen und der unteren Oberfläche des Moduls angebracht. Diese Lösung eignet sich für das Stapeln einer Vielzahl von Modulen und erleichtert die Konstruktion einer kompakten Schalteinrichtung.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Module auf, von denen jeder eine Vielzahl von Festkörperschaltelementen enthält, und sie weist eine Steuereinheit auf. In einem Gehäuse zur Aufnahme der jeweiligen Module ist eine Nut eingebracht, und weiter sind Klemmenabschnitte in der inneren Oberfläche der Nut angebracht. Ein Teil der Steuereinheit ist so ausgebildet, daß er in die Nut einsteckbar ist. Die Steuereinheit besitzt ebenfalls Klemmenabschnitte. Wenn die Steuereinheit in die Nut des Gehäuses eingesteckt wird, verbinden sich jeweils die Klemmenabschnitte der Nut mit den Klemmenabschnitten der Steuereinheit.

Bei der Schalteinrichtung wird ein Teil der Steuereinheit in die Nut des Moduls eingesteckt, so daß die Klemmenabschnitte der Steuereinheit elektrisch und mechanisch sicher mit den Klemmenabschnitten der Nut verbunden sind.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Schaltteil mit einer Vielzahl von Festkörperschaltelementen und einer Steuereinheit auf, die in einem Gehäuse untergebracht sind und somit eine einzelne Einheit bilden.

Bei der Schalteinrichtung sind der Schaltteil und die Schaltelemente zu einer Einheit zusammengefaßt. Daher sind der mechanische und der elektrische Anschluß des Schaltteils und der Schaltelemente zuverlässig. Die Ansteuerzeiten der Schaltelemente sind gleichmäßig und sorgen somit für eine stabile Schaltoperation.

Eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Module mit Stiftklemmen sowie eine Steuereinheit auf. Die Stiftklemmen jedes Moduls sind mechanisch und elektrisch durch Kopplungsmittel an die Steuereinheit angeschlossen.

Vom mechanischen Standpunkt aus betrachtet sorgen die Kopplungsmittel für eine feste und stabile Verbindung des Moduls der Steuereinheit. Vom elektrischen Standpunkt aus bieten die Anschlußmittel gleiche Längen für die Signalpfade, so daß die Ungleichmäßigkeit der Schaltzeiten reduziert und eine gute Schaltcharakteristik erzielt wird.

Ein entladungserregtes Impulslasergerät gemäß einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist folgende Komponenten auf: Hauptentladungselektroden, die innerhalb eines Lasermediums zur Durchführung einer Hauptentladung zwecks Erzeugung eines Laserstrahls angeordnet sind; eine Hochspannungsimpulsschaltung zur Herbeiführung der Hauptentladung durch impulsförmiges Entladen der in einem Kondensator gespeicherten Ladung; eine Festkörperschalteinrichtung, bestehend aus serien-parallelgeschalteten Festkörperschaltelementen zum Einleiten der Entladung der im Kondensator gespeicherten Ladung; und eine Impulsformerleitung, die eine Schaltung zur ausschließlich vorbereitenden Ionisation von einer Hochspannungsseite der Festkörperschalteinrichtung abzweigt und die Schaltung an eine im Lasermedium befindliche Hilfselektrode anschließt, zur Steuerung der Zeitgabe für die Auslösung der vorbereitenden Ionisation vor Beginn der Hauptentladung.

Bei dem entladungserregten Impulslasergerät wird eine Hochgeschwindigkeitsschaltoperation des Entladungsstartschalters verwirklicht und weiter kann der Zeitpunkt der der Hauptentladung vorausgehenden vorbereitenden Ionisation eingestellt werden.

Ein entladungserregtes Impulslasergerät gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist folgende Komponenten auf: Hauptentladungselektroden, die innerhalb eines Lasermediums zur Durchführung einer Hauptentladung zwecks Erzeugung eines Laserstrahls angeordnet sind; eine Hochspannungsimpulsschaltung zur Herbeiführung der Hauptentladung durch impulsförmiges Entladen der in einem Kondensator gespeicherten Ladung; eine erste Festkörperschalteinrichtung zum Einleiten der Entladung der im Kondensator gespeicherten Ladung; eine zweite Festkörperschalteinrichtung zum Einleiten einer vorbereitenden Ionisation vor der Hauptentladung, und zwar über eine ausschließlich für die vorbereitende Ionisation benutzte Schaltung; und einen Impulsgeber zur Erzeugung von Triggersignalen zur Einschaltung der ersten und zweiten Festkörperschalteinrichtungen.

Bei dem entladungserregten Impulslasergerät sind zwei Schalter unabhängig voneinander vorgesehen, wobei der erste Festkörperschalter zum Einleiten der Hauptentladung, und der zweite Festkörperschalter zum Einleiten der vorbereitenden Ionisierung dient, wobei Triggersignale zum Einschalten der beiden Schalter durch einen Impulsgeber erzeugt werden. Daher kann ein Startzeitpunkt für die vorbereitende Ionisation eingestellt werden, der für eine wirksame Durchführung der Hauptentladung geeignet ist.

Ein entladungserregtes Excimer-Lasergerät gemäß einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Kondensator auf, der in Reihe an einen Entladungsteil des Lasergerätes angeschlossen ist, wobei der Kondensator durch eine Hochspannungsleistungsquelle aufgeladen wird; und er weist eine Festkörperschalteinrichtung auf, die in Reihe mit einer Schleife zur Impulsentladung der im Kondensator geladenen Ladung in einem Entladungsteil angeschlossen ist, wobei der Schalter eine Vielzahl von Serien-parallelgeschalteten Hochgeschwindigkeitsschaltelementen enthält.

Bei diesem Lasergerät ist die Induktivität klein, die sofortige Entladung ist möglich, und ein steiler Wellenformimpuls wird erzielt.

Ein entladungserregtes Impulslasergerät gemäß einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Kondensator, der eine LC-Inverterschaltung bildet, und eine Schalteinrichtung zur Auslösung einer Impulsentladung in einem Entladungsrohr durch Laden des Kondensators und einer Hochspannung, die von einer Hochspannungsleistungsquelle angelegt wird, auf; wobei die Schalteinrichtung aus einer Gruppe von Festkörperschaltern besteht, von denen jeder eine Vielzahl von gleichzeitig gesteuerten serien-parallelgeschalteten Schaltelementen besteht, die eine Umschaltfunktion besitzen.

Die Festkörperschaltelemente als Hochspannungsschalter für die LC-Inverterschaltung sind beispielsweise serien-parallelgeschaltete FET-Module. Die Schaltinduktivität kann reduziert werden, wodurch eine hohe Ansprechempfindlichkeit geschaffen wird. Damit kann die Spannung ohne Anwendung eines magnetischen Sättigungsschalters verdoppelt werden.

Ein entladungserregtes Impulslasergerät gemäß einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist folgende Komponenten auf: einen impulserzeugenden Kondensator, der mit einem Ende an eine der Hauptentladungselektroden zur Erzeugung eines Laserstrahls durch die Hauptentladung, und mit dem anderen Ende an eine Ladeklemme angeschlossen ist; einen spitzenimpulsliefernden Kondensator, der parallel an die Hauptentladungselektroden angeschlossen ist und zur Auslösung einer Hauptentladung des Laseroutputs nach Empfangen der Ladung des impulserzeugenden Kondensators dient; eine Schalteinrichtung, die zwischen die Ladeklemme und die andere Klemme der Hauptentladungselektroden geschaltet ist; und eine Rückstromsperrschaltung zum Sperren des Rückstromes, der durch eine nach der Hauptentladung an die Hauptentladungselektroden angelegte Rückwärtsspannung verursacht wird.

Bei diesem Lasergerät ist zum Sperren des Rückstromes, der durch die nach der Hauptentladung an die Hauptentladungselektroden angelegte Umkehrspannung verursacht wird, die Rückstromsperrschaltung an einer Schaltungsstelle angeschlossen, an der die Rückspannung verringert werden kann. Das Anbringen der Rückstromsperrschaltung begrenzt oder teilt den Rückstrom, der durch die den Impulserzeugungskondensator enthaltende Schaltung fließt, so daß das Auftreten der Umkehrspannung zwischen den Hauptentladungselektroden unterdrückt wird.

Ein entladungserregtes Impulslasergerät gemäß einem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist folgende Komponenten auf: eine Schalteinrichtung; einen spitzenimpulsliefernden Kondensator, in den die in einem Impulserzeugungskondensator gespeicherte Leistung durch die Schalteinrichtung übertragen wird; und Hauptentladungselektroden zum Entladen der Energie, die in den spitzenimpulsliefernden Kondensator übertragen und darin gespeichert ist, um einen Laserstrahl zu emittieren, wobei der spitzenimpulsliefernde Kondensator ein spannungsabhängiger Kondensator ist, dessen Kapazität mit dem Anwachsen der Ladespannung abnimmt.

Bei diesem Lasergerät arbeitet der aus BaTiO₃ bestehende spitzenimpulsliefernde Kondensator, der als spannungsabhängiger Kondensator dient, derart, daß solange, bis die an den Kondensator angelegte Spannung auf die Nennspannung angestiegen ist, seine Kapazität auf annähernd die Hälfte derjenigen Kapazität reduziert bleibt, die bei voller Aufladung besteht. Wegen dieser Eigenschaft des Kondensators kann selbst dann, wenn das Verhältnis C₁/C₂ auf einen hohen Wert eingestellt ist, der Nachstrom nach Beginn der Entladung unterdrückt werden, so daß keine Lichtbogenbildung auftritt und die Lebensdauer der Hauptentladungselektroden verlängert wird. Weiter kann die Spannung des Entladungsteils durch Anwendung der niedrigeren Spannung des Schaltteils erreicht werden. Dieses Merkmal reduziert die erforderliche Anzahl von Serienanschlüssen der Festkörperschaltelemente.

Nachfolgend wird der wesentliche Gegenstand der beigefügten Zeichnungen kurz beschrieben.

Fig. 1 stellt ein Schaltungsdiagramm zur Veranschaulichung einer Entladungsschaltung dar, die in einem herkömmlichen Lasergerät verwendet wird;

Fig. 2 stelle eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Lasergerätes dar, das mit einem Thyratron arbeitet;

Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine herkömmliche Schalteinrichtung zur Verwendung in einem Lasergerät, welche aus einer Anzahl von Feldeffekttransistoren besteht;

Fig. 4 stellt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Lasergerätes dar, das mit einer herkömmlichen Schalteinrichtung arbeitet;

Fig. 5 stellt die Vorderansicht eines herkömmlichen Moduls dar;

Fig. 6 stellt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der üblichen Kombination eines Moduls und einer Steuereinheit zur Steuerung des Moduls dar;

Fig. 7 stellt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Lasergerätes dar, das mit einer üblichen Schalteinrichtung arbeitet;

Fig. 8 stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer herkömmlichen Schalteinrichtung dar;

Fig. 9 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Schaltkennlinie der herkömmlichen Schalteinrichtung der Fig. 8 dar;

Fig. 10 und 11 stellen Schaltungsdiagramme zur Veranschaulichung der in einer herkömmlichen Schalteinrichtung verwendeten Schutzschaltungen dar;

Fig. 12 stellt ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise der Schutzschaltung dar;

Fig. 13 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Wellenformen des Stromes im Falle zweier unterschiedlicher Induktivitäten dar;

Fig. 14(a) stellt das Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen entladungserregten Impulserzeugungsschaltung dar;

Fig. 14(b) stellt das Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Überspannungsschutzschaltung dar, das in der herkömmlichen entladungserregten Impulserzeugungsschaltung verwendet wird;

Fig. 15(a) bis 15(d) zeigen Wellenformdiagramme der Hauptsignale in der entladungserregten konventionellen Impulserzeugungsschaltung;

Fig. 16 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Kennlinie einer Zenerdiode;

Fig. 17 und 18 stellen eine Seitenansicht sowie eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Festkörperschalteinrichtung dar;

Fig. 19 stellt das Schaltungsdiagramm eines herkömmlichen entladungserregten Lasergerätes dar;

Fig. 20 stellt ein Schaltbild eines herkömmlichen entladungserregten Impulslasergerätes dar;

Fig. 21 stellt Wellenformen zur Veranschaulichung der Betriebsweise des Lasergerätes gemäß Fig. 20 dar;

Fig. 22 und 23 stellen Schaltungen der elektrischen Stromkreise von herkömmlichen entladungserregten Impulslasergeräten dar;

Fig. 24 stellt die Schaltung eines herkömmlichen entladungserregten Impulslasergerätes dar;

Fig. 25(a) und 25(b) veranschaulicht Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Lasergerätes der Fig. 24;

Fig. 26 stellt die Schaltung eines weiteren herkömmlichen entladungserregten Impulslasergerätes dar;

Fig. 27(a) bis 27(c) stellen Spannungswellenformen zur Erläuterung der Betriebsweise des Lasergerätes der Fig. 26 dar;

Fig. 28 stellt ein Schaltungsdiagramm eines herkömmlichen entladungserregten Impulslasergerätes dar;

Fig. 29 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Kapazitäts/Spannungskennlinie eines spitzenimpulsliefernden Kondensators aus SrDiO₃ dar;

Fig. 30(a) und 30(b) stellen Diagramme zur Veranschaulichung von Spannungs- und Stromwellenformen des spitzenimpulsliefernden Kondensators aus SrDiO₃ dar;

Fig. 31 stellt das Schaltungsdiagramm einer Entladungsschaltung dar, die eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung enthält;

Fig. 32 stellt eine perspektivische Ansicht einer Moduleinheit dar, aus der die Schalteinrichtung der Fig. 31 besteht;

Fig. 33(a) und 33(b) stellen Kurvendiagramme zur Veranschaulichung von Schaltkennlinien dar;

Fig. 34(a) und 34 (b) stellen Kurvendiagramme zur vergleichenden Darstellung der Strom/Zeitkennlinie sowie der Spannungs/Zeitkennlinie der Entladungsschaltung gemäß der Erfindung und der herkömmlichen Entladungsschaltung dar;

Fig. 35 stellt eine perspektivische Ansicht eines Excimer-Lasergerätes mit einer Schalteinrichtung gemäß der Erfindung dar;

Fig. 36 stellt das Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 37 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Schaltkennlinie der Schalteinrichtung der Fig. 36 dar;

Fig. 38 stellt das Blockschaltbild eines Lasergerätes dar, in welches eine dritte Ausführungsform einer Schalteinrichtung gemäß der Erfindung eingebaut ist;

Fig. 39 stellt eine Schaltung zur Veranschaulichung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 40 stellt das Diagramm einer Schaltung mit einem Überspannungsschutz-Feldeffekttransistor dar, welche in der Schaltung der Fig. 39 verwendet wird;

Fig. 41 und 42(a) bis 42(d) stellen Diagramme zur Veranschaulichung eines entladungserregten Impulslasergerätes dar, das eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet;

Fig. 44 stellt das Schaltungsdiagramm eines Erregerkreises für ein entladungserregtes Impulslasergerät dar, das eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet;

Fig. 45 stellt eine perspektivische Ansicht eines entladungserregten Impulslasergerätes dar, das eine Schalteinrichtung gemäß der Erfindung verwendet;

Fig. 46 stellt das Schaltbild eines Anzeigerelementes und seiner zugehörigen Schaltung dar, die in der Schalteinrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 47 stellt eine perspektivische Ansicht einer siebten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 48(a) stellt eine perspektivische Ansicht eines in der Schalteinrichtung der Fig. 47 verwendeten Kontaktelementes dar;

Fig. 48(b) stellt eine Draufsicht auf das Kontaktelement dar;

Fig. 48(c) stellt einen Längsschnitt entlang der Linie B-B′ der Fig. 48(b) dar;

Fig. 48(d) stellt einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie A-A′ der Fig. 48(b) dar;

Fig. 49 stellt eine Seitenansicht der Schalteinrichtung der Fig. 47 dar;

Fig. 50 stellt eine perspektivische Ansicht eines Lasergerätes dar, bei dem die Schalteinrichtung der Fig. 47 angewandt wird;

Fig. 51 bis 53 stellen perspektivische Ansichten der Schalteinrichtungen gemäß der achten bis zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 54 stellt eine perspektivische Ansicht eines abgeänderten Moduls dar;

Fig. 55 stellt eine perspektivische Ansicht eines Lasergerätes dar, das eine Schalteinrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung enthält;

Fig. 56 stellt eine Seitenansicht einer Festkörperschalteinrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 57(a) und 57(b) stellen jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Lasergerätes dar, das eine Schalteinrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung verwendet;

Fig. 58 stellt eine perspektivische Ansicht des Lasergerätes der Fig. 57 dar;

Fig. 59(a) und 59(b) stellen jeweils eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht eines Moduls dar, das in der Schalteinrichtung der Fig. 57 verwendet wir 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002004131949 00004 99880d;

Fig. 60(a) und 60(b) stellen jeweils eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht eines Lasergerätes dar, das eine Schalteinrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung verwendet;

Fig. 61 stellt eine Seitenansicht eines Lasergerätes dar, das eine Schalteinrichtung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung verwendet;

Fig. 62(a) bis 62(d) stellen jeweils eine Vorderansicht, eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Unteransicht einer sechzehnten Ausführungsform eines Moduls zur Herstellung einer Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 63(a) bis 63(d) stellen jeweils eine Vorderansicht, eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Unteransicht einer siebzehnten Ausführungsform eines Moduls zur Herstellung einer Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 64 veranschaulicht eine Vorderansicht einer achtzehnten Ausführungsform eines Moduls zur Erzeugung einer Schalteinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 65 stellt eine perspektivische Ansicht einer Schalteinrichtung dar, die aus einer Anzahl von Modulen besteht;

Fig. 66 und 67 stellen perspektivische Ansichten einer neunzehnten und einer zwanzigsten Ausführungsform einer Schalteinrichtung gemäß der Erfindung dar;

Fig. 68 stellt eine perspektivische Ansicht einer einundzwanzigsten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der Erfindung dar;

Fig. 69 stellt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der Fig. 68 dar;

Fig. 70, 71 und 72 stellen perspektivische Ansichten einer zweiundzwanzigsten, dreiundzwanzigsten und vierundzwanzigsten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der Erfindung dar;

Fig. 73 stellt das Schaltungsdiagramm einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 74 und 75 stellen Schaltbilder einer sechsundzwanzigsten und einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 76 stellt die Schaltung einer achtundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 77(a) und 77(b) stellen jeweils eine Seitenansicht sowie eine perspektivische Ansicht einer neunundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 78 stellt die Schaltung eines im Lasergerät enthaltenen elektrischen Stromkreises dar;

Fig. 79 bis 81 stellen Schaltungen weiterer elektrischer Stromkreise gemäß der dreißigsten, einunddreißigsten und zweiunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 82 stellt die Schaltung einer dreiunddreißigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 83(a) und 83(b) zeigen Spannungswellenformen zur Erläuterung der Betriebsweise des Lasergerätes der Fig. 82;

Fig. 84 bis 88 stellen Schaltungen zur Veranschaulichung der vierunddreißigsten bis siebenunddreißigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 89 stellt das Schaltungsdiagramm einer achtunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 90 stellt das Schaltungsdiagramm einer neununddreißigsten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 91 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Kapazitäts-Spannungskannlinie eines spitzenimpulsliefernden Kondensators dar, der aus BaTiO₃ besteht;

Fig. 92(a) und 92(b) stellen Diagramme zur Veranschaulichung von Spannungs- und Stromwellenformen des spitzenimpulsliefernden Kondensators gemäß der Erfindung dar;

Fig. 93 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung einer Schwingungswellenform der maximalen Entladungsspannung dar; und

Fig. 94 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Korrelation zwischen dem Verhältnis C₁/C₁ und dem Maximalwert der Kondensatorspannung dar.

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Zunächst wird eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In Fig. 31 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 1 und 3 verwendet. Bei der hier behandelten Ausführungsform werden Feldeffekttransistoren (FETs) als Hochgeschwindigkeitsschaltelemente 14 verwendet.

In Fig. 31 bezeichnet das Bezugszeichen 116 ein Modul, das eine Vielzahl von FETs 14 enthält, die parallelgeschaltet sind (es sind drei FETs dargestellt). Die Schalteinrichtung 115 für das Lasergerät der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einer Anzahl von Modulen 116, die serien-parallelgeschaltet sind.

Fig. 32 stellt eine perspektivische Ansicht einer Moduleinheit 116 dar, in der eine Vielzahl von Modulen 116 gruppiert sind.

Eine Drain-Elektrodenplatte 117 ist als eine erste Elektrode auf einer Seitenwand der Moduleinheit 116 angebracht. Eine Source-Elektrode 118 steht als zweite Elektrode in Form eines L im Abstand zur anderen Seitenwand der Moduleinheit 116 . Geradlinige bzw. stiftförmige Gate-Elektroden 119 als dritte Elektroden sind auf einer weiteren Seitenwand der Moduleinheit angebracht. Eine Parallelschaltung aus drei FETs 14 ist im Modul 116 enthalten. Die Drain-Elektroden dieser FETs 14 sind zusammen an die Drain-Elektrodenplatte 117 angeschlossen.

Die Source-Elektroden der FETs sind zusammen an den innenseitigen verlängerten Abschnitt der Source-Elektrodenplatte 118 angeschlossen. Die Gate-Elektroden der FETs sind zusammen an die Gate-Elektrode 119 angeschlossen.

Nunmehr wird die Wirkungsweise der wie beschrieben aufgebauten Schalteinrichtung beschrieben.

Eine (nicht dargestellte) Treiberschaltung legt ein Triggersignal an die Gate-Elektrode 119 des Moduls 116 an. Die im Modul 116 enthaltenen FETs 14 werden somit eingeschaltet, so daß Strom von der Drain-Elektrode 117 zur Source-Elektrode 118 fließt. Wenn demnach in der Entladungsschaltung der Fig. 31 gleichzeitig ein Triggersignal an die Gate-Elektrode 119 aller Module 116 angelegt wird, wird der Schalter 115 in seiner Gesamtheit eingeschaltet, so daß die im Kondensator 2 gespeicherte Ladung in den Kondensator 8 übertragen wird.

Wie oben beschrieben, wird die Anzahl der Leitungsdrähte verkleinert, weil die Schalteinrichtung 115 aus einer Anzahl von serien-parallelgeschalteten Modulen 116 aufgebaut ist. Da weiter die Drain-Elektrode 117 und die Source-Elektrode 118 plattenförmig ausgebildet sind, kann die Schaltungsinduktivität reduziert werden, wodurch die Schaltcharakteristik verbessert wird.

Die Fig. 33(a) und 33(b) stellen Kurvendiagramme zur Veranschaulichung der Schaltkennlinien der Spannung und des Stromes in der Schaltung der Fig. 31 dar. Im Diagramm der Fig. 33(a) zeigt Δt die Schaltzeit an, die erforderlich ist, damit die Anfangsspannung von 90% auf 10% ihrer vollen Amplitude abfällt. Bei dieser Ausführungsform werden Module verwendet, die die Schaltzeit Δt in befriedigender Weise herabsetzen können.

Die Fig. 34(a) und 34(b) stellen Kurvendiagramme zur Veranschaulichung von Kennlinien dar, die zur Erläuterung der Wirkungen des Erfindungsgegenstandes dienen. In den genannten Kurven stellt die gestrichelt eingezeichnete Kurve die Kennlinie einer Schalteinrichtung dar, die keine Module verwendet. Die mit einer durchgezogenen Linie ausgeführte Kurve zeigt demgegenüber die Kennlinie einer Schalteinrichtung mit Modulen. Im Falle der mit Modulen ausgestatteten Schalteinrichtung wird die Induktivität des Schaltteils verringert. Die Folge ist, daß der Spitzenwert V_2M der Spannung am Kondensator 8 ansteigt und die Erregungswirksamkeit des Lasermediums erhöht wird. Damit kann der Laseroutput wirksam hervorgerufen werden.

Fig. 35 stellt eine perspektivische Ansicht eines Excimer-Lasergerätes dar, welches die Schalteinrichtung 115 für ein Lasergerät gemäß der ersten Ausführungsform enthält. In dieser Figur werden gleiche Bezugssymbole zur Kennzeichnung gleicher oder äquivalenter Teile in Fig. 2 verwendet.

Gemäß Fig. 35 besteht die Schalteinrichtung 115 aus einem Stapel von Modulen 116. Die Schalteinrichtung 115 wird von zwei leitenden Platten 120 und 121 gehaltert. Die leitende Platte 120 mit L-förmigem Querschnitt ist am vorderen Ende mit dem obersten Modul 116 und am unteren Ende mit dem Ladekondensator 2 verbunden. Die leitende Platte 121 mit zickzackförmigem Querschnitt ist mit der stirnseitigen Fläche an das unterste Modul 116, und am oberen Ende an den Behälter 5 und den Kondensator 8 angeschlossen.

Bei dieser Anordnung steuert nach dem Aufladen des Kondensators 2 eine Modultreibereinheit (nicht dargestellt) alle Module 116 derart an, daß alle FETs 14 eingeschaltet werden. Dadurch wird die im Kondensator 2 gespeicherte Ladung durch die leitende Platte 120, die Schalteinrichtung 115 und die leitende Platte 121 in den Kondensator 8 übertragen.

Bei dieser Ausführungsform werden die FETs 14 als Hochgeschwindigkeitsschaltelemente benutzt, können aber durch andere Schaltelemente ersetzt werden, wie beispielsweise IGBTs und Thyristoren.

Weiter sind die FETs 14 im Modul 116 parallelgeschaltet, können aber auch in Reihe oder reihen-parallelgeschaltet werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, werden eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeitsschaltelementen zu einem Modul verarbeitet. Die Module werden zu einer Serien-Parallelschaltung verbunden. Daher ist die Schaltungsinduktivität gering. Es wird eine Hochgeschwindigkeits-Schaltcharakteristik erhalten. Weiter ist die Verdrahtung und Wartung leicht durchführbar.

Nunmehr wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In Fig. 36 werden gleiche Bezugssymbole zur Kennzeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 8 verwendet.

Gemäß Fig. 36 ist eine jeweils für die Schaltelemente 14 vorgesehene Vielzahl von Triggerkreisen 213a auf einem Substrat 212 angebracht. Signalleitungen 219 gleicher Länge "b" erstrecken sich von den Triggerkreisen 213a zur vorderen Kante 212a des Substrates 212. Triggerklemmen 218 der Schaltelemente 14 mit jeweils gleicher Länge (a) sind jeweils mit den Signalleitungen 219 verbunden.

Eine Signalleitung 219 und eine Triggerklemme 218 bilden eine Übertragungsleitung der Länge "a+b".

Nunmehr wird die Betriebsweise der wie beschrieben aufgebauten Schalteinrichtung 215 beschrieben.

Bei der gemäß Fig. 36 aufgebauten Schalteinrichtung legen die Triggerkreise 213a Triggersignale über die Signalleitungen 219 gleicher Länge sowie über die Triggerklemmen 218 mit ebenfalls gleicher Länge an die Schaltelemente 14 an. Auf diese Weise können die Schaltoperationen der Schaltelemente 14 innerhalb der erforderlichen Schaltzeit (beispielsweise 50 ns) synchronisiert werden. Daher sind die Schaltelemente 14 gegen Beschädigung geschützt. Weiter wird durch die Verbindung der Schalteinrichtung mit einem Lasergerät eine stabile Entladung sichergestellt.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, sind bei der Schalteinrichtung der zweiten Ausführungsform die Triggerkreise jeweils für die einzelnen Schaltelemente vorgesehen und durch Übertragungsleitungen gleicher Länge mit den Schaltelementen verbunden. Dementsprechend können die Schaltoperationen aller Schaltelemente synchronisiert werden. Das Problem der Beschädigung der Schaltelemente wird also gelöst, so daß eine stabile Entladung des Lasergerätes erzielt wird, wenn die Schalteinrichtung mit einem solchen verbunden ist.

Nunmehr wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 38 stellt das Blockdiagramm eines Excimer-Lasergerätes dar, bei dem eine Schalteinrichtung 315 verwendet wird. In der Figur werden gleiche Bezugssymbole zur Kennzeichnung gleicher oder äquivalenter Teile in den Fig. 1, 2, 10 und 11 verwendet.

Gemäß Fig. 38 ist eine leitende Platte 326 mit L-förmigem Querschnitt an das untere Ende des Kondensators 2 angeschlossen. Eine andere leitende Platte 327 ist an das untere Ende des Kondensators 8 angeschlossen.

Die Schalteinrichtung 315 dieser Ausführungsform wird am oberen und unteren Ende durch die beiden leitenden Platten 326 und 327 gehaltert. Die leitenden Platten 326 und 327 erstrecken sich in einer Richtung, die orthogonal zur Zeichenoberfläche der Fig. 38 verläuft. Die Parallelschaltungen 320 einer Anzahl von FETs 14 sind zwischen den verlängerten Abschnitten der leitenden Platten angeordnet. Die Hochspannungsleistungsquelle 10 ist zwischen die leitende Platte 326 und das Gehäuse 5 eingefügt.

Bei dieser Ausführungsform sind die Schutzschaltungen 316 parallel an die Parallelschaltungen 320 am Ende derjenigen Parallelschaltung angeschlossen, die dem Kondensator 2 näherliegt als die Leistungsquelle für die Parallelschaltung. Die Schutzschaltungen 316 besitzen die in den Fig. 10 oder 11 dargestellte Struktur.

Die Betriebsweise des wie beschrieben aufgebauten Excimer-Lasers ist folgende.

Der Kondensator 2 wird über die leitende Platte 326 durch die Hochspannungsleistungsquell 10 aufgeladen; und dann wird die Schalteinrichtung 315 eingeschaltet. Die Schalteinrichtung 315 wird durch einen Steuerkreis (nicht dargestellt) gesteuert, derart, daß der Steuerkreis ein Triggersignal an die den FETs 14 jedes Parallelkreises gemeinsame Gate-Klemme anlegt, um alle FETs 14 einzuschalten. Wenn die Schalteinrichtung 315 eingeschaltet ist, wird die im Kondensator 3 gespeicherte Ladung durch die leitende Platte 326, die Schalteinrichtung 315 und die leitende Platte 327 in den Kondensator 8 übertragen. Dementsprechend erfolgt eine Entladung zwischen den beiden Elektroden 9, um einen Laserstrahl auszusenden.

Es sei nun angenommen, daß wenn die Schalteinrichtung 315 leitend ist, die Leitungszeitgabe einer bestimmten Parallelschaltung 320 hinter derjenigen der übrigen Schaltungen verzögert ist. Die am Kondensator 2 liegende Spannung wird also an die genannte Parallelschaltung 320 angelegt. Bis diese Parallelschaltung 320 leitend wird, wächst die Spannung zur Überspannung an. Der durch die Überspannung verursachte Strom fließt in die Parallelschaltung. Es sei bemerkt, daß die Schutzschaltung 316 an einer Stelle angebracht ist, die dem Kondensator 2 als Leistungsquelle näherliegt als die FETs 14 der Parallelschaltung 320. Daher ist die Induktivität der Stromschleife des Stromes I für die Schutzschaltung 316 niedriger als die Induktivität für einen beliebigen FET 14. Der Strom I fließt demgemäß in die Schutzschaltung 316, wodurch die FETs 14 gegen Überspannung geschützt werden.

Natürlich können die FETs als Festkörperschaltelemente durch irgendwelche anderen Schaltelemente, wie etwa IGBTs und Thyristoren, ersetzt werden.

Wie beschrieben, bestehen bei dieser Ausbildungsform die Schutzschaltungen für die Parallelkreise aus Festkörperschaltelementen, von denen jedes in der Nähe der Leistungsquelle der Parallelschaltung angeordnet ist. Wenn daher eine der Parallelschaltungen später als die anderen Schaltungen leitend wird, und eine Überspannung an die Parallelschaltung gelangt, fließt der durch die Überspannung erzeugte Strom notwendigerweise in die Schutzschaltung. Daher können die Festkörperschaltelemente sicher gegen Überspannung geschützt werden.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Fig. 39 und 40, in denen gleiche oder äquivalente Teile mit den gleichen Bezugssymbolen der Fig. 14 gekennzeichnet sind, bezeichnet das Bezugszeichen 430 eine dynamische Hochspannungsklemmschaltung, während die Bezugszeichen 431 einen Widerstand und 432 einen Kondensator bezeichnen.

Die Betriebsweise der so aufgebauten Impulserzeugungsschaltung wird nunmehr beschrieben. Der Schaltungsbetrieb zur Erzeugung eines Laserstrahls ist der gleiche wie derjenige der Schaltung nach Fig. 14(a), so daß eine detaillierte Beschreibung derselben entfallen kann. Bei der Schaltung der Fig. 39 wird normalerweise eine Spannung v₀ gleichmäßig über die in Reihe geschalteten Stufen S₁ bis Sn verteilt. Wenn der Schalter 415 eingeschaltet wird, fließt der Entladungsstrom i₃ vom Kondensator 44 in den impulsspitzenliefernden Kondensator 46. Nach Ablauf einer voreingestellten Zeitdauer beginnt die Entladungsröhre 47 mit der Entladung und sendet einen pulsierenden Entladungsstrom i₀ aus. Wenn jedoch dabei die momentanen Ansprechzeiten beginnen, in der seriengeschalteten Stufe nicht mehr übereinzustimmen, fließt der Strom in den Source-Drain-Pfad des FETs 49A und verursacht dort eine Überspannung, während er normalerweise in die FETs 49 der ersten Stufen abgeleitet wird. Eine Maßnahme zur Lösung des Überspannungsproblems bestand bisher darin, die FETs 49 durch Zerstören des FETs 49A durch die Überspannung zu schützen, wenn eine solche auftritt, das heißt, daß der FET 49A als Sicherung benutzt wird. Es wurde auch eine andere Maßnahme getroffen, bei der die Zerstörung des FETs 49A vermieden wird. Eine der möglichen wirksamen Wege zur Verringerung der Stromkonzentration durch Abschwächen der Oberspannung besteht darin, die Ansprechzeit des FET 49A so kurz wie möglich zu machen, um die zerstörerische elektrische Momentanenergie zu verringern. Die Verzögerung der Ansprechzeit des FETs 49A hängt weitgehend von der Verzögerung der Ansprechzeit der Zenerdiode 411 ab. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wurde bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die dynamische Hochgeschwindigkeitsklemmschaltung 430 vorgesehen, bei der, wie Fig. 40 zeigt, der Widerstand 431 und der Kondensator 432 jeweils parallel zur Serienschaltung der Zenerdiode 411 und der Diode 412 geschaltet sind. Wie die Diagramme der Fig. 42(a) bis 42(d) zeigen, reduziert die dynamische Hochgeschwindigkeitsklemmschaltung 430 die Einschaltdauer auch dann, wenn die in Reihe geschaltete Stufe S₁ des FETs 49A mit einer leichten Verzögerung nach dem Einschalten der in Reihe geschalteten Stufen S2 bis Sn der FETs 49 eingeschaltet wird.

Wie Fig. 41 zeigt, wird der FET 49A mit einer Ladespannung v_c geladen. Die Ladespannung entspricht der Spannung der in Reihe geschalteten Stufe S₁ im Zeitpunkt t₀. Falls die in Reihe geschalteten Stufen S₂ bis S_n zum Zeitpunkt t₀ leitend werden, steigt die Spannung v_D der in Reihe geschalteten Stufe S₁ abrupt an. Dabei fließt mit dem Ansteigen der Spannung v_D Strom in den Kondensator 432. Der Strom durchfließt den Widerstand 413 und ruft die Spannung v_G hervor. Wenn die Spannung v_G den Schwellenwert im Zeitpunkt t_x erreicht, beginnt der FET 49A leitend zu werden und blockiert die Zunahme der Spannung v_D. Das heißt, daß der Kondensator 432 wie eine Zenerdiode arbeitet. Die Spannung v_D, die sich während der zwischen den Zeitpunkten t₀ und t_x abgelaufenen Zeit leicht erhöht hat, wird durch den Widerstand 431 bis zum nächsten Wiederholungsschaltzeitpunkt entladen. Wenn der Kondensator generell keine Ansprechverzögerung aufweist, kann er die Zeitverzögerung der Zenerdiode ausgleichen.

Wie oben beschrieben, sind bei dieser Ausführungsform eine Zenerdiode und eine Diode in Reihenschaltung zwischen den Drain und das Gate des gegen Überspannung schützenden FETs eingefügt, wobei das Gate von den übrigen FETs getrennt ist. Ein Widerstand und ein Kondensator sind jeweils parallel an die Reihenschaltung der Dioden angeschlossen. Ein Widerstand ist zwischen das Gate und die Source des gegen Überspannung schützenden FETs geschaltet. Bei einer solchen Ausführungsform überlagern sich der Zenerstrom und der Entladungsstrom und begünstigen den Lawineneffekt. Demgemäß spricht die Zenerdiode schneller an, wodurch die Überspannung abgeschwächt wird, welche den FET zerstören könnte, wenn sie langsam anspräche.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß der fünften und sechsten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Fig. 43 stellt das Schaltungsdiagramm zur Veranschaulichung eines Erregerkreises für ein entladungserregtes Impulslasergerät dar, das eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung enthält. Fig. 44 stellt das Schaltungsdiagramm eines Erregerkreises für ein entladungserregtes Impulslasergerät dar, das eine Schalteinrichtung für ein Lasergerät entsprechend der sechsten Ausführungsform der Erfindung enthält. Fig. 45 ist eine perspektivische Ansicht eines entladungserregten Impulslasergerätes mit einer Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In den genannten Figuren werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 1 und 3 verwendet.

Wie dargestellt, liefert eine Hochspannungsleistungsquelle 10 die Entladungsenergie. Ein Ladekondensator 2 speichert die von der Hochspannungsleistungsquelle 10 gelieferte Ladung und entlädt sie an ein Paar von Entladungselektroden 9. Ein spitzenimpulsliefernder Kondensator 8 sorgt für die Versteilerung der Wellenform der Entladungsenergie. Eine Schalteinrichtung 515 steuert mit Unterbrechungen eine vom Ladekondensator 2 über den spitzenimpulsliefernden Kondensator 8 an das Elektrodenpaar 9 angelegte hohe Spannung. Die Schalteinrichtung 515 ist aus seriengeschalteten, parallelgeschalteten, oder serien-parallelgeschalteten Halbleiterhochgeschwindigkeitsschaltern, wie beispielsweise FETs, IGBTs und SITs aufgebaut. Anzeigeelemente 57 in der Form von lichtaussendenden Elementen, wie etwa Fotodioden und Halbleiterlaser, sind zwischen die Reihen-, Parallel- oder Serien-Parallelschaltungen der Halbleiterschaltelemente eingefügt. Sie signalisieren, ob ein Hochgeschwindigkeitsschaltelement kurzgeschaltet ist, oder nicht. Es bezeichnen die Bezugszeichen: 3 - einen Leiter; 5 - ein Lasergehäuse; und 510 und 511 - Leiterplatten.

Nunmehr wird die Betriebsweise der wie beschrieben aufgebauten Schalteinrichtung beschrieben.

Die Anzeigeelement 57 sind zwischen die Reihen-, Parallel- oder Reihen-Parallelschaltung der Halbleiterschaltelemente geschaltet, so daß sie die Störung eines beliebigen Hochgeschwindigkeitsschalters sowie den Ort der Störung anzeigen können.

Die Schalteinrichtung dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen derjenigen der herkömmlichen Ausführungsform, mit Ausnahme, daß Anzeigeelemente 57 vorgesehen sind. Durch das Anbringen der Elemente kann die Störung und ihr Ort zur Kenntnis gebracht werden, wenn einer der Hochgeschwindigkeitsschalter gestört ist und kurzschließt.

Fig. 46 stellt den Schaltungsaufbau eines Anzeigeelementes 57 mit seiner zugehörigen Beschaltung dar. Gemäß Fig. 46 ist jeder Hochgeschwindigkeitsschalter der Schalteinrichtung 515 ein FET, wobei eine Fotodiode als Anzeigeelement 57 verwendet wird. In der Schaltung bezeichnen die Bezugszeichen: 512A bis 512E - Widerstände; 513 - einen Vorspannkondensator; 514 - einen Transistor zur Erfassung eines Kurzschlusses oder einer Abtrennung des FETs zum Ein- und Ausschalten der Fotodiode; 515 - die genannte Fotodiode; und 516 - einen FET. Falls im Betrieb irgendeiner der FETs 516 kurzschließt, erfaßt der Transistor 514 die Kurzschlußstörung über die Widerstände 512A und 512B und schaltet dann die Fotodiode 515 ab. In diesem Moment leuchtet die Fotodiode 515 normalerweise auf.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind bei den vorliegenden Ausführungsformen eine Vielzahl von Anzeigeelementen zwischen den Serien-, Parallel- oder Serien-Parallelanschluß der Halbleiterschaltelemente eingefügt. Wenn daher in den Verbindungen irgendeine Störung an irgendeiner Stelle auftritt, wird die Störung und ihr Ort erkannt. Die Erfindung verbessert also die Zuverlässigkeit der Schalteinrichtung durch eine einfache Schaltungsmaßnahme.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine siebte Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In Fig. 47 bezeichnen die Bezugszeichen: 620 - Anschlußklemmenplatten als erste Klemmenplatten, die von der Seitenwand des Moduls 616 vorstehen; 621 - eine Anschlußklemmenplatte als zweite Klemmenplatte, die auf der oberen Oberfläche des Moduls 616 angeordnet ist; 622 - eine Vielzahl von leitenden Platten, die parallel zueinander angeordnet sind; 623 - Isolierelemente, die zwischen die Enden der benachbarten leitenden Platten 622 eingefügt sind; und 624 - feststehende Platten, die jeweils auf den leitenden Platten 622 angebracht sind.

Ein leitendes Kontaktelement 625a ist in eine Nut eingepaßt, die im Abschnitt in der Nähe des vorderen Endes der leitenden Platte 622 angebracht ist. Ein leitendes Kontaktelement 625b ist in einen langen Raum mit L-förmigem Querschnitt eingefügt, der im vorderen Endabschnitt der feststehenden Platte 624 angebracht ist. In den Fig. 48(a) bis 48(d) werden die Kontaktelemente 625a und 625b allgemein durch das Bezugszeichen 625 gekennzeichnet. Bei der dargestellten Konfiguration gibt das Kontaktelement in senkrechter Richtung nach, verglichen mit Fig. 47.

Fig. 49 stellt eine Seitenansicht der Schalteinrichtung 615 dar, bei der Module 616 jeweils in einen Raum eingefügt sind, der von den benachbarten leitenden Platten 622 begrenzt wird. Die leitenden Platten 622 und das Isolierglied 623 bilden zusammen einen Modulhalter.

Die Betriebsweise der wie beschrieben aufgebauten Schalteinrichtung 615 sei nunmehr beschrieben.

Gemäß Fig. 47 werden die Module 616 in die durch die leitenden Platten 622 definierten Räume in Pfeilrichtung eingeschoben und bilden die in Fig. 49 dargestellte Schalteinrichtung. Dabei berühren die Klemmenanschlußplatten 621 der Module 616 das Kontaktelement 625a elastisch, womit ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Auch die Klemmenanschlußplatten 620 berühren das Kontaktelement 625b federnd, wodurch ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Jedes Modul 616 stößt gegen die feststehende Platte 614 und ist damit plaziert. Somit ist die Schalteinrichtung 615 zusammengebaut. Das Modul 616 kann leicht aus dem Zwischenraum der benachbarten leitenden Platten 622 entfernt werden. Die Anzahl der Module 616 kann also nach Wunsch gewählt werden.

Fig. 50 stellt eine perspektivische Ansicht eines entladungserregten Lasergerätes dar, bei dem die Schalteinrichtung 615 angewandt wird. Gleiche Bezugssymbole dienen zur Kennzeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 4.

Gemäß Fig. 50 wird die Schalteinrichtung 615 durch zwei leitende Platten 626 und 627 gehaltert. Die leitende Platte 626 mit L-förmigem Querschnitt ist am stirnseitigen Ende mit der obersten leitenden Platte 622 verbunden, während sie mit der unteren Endfläche an den Ladekondensator 2 angeschlossen ist. Die leitende Platte 627 von gleichfalls L-förmigem Querschnitt ist am oberen Stirnende mit der untersten leitenden Platte 622 verbunden, während sie mit der unteren Endfläche an das Gehäuse 5 des Kondensators 8 angeschlossen ist.

Bei dieser Schaltung werden also die Kondensatoren 2 geladen, während ein Modultreiber (nicht dargestellt) alle Module 616 zum Einschalten aller FETs ansteuert. Anschließend wird die Ladung von den Kondensatoren 2 durch die leitende Platte 626, die Schalteinrichtung 615 und die feststehenden Platten 624 in den Kondensator 8 geliefert.

Fig. 51 stellt eine perspektivische Ansicht einer achten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Wie ersichtlich, wird ein Modulentreiberblock 629, der eine Modultreiberschaltung enthält, an der Rückseite der Module 616 befestigt. Durch diesen Treiberblock kann die Anzahl der Module auf einfache Weise geändert werden.

Fig. 52 stellt eine perspektivische Ansicht einer neunten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Wie ersichtlich, sind kurze leitende Platten 622 miteinander in verzahnter Weise verbunden. Zu diesem Zweck stehen die Seitenwände der leitenden Platte über und sind genutet, worauf das Bezugszeichen 622a hinweist.

Fig. 53 stellt eine perspektivische Ansicht einer zehnten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Wie ersichtlich, stehen die Seitenwände der leitenden Platten 622 über und sind genutet, worauf das Bezugszeichen 622a hinweist. Die Seitenwände der Module 616 stehen ebenfalls über und sind genutet, worauf das Bezugszeichen 616a hinweist. Die Module 616 sind miteinander verzahnt.

Fig. 54 stellte eine perspektivische Ansicht einer Modifikation des Moduls 616 dar. Die Vorderkante der Anschlußklemmenplatte 621 auf der oberen Oberfläche des Moduls 616 ist unter Bildung einer geneigten Oberfläche 621a abgeschrägt. Die geneigte Oberfläche 621a gibt dem Modul 616 Führung, wenn es in den Raum zwischen den benachbarten leitenden Platten 622 eingeschoben wird. Falls nötig, können die leitenden Platten 622 ähnlich schräge Oberflächen wie die Führungsflächen aufweisen.

Während bei den oben erwähnten Ausführungsformen FETs als Festkörperschaltelemente verwendet werden, können statt dessen auch andere Elemente wie beispielsweise Thyristoren und IGBTs verwendet werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind die Module 616 mit den Klemmenanschlußplatten 621 entnehmbar in die Aufnahmeräume zwischen den benachbarten leitenden Platten 622 eingefügt. Die Module 616 sind elektrisch durch den stirnseitigen Kontakt angeschlossen, so daß nur eine geringfügige Verdrahtungsarbeit anfällt. Damit wird die Schaltungsinduktivität reduziert, die Wartungsarbeit erleichtert. Die Anzahl der Module kann leicht geändert werden und die Zuverlässigkeit der Schalteinrichtung wird verbessert.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine elfte Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 55 dienen gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 4.

In Fig. 55 bezeichnen die Bezugszeichen: 720 - eine flache Drain-Elektrode, die auf dem Boden jedes Moduls 716 angebracht ist; und 720a - eine wärmeabstrahlende Rippe als Verlängerung der Drain-Elektrodenplatte 720, die aus einer Seitenkante des Moduls 716 vorspringt.

Die Schalteinrichtung 715 besteht aus einem Stapel von Modulen 716, wobei einander benachbarte Module jeweils eine Drain-Elektrodenplatte 720 umgeben. Die Rippen 720a der Drain-Elektrodenplatte 720 stehen alle in gleicher Richtung vor. Jeder Modul 716 enthält FETs, die so angeschlossen sind, daß sie gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden können. Die Drain-Elektrodenplatte 720 dient allen FETs gemeinsam und ist so angeschlossen, daß diese gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden können. Eine Source-Elektrode (nicht dargestellt) sowie eine Gate-Elektrode (nicht dargestellt), die den Modulen 716 gemeinsam sind, sind ebenfalls vorgesehen. Weiter bezeichnen die Bezugszeichen: 721 - eine leitende Platte, welche die Source-Elektrode des obersten Moduls 716 an ein Gehäuse anschließt; 722 - eine leitende Platte zum Anschließen der Drain-Elektrodenplatte 720 des untersten Moduls 716 an den Kondensator 2; und 723 - einen Ventilator zum Kühlen der jeweiligen Module 716. Der Abschnitt der gestapelten Module 716, welche die Drain-Elektrodenplatte 720 umfassen, bilden einen Schaltteil.

Nunmehr wird die Betriebsweise des wie beschrieben aufgebauten Lasergerätes mit der darin eingebauten Schalteinrichtung beschrieben.

Nachdem der Kondensator 2 geladen wurde, werden alle FETs des Moduls 716 eingeschaltet. Dann wird die im Kondensator 2 gespeicherte Ladung durch die leitende Platte 722, die Schalteinrichtung 715, die leitende Platte 721 und das Gehäuse 5 in den Kondensator 8 übertragen. Nach diesem Ladungstransfer erfolgt die Entladung zwischen den beiden Elektroden 9 zum Aussendung eines Laserstrahls.

Die durch den Betrieb der FETs erzeugte Wärme wird durch die Rippen 720a abgestrahlt und kann die FETs nicht mehr schädigen. Falls nötig, kann die Schalteinrichtung 715 selber durch den Ventilator 723 gekühlt werden.

Während bei der oben beschriebenen Ausführungsform ein einzelner Stapel von Modulen 716 verwendet wird, kann gewünschtenfalls auch eine Vielzahl von Modulstapeln, die in der Längsrichtung des Gehäuses 5 angeordnet sind, verwendet werden.

Die bei der obigen Ausführungsform als Festkörperschalter verwendeten FETs können auch durch andere Schaltelemente, wie beispielsweise Thyristoren oder IGBTs ersetzt werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform stehen die Drain-Elektrodenplatten der Module von den Modulen ab und sind zwischen benachbarte Module eingefügt, wobei die vorspringenden Abschnitte in die gleiche Richtung weisen und übereinander gefügt als Strahlungsrippen dienen. Daher kann die von der Anzahl der betriebenen FETs erzeugte Wärme wirksam auf einen Wert reduziert werden, bei dem die FETs nicht beschädigt werden.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine zwölfte Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 56 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile in den Fig. 17 bis 19 verwendet. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 820 eine Wärmeröhre mit Metallplatten 820A und 820B. Eine Vielzahl von Festkörperschaltelementen 814 ist systematisch angeordnet und zwischen der Metallplatte 820A einer Wärmeröhre und der Metallplatte 820B einer anderen benachbarten Wärmeröhre eingefügt. Diese Sandwichstrukturen sind zu einer Schalteinrichtung gestapelt, die eine Vielzahl von Schaltelementstufen aufweist. Strahlungsplatten 82 sind am Endabschnitt der Wärmeröhre 820 angebracht. Eine Vielzahl von Festkörperschaltelementen 81 bzw. von Schaltmodulen, von denen jeder eine Vielzahl von Festkörperschaltelementen 81 enthält, bestehen beispielsweise aus FETs. Das Bezugszeichen 821 bezeichnet einen Drain, der mit der Metallplatte 820B mit niedrigem Wärmewiderstand verbunden ist. Eine Source 820 wird mit der Metallplatte 820A gleichzeitig mit dem Anschließen des Drain verbunden. Drain und Source 821 und 822 bilden zusammen eine Schaltmodulgruppe 830. Das Bezugszeichen 823 bezeichnet einen Ventilator, während das Bezugszeichen 824 einen in die Schaltmodulgruppe 830 fließenden Strom bezeichnet.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Schalteinrichtung beschrieben. Allgemein stellt die Verwendung der Wärmeröhre ein vorteilhaftes Merkmal dar, indem ihre Struktur einfach ist und keine mechanisch bewegten Teile aufweist. Sie ist in der Lage, eine relativ große Menge latenter Wärme bei kleiner Temperaturdifferenz abzustrahlen. Die Struktur und die Funktionen der Wärmepumpe werden nachfolgend beschrieben. Die innere Wand der Wärmeröhre 820 ist mit porösem Material ausgekleidet (beispielsweise einem Futter), der auch Docht genannt wird. Nach dem Evakuieren der Wärmeröhre wird eine passende Fluidmenge (Arbeitsfluid genannt) in der Wärmeröhre hermetisch eingeschlossen. Das in der evakuierten Röhre befindliche Arbeitsfluid verdampft, so daß die Röhre mit Dampf mit einem Druck gefüllt ist, der dem gesättigten Dampfdruck bei der betreffenden Temperatur entspricht. Wenn ein Ende der Wärmeröhre durch die von den Festkörperschaltelementen 81 erzeugte Wärme beheizt wird, wird zwischen beiden Enden der Röhre eine Temperaturdifferenz erzeugt, da das andere Ende der Röhre durch den Ventilator 823 gekühlt wird. Im Heizabschnitt der Röhre verdampft das in den Docht eingedrungene Fluid, woraufhin der entstandene Dampf durch eine geringe Druckdifferenz entlang eines Dampfpfades strömt und den Kühlabschnitt einschl. der Kühlerplatte 82 erreicht. Dort kondensiert der Dampf und strahlt dabei eine große Menge latenter Wärme ab.

Während des erläuterten Vorganges sind die Festkörperschaltelemente thermisch ausgeglichen. Infolgedessen sind in der Schaltmodulgruppe 830, bei der die Einschaltzeiten in einem Bereich von +1 Sekunde ablaufen müssen, die Einschaltzeiten der Schaltelemente untereinander gleich, wodurch das Anlegen einer Überspannung an spezifischen Schaltelementen vermieden wird.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind bei der Schalteinrichtung der vorliegenden Ausführungsform Schaltmodulgruppen einer Vielzahl von serien-parallel angeschlossenen Festkörperschaltelementen, oder serien-parallel angeschlossenen Schaltmodulen mit einer Vielzahl von Festkörperschaltelementen zu Mehrfachstufen gestapelt, derart, daß jede Schaltmodulgruppe von den benachbarten Metallplatten der Wärmeröhren umgeben ist. An den Endabschnitten, an denen keine Sandwichstruktur besteht, sind kühlende Strahlungsplatten vorgesehen. Dementsprechend tritt bei der Schalteinrichtung nicht das Problem auf, daß einige Schaltelemente wegen des thermischen Ungleichgewichtes unter den Elementen später als die übrigen Schaltelemente eingeschaltet werden und somit Überspannung an die später eingeschalteten Schaltelemente gelangt mit der Folge, daß die betreffenden Schaltelemente schließlich zerstört werden. Weiter kann eine Schalteinrichtung mit hoher Ansprechgeschwindigkeit verwirklicht werden, weil sie in Form einer Packung höherer Dichte hergestellt werden kann, wobei die Schaltinduktivität niedrig ist.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine dreizehnte Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Gemäß den Fig. 59(a) und 59(b), welche ein Detail eines Moduls zeigen, der eine Vielzahl von FETs 914 enthält, sind vier FETs 914 in einem Modul 916 enthalten. Drains D und Sources S mit gleichen Längen gehen von den FETs 914 aus.

Die Fig. 57(a) und 57(b) stellen jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Excimer-Lasergerätes mit einer darin einbezogenen Schalteinrichtung 915 dar, die aus einer Vielzahl von Modulen der oben beschriebenen Konfiguration bestehen, wobei das Gerät die dreizehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Fig. 58 ist eine perspektivische Ansicht des Lasergerätes. In der Figur werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 59 und 2 verwendet. In Fig. 58 sind die FETs 914 in Form von Schaltern dargestellt. In Fig. 57 bezeichnet daß Bezugszeichen 917 eine leitende Platte mit L-förmigem Querschnitt, deren unteres Ende an den Kondensator 2 angeschlossen ist. Das Bezugszeichen 18 verweist auf eine leitende Platte, deren unteres Ende an den Kondensator 8 angeschlossen ist.

Die Schalteinrichtung 915 dieser Ausführungsform wird senkrecht durch zweit leitende Platten 917 und 918 gehaltert. Die Schalteinrichtung 915 besteht aus einer Anzahl von Modulen, von denen jeder in der in Fig. 59 dargestellten Weise aufgebaut ist. Die Module sind in Reihen- und Parallelrichtung gestapelt. Gemäß Fig. 57 sind im Modul 916 drei FETs 914 enthalten. Die Drains der obersten Module 916 sind mit dem waagerechten Teil der leitenden Platte 917 verbunden. Der senkrechte Teil der leitenden Platte 197 ist äquidistant zu allen Modulen 916 angeordnet. Der betreffende Abstand ist mit "a" bezeichnet. Die Sources der untersten Module 916 sind mit der leitenden Platte 918 verbunden.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des wie beschrieben aufgebauten Lasergerätes mit der Schalteinrichtung beschrieben.

Nachdem der Kondensator 2 aufgeladen ist, wird die Schalteinrichtung 915 eingeschaltet. Eine Steuerschaltung (nicht dargestellt) liefert Triggersignale an die gemeinsame Gateklemme (nicht dargestellt) der FETs 914 jedes Moduls 916, um alle FETs 914 einzuschalten. Nach dem Einschalten der Schalteinrichtung 915 wird die im Kondensator 2 gespeicherte Ladung durch die leitende Platte 917, die Schalteinrichtung 915 und die leitende Platte 918 in den Kondensator 8 übertragen. Daraufhin tritt eine Entladung zwischen den beiden Elektroden 9 auf, um einen Laserstrahl auszusenden.

Wenn die Schalteinrichtung 915 leitend wird, sind die Induktivitäten der Stromschleife des durch die leitende Platte 917 und die Schalteinrichtung 915 fließenden Stromes I für alle parallelgeschalteten FETs 914 gleich. Dies rührt daher, daß die leitende Platte 917 zu allen parallelgeschalteten FETs 914 aller Module 916 den gleichen Abstand "a" einnimmt. Anders ausgedrückt sind die Bereiche A in Fig. 12 für alle FETs 914 gleich groß. Die Größe "1" in Fig. 12 entspricht der Länge der Module in den Fig. 57 oder 59, gesehen in der parallel dazu verlaufenden Richtung.

Das Problem, daß sich der Strom an spezifischen FETs 914 des Moduls 916 konzentriert und die FETs zerstört, wird hier erfolgreich gelöst.

Die Fig. 60(a) und 60(b) stellen jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer vierzehnten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform ist in der leitenden Platte 917 ein Ausschnitt 917a angebracht. Beim Einbau der Schalteinrichtung 915 in ein Lasergerät erfordern Raum- und Layoutbedingungen in Verbindung mit den benachbarten Teilen und Komponenten manchmal eine gewisse Verformung der leitenden Platte 917. Beispielsweise wird die Herstellung des dargestellten Ausschnittes 917a notwendig. In diesem Falle werden die Module 916 entsprechend der Konfiguration des Ausschnittes 917a so versetzt plaziert, daß der gleiche Abstand "a" gesichert bleibt und damit gleiche Induktivitäten für die Stromschleifen aller FETs 914 geschaffen werden.

Fig. 61 zeigt eine Seitenansicht einer fünfzehnten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die leitende Platte 917 so ausgebildet, daß sie eine geneigte Oberfläche 917b besitzt, und zwar aus dem gleichen Grunde wie oben beschrieben. Der Drain D und die Source S der FETs 914 in einem Modul 916a, der der geneigten Oberfläche 917b gegenübersteht, sind so geformt, daß sie sich unter dem gleichen Winkel abschrägen wie dem der genannten Oberfläche 917b, so daß die geneigte Oberfläche und die geneigte Ebene mit dem Drain und der Source parallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise wird der gleiche Abstand "a" gewährleistet.

Bei den oben erwähnten Ausführungsformen werden die FETs 914 als Festkörperschaltelemente verwendet, können aber durch jeden anderen Typ von Schaltelementen, wie etwa IGBTs und Thyristoren ersetzt werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist die leitende Platte unter Einhaltung eines gleichmäßigen Abstandes von den Festkörperschaltelementen des Moduls getrennt. Dementsprechend sind die Induktivitäten der Stromschleifen der entsprechenden Festkörperelemente im Falle, daß von der leitenden Platte Strom eingespeist wird, untereinander gleich. Darum wird der Strom gleichmäßig über die FETs verteilt, wodurch eine Zerstörung der FETs vermieden wird.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die sechzehnte bis achtzehnte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In den Fig. 62 bis 65 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 5 verwendet.

Bei der in den Fig. 62(a) bis 62(d) dargestellten sechzehnten Ausführungsform ist eine dünne Drain-Elektrodenplatte 1019 als erste Elektrode über der im wesentlichen gesamten oberen Oberfläche des Moduls 1016 angebracht. Eine dünne Source-Elektrodenplatte 1020 ist als zweite Elektrode über die im wesentlichen gesamte untere Oberfläche des Moduls 1016 angebracht. Stiftklemmenähnliche Gate-Elektroden 1021 sind als dritte Elektroden auf der Oberfläche des Moduls 1016 angebracht, die sich von der oberen und der unteren Oberfläche des Moduls unterscheidet.

Bei der in den Fig. 63(a) bis 63(d) dargestellten siebzehnten Ausführungsform bedecken dünnen plattenförmige Drain- und Source-Elektroden 1019 bzw. 1020 die Flächen der oberen und der unteren Oberfläche des Moduls 1016, wobei diese im wesentlichen jeweils die Hälfte der Oberflächen besetzen und getrennt von den Gate-Elektroden 1021 plaziert sind.

Bei der in Fig. 64 dargestellten achtzehnten Ausführungsform bedeckt eine dünne plattenförmige Drain-Elektrode 1019 die Fläche der oberen Oberfläche des Moduls 1016, die im wesentlichen die Hälfte der oberen Oberfläche ausmacht. Eine dünne plattenförmige Source-Elektrode 1020 und stiftklemmenförmige Gate-Elektroden 1021 sind auf der unteren Oberfläche des Moduls angebracht.

Fig. 65 stellt eine perspektivische Ansicht einer Schalteinrichtung 1015 dar, die aus einer Anzahl von Modulen entsprechend der achtzehnten Ausführungsform der Erfindung besteht.

Gemäß Fig. 65 erstreckt sich eine Vielzahl von Drain-Platten 1023, die auf einer Seite einer leitenden Platte 1022 montiert sind, unter Bildung einer regalförmigen Struktur nach außen. Eine Vielzahl von Modulen 1016 sind jeweils auf den Drain-Platten plaziert. Diese Module 1016 sind in einer Weise gestapelt, daß die Drain-Elektrode 1019 auf der oberen Oberfläche eines Moduls 1016 mit der Drain-Platte 1023 über dem Modul in Berührung tritt, während die Source-Elektrode 1020 auf der unteren Oberfläche des Moduls mit der Drain-Platte 1023 unter dem Modul in Berührung tritt. Die Gate-Elektroden 1021 sind jeweils aus einem Spalt zwischen jeder Drain-Platte 1023 und dem Modul 1016 herausgeführt. Das untere Ende der leitenden Platte 1022 ist mit dem in Fig. 4 dargestellten Kondensator 2 verbunden.

Nunmehr wird die Betriebsweise des wie beschrieben aufgebauten Lasergerätes mit der Schalteinrichtung erläutert.

Nach dem Laden des Kondensators 8 werden alle FETs der Schalteinrichtung 1015 gleichzeitig eingeschaltet. Die Ladung des Kondensators 8 wird durch die Leiterplatte 1022, die Schalteinrichtung 1015 und das in Fig. 4 dargestellte Gehäuse 5 in die Kondensatoren 2 übertragen.

Die Drain-Elektrode 1019 und die Source-Elektrode 1020 des Moduls 1016 besitzen die Form dünner Platten. Wenn daher eine Anzahl von Modulen gestapelt wird, wie Fig. 65 zeigt, oder wenn die Module in anderer Weise kombiniert werden, können alle Module 1016 gestapelt oder kombiniert werden, während sie miteinander in Kontakt stehen. Aufgrund dieses Merkmals fällt die sich ergebende Schalteinrichtung in den Abmessungen kompakt aus.

Natürlich kann die in Fig. 65 dargestellte Schalteirichtung 1015 auch mit Modulen 1016 der sechzehnten und siebzehnten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut werden. Verschiedene Typen von Schalteinrichtungen können unter Verwendung einer Vielzahl von Modulen 1016 gemäß der sechzehnten bis achtzehnten Ausführungsform aufgebaut werden.

Die als Festkörperschaltelemente der obigen Ausführungsformen verwendeten FETs können durch jedes andere Schaltelement, wie etwa Thyristoren oder IGBTs ersetzt werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind dünne plattenförmige Elektroden auf der oberen und der unteren Oberfläche des Moduls vorgesehen. Demgemäß kann eine Schalteinrichtung in einfacher Weise durch Kombinieren einer Anzahl von Modulen aufgebaut werden. Dieses Merkmal eignet sich besonders für den Fall des Stapelns von Modulen zur Herstellung einer Schalteinrichtung. Weiter kann eine Verringerung der Größe der Schalteinrichtung leicht durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Leitungsinduktivität reduziert werden.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine neunzehnte Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 66 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 6 verwendet. In Fig. 66 bezeichnen die Bezugszeichen: 1116a - ein Gehäuse des Moduls 1116; 1022 - eine Nut im Gehäuse 1116a; und 1123 - Anschlußklemmenabschnitte, die auf der oberen und der unteren inneren Oberfläche der Nut 1122 gebildet sind und an die Gates der FETs im Modul 1116 angeschlossen sind. Im Gehäuse 1116a sind Montagelöcher 1124 angebracht, um die Nut 1122 zu erreichen.

In der Steuereinheit 1117 bezeichnen die Bezugszeichen: 1117b - einen Einsteckabschnitt, der den vorderen Endabschnitt eines Substrates 1117a besetzt; 1125 - Anschlußklemmenabschnitte an beiden Seiten des Einsteckabschnittes 1117b; 1226 - Gewindelöcher; 1127 - einen Triggersignaleingabeabschnitt, der in der Substratplatte 1117a angebracht ist; 1128 - Regler, die zwischen den Triggersignaleingangsabschnitt 1127 und die Klemmenanschlußabschnitte 1125 auf dem Substrat 1117a angeschlossen sind; und 1129 - Schrauben.

Im Betrieb wird die Steuereinheit 1117 der Fig. 66 in die Richtung des Pfeiles "a" bewegt, um den Einsteckabschnitt 1117b in die Nut 1122 des Moduls 1116 einzupassen. Dadurch werden die Klemmenanschlußabschnitte 1123 und 1125 miteinander verbunden, wobei die Montagelöcher 1124 jeweils mit den Gewindelöchern 1126 ausgefluchtet werden. Dann werden die Schrauben 1129 in Richtung des Pfeiles (b) eingesetzt und in die Gewindelöcher 1196 fest eingeschraubt. Der Modul 1116 und die Steuereinheit 1117 sind damit elektrisch und mechanisch miteinander verbunden, und der Anschluß ist zuverlässig.

In diesem Zustand legt eine äußere Treibereinheit (nicht dargestellt) ein Triggersignal an den Triggersignaleingang 1127. Dann werden die Regler 1128 angesteuert, um Steuersignale zu liefern. Die Steuersignale werden an die Gates der FETs im Modul 1116 durch die Anschlußklemmenabschnitte 1123 und 1125 angelegt, um die FETs einzuschalten. Es sei hier bemerkt, daß die Signalpfade, welche die Steuersignale durchlaufen, im wesentlichen untereinander gleich lang sind. Daher wird die Ungleichmäßigkeit der Ansteuerzeiten der FETs vermindert, was eine gute Schaltcharakteristik ergibt. Weiter tritt keine Zerstörung der FETs auf, und gleichzeitig wird eine Hochgeschwindigkeitsschaltoperation ermöglicht.

Fig. 67 stellt eine perspektivische Ansicht einer zwanzigsten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In dieser Figur werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 66 verwendet.

Gemäß Fig. 67 sind Anschlußklemmenabschnitte 1130 auf der oberen und der unteren inneren Oberfläche der Nut 1122 des Moduls 1116 angebracht. Die Klemmenanschlußabschnitte bestehen aus Blattfedern mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt. Bei einer solchen Konstruktion wird die Steuereinheit 1117 in Richtung des Pfeiles "a" bewegt, um den Einsteckabschnitt 1117b in die Nut 1122 einzupassen. Wenn er eingepaßt ist, ist der Einsteckabschnitt 1117b federnd und zugleich fest durch die Blattfedern der Anschlußklemmenabschnitte 1130 befestigt, und die Anschlußklemmenabschnitte 1030 und 1125 sind miteinander verbunden.

Die bei den vorerwähnten Ausführungsformen als Festkörperschaltelemente verwendeten FETs können durch jedes andere Schaltelement, wie etwa Thyristoren und IGBTs ersetzt werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind die Klemmenanschlußabschnitte in der Nut des Moduls ausgebildet, und auch die Klemmenanschlußabschnitte sind im Einsteckabschnitt der Steuereinheit angebracht. Durch Einschieben des Einsteckabschnittes in die Nut werden der Modul und die Steuereinheit elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Vom mechanischen Standpunkt aus stellen daher die Verbindungsmittel gemäß den obigen Ausführungsformen eine feste und stabile Verbindung des Moduls mit der Steuereinheit her. Vom elektrischen Standpunkt aus reduzieren die gleichen Längen der Signalpfade die Ungleichmäßigkeit der Schaltzeiten und liefern damit eine gute Schaltcharakteristik.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Einschalteinrichtung gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Fig. 68 und 69 bezeichnet das Bezugszeichen 1222 ein Gehäuse, während das Bezugszeichen 1223 einen im Gehäuse 1122 enthaltenen Schaltteil bezeichnet. In der Schalteinrichtung sind eine Vielzahl von FETs in Reihe oder parallelgeschaltet, so daß sie gleichzeitig eingeschaltet werden können. Der Schaltteil 1223 entspricht dem Modul 1116 der Fig. 6 und 7. Eine Steuereinheit 1224 zur Steuerung des Schaltteiles 1223 entspricht der Steuereinheit 1117 in Fig. 6 und ist ebenfalls im Gehäuse 1222 enthalten. Die Steuereinheit 1224 ist mit einem Triggersignal-Zuleitungsabschnitt 1225 versehen.

Wie Fig. 69 zeigt, sind eine Vielzahl von Gehäusen 1222, von denen jedes einen Schaltteil 1223 und eine Steuereinheit 1224 enthält, in einer Weise gestapelt, daß das Gehäuse 1222 zwischen die benachbarten leitenden Platten 1219 gelangt. Die leitende Platte 1219 entspricht der leitenden Platte 1119 in Fig. 7. Gemäß Fig. 69 legt eine Gate-Elektrode 1226 als erste Elektrode ein Gate-Signal an die FETs des Schaltteils 1223. Eine Drain-Elektrode 1227 ist als zweite Elektrode, die allen FETs gemeinsam ist, auf der Steuereinheit 1223 angeordnet und mit der leitenden Platte 1219 auf dem Gehäuse 1222 verbunden. Eine Source-Elektrode 1228 ist als dritte Elektrode an die leitende Platte 1219 unter dem Gehäuse 1222 angeschlossen.

Im Betrieb wird von einer Treibereinheit (nicht dargestellt) ein Triggersignal an den Triggersignal-Zuleitungsabschnitt 1225 des Gehäuses 1222 angelegt. Die Steuereinheit 1224 wird zum Anlegen eines Steuersignals über die Gate-Elektrode 1226 an den Schaltteil 1223 angesteuert. Sodann werden alle im Schaltteil 1225 befindlichen FETs gleichzeitig eingeschaltet. Strom fließt dann von der oberen leitenden Platten 1219 zum Schaltteil 1223, zur Source-Elektrode 1228 und zur unteren leitenden Platte 1219.

Es sei bemerkt, daß der Schaltteil 1223 und die Steuereinheit 1224 im gleichen Gehäuse 1222 untergebracht sind, wobei sie durch die Gate-Elektrode 1226 miteinander verbunden sind. Bei dieser Bauweise wird die Ungleichmäßigkeit der Ansteuerzeitpunkte der FETs aufgrund der unterschiedlichen Längen der Zuführungsdrähte 1118 erfolgreich beseitigt, also eine Ungleichmäßigkeit, die für den in Fig. 6 dargestellten Stand der Technik typisch ist. Es erfolgt also die gleichzeitige Einschaltung der FETs, wodurch die Schaltcharakteristik verbessert wird.

Die bei der obigen Ausführungsform als Festkörperschaltelemente benutzten FETs können durch jedes andere Schaltelement, wie etwa Thyristoren und IGBTs ersetzt werden.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, sind der Schaltteil mit einer Vielzahl von Festkörperschaltelementen und die Steuereinheit zur Steuerung des Schaltteils in einem einzelnen Gehäuse untergebracht, wodurch eine einzige Einheit entsteht. Daher sind der mechanische und der elektrische Anschluß des Schaltteiles und der Schaltelemente zuverlässiger. Die Ansteuerzeiten der Schaltelemente sind einander gleich, was eine stabile Schaltoperation erlaubt.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die zweiundzwanzigste Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 70 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 6 verwendet.

In Fig. 70 bezeichnen die Bezugszeichen: 1322 - eine Vielzahl von Stiftklemmen, die auf einer Seitenwand eines Moduls 1161 befestigt sind und Steuersignale von einer Steuereinheit 1117 empfangen; 1323 - eine Montageplatte, die von einer Seitenwand des Moduls 1116 her vorsteht; und 1324 - eine Vielzahl von Montagelöchern der Montageplatte 1323.

Weiter bezeichnen die Bezugszeichen: 1325 - eine Vielzahl von Buchsen, die zeilenförmig auf einem Substrat 1117a der Steuereinheit 1117 zur Aufnahme der Stiftklemmen 1322 zwecks Herstellung des mechanischen und elektrischen Anschlusses angeordnet sind; 1326 - eine Vielzahl von Montagelöchern, die im vorderen Endabschnitt des Substrates 1117a zeilenförmig in Übereinstimmung mit den Montagelöchern 1324 angeordnet sind; und 1327 - Schrauben, die in die Löcher 1324 und 1326 eingedreht sind. Bei der zweiundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung bilden die Buchsen 1325, die Montagelöcher 1324 und 1326, etc. Anschlußmittel.

Die Betriebsweise der wie beschrieben aufgebauten Schalteinrichtung ist folgende.

Gemäß Fig. 4 wird die Steuereinheit 1117 in Richtung des Pfeiles "a" bewegt und das vordere Ende des Substrates 1117a wird auf die Montageplatte 1323 des Moduls 1116 gesetzt. Dann werden die Stiftklemmen 1322 in die Buchsen 1325 eingeschoben, so daß die Montagelöcher 1324 und 1326 ausgefluchtet sind. Die Schrauben 1327 werden fest in die Löcher 1324 und 1326 eingeschraubt. Damit sind der Modul 1116 und die Steuereinheit 1117 mechanisch fest verbunden und elektrisch stabil aneinander angeschlossen. Die Steuereinheit 1117 legt über die Buchsen 1325 und die Stiftklemmen 1322 Steuersignale an den Modul 1116 an, so daß die Vielzahl von FETs im Modul 1116 eingeschaltet werden. Es sei bemerkt, daß die Signalpfade für die Steuersignale zum Modul 1116 im wesentlichen gleiche Länge besitzen. Daher wird die Ungleichmäßigkeit der Schaltzeitpunkte vermindert, was eine gute Schaltcharakteristik liefert. Das Problem der Zerstörung der FETs ist damit gelöst und eine hohe Schaltgeschwindigkeit sichergestellt.

Fig. 71 stellt eine perspektivische Ansicht einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Der Modul 1116 ist mit einem Koppler 1328 ausgestattet, der alle Stiftklemmen 1322 umgibt. Ein Stecker 1329, die mit dem Koppler 1328 und den Stiftklemmen 1322 verbunden werden muß, ist auf dem vorderen Endabschnitt des Substrates 1117a der Steuereinheit 1117 angebracht. Der Stecker 1329 und der Koppler 1328 bilden die Anschlußmittel.

Zum Zusammenbauen der Schalteinrichtung wird die Steuereinheit 1117 in Richtung des Pfeiles "c" bewegt und der Stecker 1329 mit dem Koppler 1328 und den Stiftklemmen 1322 verbunden, womit der elektrische und mechanische Anschluß der Steuereinheit 1117 mit dem Modul 1116 hergestellt ist.

Fig. 72 stellt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer vierundzwanzigsten Ausführungsform der Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform ist eine Kopplungseinheit 1330 getrennt zwischen dem Modul 1116 und der Steuereinheit 1117 angeordnet, um beide miteinander zu verbinden. Auf der Seitenwand der Kopplungseinheit 1330 ist eine Nut 1331 angebracht, die der Steuereinheit 1117 gegenübersteht. Klemmen 1332 sind auf der Bodenfläche der Nut angeordnet. Weiter sind in der Steuereinheit Löcher (nicht dargestellt) angebracht, in welche Schrauben 1332a eingedreht werden. Am vorderen Ende der Rückseite des Substrates 1117a der Steuereinheit 1117 sind Klemmen (nicht dargestellt) zum Anschließen der Anschlußklemmen 1332 angebracht. Montagelöcher 1333, in welche die Schrauben 1332a eingedreht werden müssen, sind ebenfalls im Modul 1116 angebracht. Ein Koppler (nicht dargestellt) ist auf der Seitenwand der Kopplungseinheit 1330 angebracht und steht den Stiftklemmen 1322 des Moduls 1116 gegenüber.

Zum Zusammenbauen der Schalteinrichtung wird die Kopplungseinheit 1330 zunächst in Richtung des Pfeiles "d" bewegt, um den Koppler mit den Stiftklemmen 1322 zu verbinden. Dann wird die Steuereinheit 1117 in Richtung des Pfeiles "i" bewegt, um das vordere Ende der Steuereinheit in die Nut 1331 der Kopplungseinheit 1330 einzuführen und so die Klemme 1332 mit der Klemme des Substrates 1117a zu verbinden. Damit ist der Modul 1116 mit Hilfe der Kopplungseinheit 1330 elektrisch und mechanisch mit der Steuereinheit 1117 verbunden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist bei den Ausführungsformen der Modul mit den Stiftklemmen und den Anschlußmitteln ausgestattet, die den Modul elektrisch und mechanisch an die Steuereinheit anschließen bzw. von dieser trennen können. Vom mechanischen Standpunkt aus liefern die Anschlußmittel gemäß den obigen Ausführungsformen eine feste und stabile Verbindung des Moduls mit der Steuereinheit. Vom elektrischen Standpunkt aus reduzieren die gleichen Längen der Signalpfade die Ungleichmäßigkeit der Schaltzeiten und liefern so eine gute Schaltcharakteristik.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine fünfundzwanzigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 73 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen den Fig. 20 versehen. Es bezeichnen: 144F - eine Festkörperschalteinrichtung bestehend aus FET-Modulen; 1411B - eine Impulsformerleitung (PFL) zur Verzögerung eines Impulses, wobei die Leitung in einer der vorbereitenden Entladung gewidmeten Schaltung angeordnet ist; und 1420 - eine Hochspannungsimpulsschaltung, bestehend aus einem Kondensator 141, einem spitzenimpulsliefernden Kondensator 142 und einer Ladeinduktivität 143, etc.

Nunmehr wird die Betriebsweise des wie beschrieben aufgebauten entladungserregten Impulslasergerätes beschrieben. Bei dieser Ausführungsform bildet die Festkörperschalteinrichtung 144F den Hochspannungsschalter anstelle einer gasgefüllten Entladungsröhre mit heißer Kathode, die üblicherweise zum Auslösen der Entladung als Hochspannungsschalter benutzt wird. Der Schalter 144F besteht aus FET-Modulen als Festkörperelemente, die serien-parallelgeschaltet sind. Bei dieser Schaltung wird ein starker, in die Hochspannungsimpulsschalter 1420 fließender Momentanstrom über viele serien-parallel angeschlossene Elemente mit verbreiterter Stromflußfläche verteilt. Die Gesamtinduktivität wird daher extrem reduziert. Damit wird der Verzögerungsfaktor verbessert und mit dem Hochspannungsschalter eine Hochgeschwindigkeitsschaltoperation durchgeführt. Demgegenüber ist die herkömmliche, der vorbereitenden Ionisation dienende Schaltung A (Fig. 20) aus Induktivitäten 1411A und 1411B und dem Kondensator 1412 aufgebaut, die zur Einstellung einer Zeitkonstante dienen. Es ist daher schwierig, den Zeitpunkt der Stromschwingung zur Auslösung der vorbereitenden Entladung genau einzustellen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Induktivität von ungefähr 200 nH auf annähernd 20 nH reduziert, wobei es sich um den Wert des herkömmlichen Gerätes handelt. Zu diesem Zweck wird die der vorbereitenden Ionisation gewidmete Schaltung von der Hochspannungsseite der Schalteinrichtung her angeschlossen, und die Impulsformerleitung 1411B ermöglicht die Anpassung ihrer Länge. Dadurch ist eine Abstimmung der Stromverzögerung möglich, so daß der Zeitpunkt der Ionisation gesteuert werden kann. Damit können gespeicherte Elektronen mit maximaler Dichte gewonnen und zur richtigen Zeit an den Hauptentladeabschnitt geliefert werden. Die Verwendung der Impulsformerleitung 1411B verbessert die Schwingungsperiode des Stromimpulses um das Dreifache, was eine Hochgeschwindigkeitsoperation ermöglicht.

Fig. 74 veranschaulicht die sechsundzwanzigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Zuleitungsdraht ist von einem Punkt in der Nähe des Mittelpunktes der Festkörperschalteinrichtung 144F aus in Serienschaltung angeschlossen und mit der für die vorbereitende Ionisation bestimmte Schaltung verbunden. Bei dieser Schaltung wird die an die Schaltung für die vorbereitende Ionisation angelegte Spannung reduziert, wodurch die Beschädigung des zwischen die zweite Hauptelektrode 146 und die Hilfselektrode 148 eingefügten dielektrischen Materials minimiert wird.

Fig. 75 zeigt eine siebenundzwanzigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Struktur dieser Ausführungsform sind die erste und die zweite Festkörperschalteinrichtung 144F1 und 144F2 getrennt angebracht, so daß Steuerbefehle getrennt an die Hochspannungsimpulsschaltung 1420 und an die der vorbereitenden Ionisation dienende Schaltung angelegt werden. Wenn FET-Module als erste und zweite Festkörperschalteinrichtungen 144F1 und 144F2 verwendet werden, kann die Schwingungsperiode leicht im Hochgeschwindigkeitsansprechbereich eingestellt werden. Dementsprechend kann ein Triggerimpuls von einem Impulsgeber 1430 mit der richtigen Zeitgabe zur Durchführung der vorbereitenden Entladung erzeugt werden. Bei den oben erwähnten Ausführungsformen wird die Kapazitätstransferschaltung als Hochspannungsentladungsschaltung verwendet. Falls gewünscht, kann auch eine LC-Inverterschaltung oder eine Schaltung mit Antireflexbelagsleitung für den gleichen Zweck verwendet werden. Die FET-Module für die Festkörperschalteinrichtung können durch Transistoren, Thyristoren, Thyratrons, Funkenstrecken, und dergleichen ersetzt werden.

Bei der fünfundzwanzigsten und sechsundzwanzigsten Ausführungsform ist der Schalter zum Auslösen der Hauptentladung aufgrund der im Kondensator gespeicherten Ladungen aus einer Festkörperschalteinrichtung aufgebaut, die aus serien-parallelgeschalteten Festkörperschaltelementen besteht. Die Hochspannungsseite der Festkörperschalteinrichtung ist mit der Hilfselektrode durch die der vorbereitenden Ladung dienende Schaltung unter Einschluß der Impulsformerleitung verbunden. Der vor der Auslösung der Hauptentladung liegende Startzeitpunkt der vorbereitenden Entladung kann durch Einstellen der Länge der Impulsformerleitung gesteuert werden. Daher kann eine höhere Schaltgeschwindigkeit erzielt werden, und die gleichmäßige vorbereitende Entladung kann harmonisch mit dem Hauptentladungszeitpunkt durchgeführt werden.

Bei der siebenundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Festkörperschalteinrichtung zum Auslösen der Hauptentladung, und die zweite Festkörperschalteinrichtung zum Auslösen der vorbereitenden Entladung vorgesehen, wobei sie durch den Impulsgeber eingeschaltet werden. Daher kann der Startzeitpunkt der vorbereitenden Entladung zur Durchführung der Hauptentladung unter den besten Bedingungen eingestellt werden.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine achtundzwanzigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 76 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 1 verwendet. Ein Kondensator 159 wird durch die Hochspannungsleistungsquelle 10 geladen. Eine Festkörperschalteinrichtung 1510 enthält eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeitsschaltelementen in Serien-Parallelschaltung (beispielweise in Form einer Schaltung aus vielen Stufen).

Im Betrieb lädt die Hochspannungsleistungsquelle 10 über eine Schleife A mit Kondensator 159 und Drossel 12 den Kondensator 159 auf. Dann wird die Festkörperschalteinrichtung 1510 als Hochspannungsschalter eingeschaltet. Mit dem Einschalten des Schalters wird die im Kondensator 159 gespeicherte Ladung direkt als Impuls durch eine Schleife B mit den Komponenten: Kondensator 159 - Festkörperschalteinrichtung 1510 - Entladungsteil 156 entladen. Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß die Festkörperschalteinrichtung 1510 in der Entladungsschleife B in Reihe geschaltet ist. Aufgrund der Impulsentladungsoperation steigt die Spannung zwischen den Hauptelektroden im Entladungsteil 156 scharf an, woraufhin ein Durchbruch im Entladungsraum erfolgt, so daß die im Kondensator 159 gespeicherte Energie in den Entladungsteil 156 geliefert wird. Dadurch wird das im Entladungsraum befindliche Gas zur Aussendung eines Laserstrahls durch stimulierte Emission angeregt.

Festkörperschaltelemente wie beispielsweise FET-Module werden direkt in Serien-Parallelschaltung gestapelt und bilden einen einzelnen Block. Der Kondensator 159 ist in den Schaltblock eingearbeitet. Der Schaltblock ist auf dem Entladungsteil 156 montiert, um eine Struktureinheit zu bilden. In diesem Falle sind die jeweiligen Komponenten drahtlos miteinander verbunden, um die Stromflußpfade zu minimieren und damit die Induktivität zu reduzieren.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist die Festkörperschalteinrichtung in Reihe mit der Entladungsschleife für die Impulsentladung der im Kondensator des Entladungsteils gespeicherten Energie geschaltet. Die Vielzahl der Hochgeschwindigkeitsschaltelemente in der Festkörperschalteinrichtung sind serien-parallelgeschaltet. Daher ist die Induktivität klein, so daß ein steiler Impulsentladungsstrom erzielt werden kann, mit hohem Gesamtwirkungsgrad.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine neunundzwanzigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Fig. 77 und 78 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 22 und 23 verwendet. Hochspannungsschalter 1611a und 1611b sind als Festkörperschaltelementgruppen sind mit Stapeln von serien-parallelgeschalteten FET-Modulen zusammengebaut. Die Bezugszeichen 162a und 162b bezeichnen den Kondensator C₁, und die Bezugszeichen 163a und 163b bezeichnen den Kondensator C₂.

Im Betrieb lädt gemäß Fig. 78 die Hochspannungsleistungsquelle 164 die Kondensatoren 162 und 163 über den Ladewiderstand 165 (oder über ein induktives Element) der LC-Inverterschaltung auf. Dabei hat die Spannung im Punkt A den Wert 0. Dann wird gleichzeitig die Hochspannungsschalteinrichtung 1611 eingeschaltet. Die Entladung beginnt durch eine Schleife, welche den ersten Kondensator 162 und die Hochspannungsschalteinrichtung 1611 enthält. Mit fortschreitender Entladung steigt die Spannung im Punkt A auf einen Wert an, der doppelt so hoch wie die Ladespannung ist. Außerdem steigt die Spannung zwischen den Hauptelektroden rasch an, wobei der Entladungsraum durchbricht. Die Energie des Kondensators wird in den Entladungsraum gespeist. Das Gas im Entladungsraum wird erregt und sendet einen Laserstrahl durch stimulierte Emission aus. In der LC-Inverterschaltung kann die Ladespannung niedriger als die für den Entladungsteil 116 benötigte Spannung sein. Daher kann die Versorgungsquelle leistungsmäßig schwächer bemessen werden.

Wie oben erwähnt, besteht die Hochspannungsschalteinrichtung 1611 aus dem Stapel serien-parallelgeschalteter FET-Module als Schaltelemente. Die Fig. 77(a) und 77(b) stellen dar, wie die FET-Module gestapelt sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht der Schalter, wie ersichtlich, aus sieben Stufen von in Reihe angeordneten Modulen und aus sechs Stufen von parallel angeordneten Modulen. Die FET-Module sind entlang des Entladungsteils 166 angeordnet. Diese Struktur verringert die Streuinduktivität der Hochspannungsschalteinrichtung. Falls die Querschnittsfläche der Schleife mit dem Hochspannungsschalter 1611 und dem ersten Kondensator 162 die Größe S = 2 m², und die Länge "l" in Entladungsrichtung den Wert 0.5 m besitzen, beträgt die Schaltungsinduktivität 50 nH. Dieser Wert entspricht im wesentlichen der aufgrund der Beziehung L = uS/l erwarteten Größe der Induktivität. Die Aufteilung der Hochspannungsschaltungeinrichtung 1611 in zwei Teile, wie dargestellt, verringert die Induktivität weiter auf 25 nH. Dieser kleine Induktivitätswert kann bei der herkömmlichen Schalteinrichtung mit Thyratron nicht erzielt werden. Wenn die Hochspannungsschalteinrichtung 1611 für die LC-Inverterschaltung angewandt wird, kann die Spannung vor der Entladung rasch erhöht werden. Daher kann die Leistungsfähigkeit der Laserschwingung verbessert werden, so daß eine Verwendung des magnetischen Sättigungsschalters nicht erforderlich ist.

Wenn das Produkt aus der an den Entladungsraum angelegten Spannung und ihrer Anliegedauer einen ausreichenden Wert erreicht, beginnt die Elektronenvervielfachung, so daß die Impedanz des Entladungsraumes abnimmt. Es vergeht eine gewisse Zeit, bis die Abnahme der Impedanz endet. Bei der Schalteinrichtung gemäß der Erfindung kann die Spannung innerhalb kurzer Zeit verdoppelt werden, weil die Induktivität klein ist. In diesem Falle erreicht das Spannungs-Zeitprodukt jedoch noch nicht einen vorbestimmten Wert. Unter diesen Umständen kann der vom Kondensator gelieferte Strom nicht in den Entladungsraum fließen, weil die Impedanz im Entladungsraum noch zu groß ist. Daher fließt der Strom durch die Hochspannungsschalteinrichtung 1611 zu seinem Ursprung zurück, und die Spannung fällt ab. Aus diesem Grunde verkleinert eine übermäßige Verringerung der Induktivität die Schwingungswirksamkeit. Hieraus ist leicht ersichtlich, daß die beste Schwingungswirksamkeit durch eine Wahl der Induktivität der Schaltung mit der Hochspannungsschalteinrichtung 1161 und der Kapazität des Kondensators 162 solcherart erreicht wird, daß das Produkt aus Spannung und Zeit t (= π √), innerhalb derer die Spannung verdoppelt wird, dem für den Entladungsraum geltenden Spannungs-Zeitprodukt gleicht.

Fig. 79 zeigt eine dreißigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine Diode 169A zwischen die Hochspannungsleistungsquelle 164 und die Hochspannungsschalteinrichtung 1611 eingefügt. Die in Fig. 79 dargestellte Schaltung verhindert, daß die einmal angestiegene Spannung erneut abfällt. Die Diode 169A kann durch einen Schalter 169B mit magnetischer Sättigung ersetzt werden. Die Schaltung verdoppelt die an den Entladungsraum angelegte Spannung und behält die doppelte Spannung solange bei, bis die Entladung beginnt (Beginn der Elektronenvervielfachung). Daher kann eine Verbesserung der Schwingungswirksamkeit erzielt werden.

Fig. 80 veranschaulicht eine einunddreißigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Impulsspitzen liefernder Kondensator 1610 dicht am Entladungsteil angeordnet ist. Es kann eine steilere Spannung an den Entladungsteil angelegt werden.

Fig. 81 veranschaulicht die zweiunddreißigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 81 dargestellte Schaltungsstruktur wird häufig, beispielsweise bei einem Stickstofflaser, angewandt. Auch bei dieser Schaltung muß die Zeitkonstante der Schaltung klein bemessen sein, um die an den Entladungsteil angelegte Spannung auf einen hohen Spannungswert zu bringen. Um dies zu erreichen, ist die Verwendung einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen für den Hochspannungsschalter 1611 besonders wirksam.

Um die Schaltungsinduktivität zu verringern, werden bei den vorerwähnten Ausführungsformen der Erfindung serien-parallelangeschlossene FET-Module für den Hochspannungsschalter verwendet. Der Hochspannungsschalter kann aber auch aus einem anderen Typ serien-parallelgeschalteter Komponenten bestehen, wie beispielsweise Thyratrons als herkömmlicher Schalter, Funkenstrecken, Thyristoren und Transistoren. Weiter kann im vorliegenden Falle die Induktivität verringert werden. Darüber hinaus können Halbleiterschalter als integrierte Schaltungen (IC) ausgebildet werden, so daß ein einzelner Schalter eine Vielzahl von Schaltfunktionen besitzt.

Wie aus der bisherigen Beschreibung hervorgeht, werden bei den Ausführungsformen der Erfindung Festkörperschaltelementgruppen, bestehend aus einer Vielzahl von FET-Modulen, für den Hochspannungsschalter der LC-Inverterschaltung verwendet. Daher wird die Schaltinduktivität verringert, was eine hohe Ansprechleistung des Hochspannungsschalters schafft. Somit kann ein Lasergerät mit einem hohen Schwingungswirkungsgrad realisiert werden.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine dreiunddreißigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 82 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 24 oder 26 benutzt. In Fig. 82 bezeichnen die Bezugszeichen 1711 eine Diode und 1712 einen Widerstand. Eine Reihenschaltung, bestehend aus der Diode 1711 und dem Widerstand 1712, ist dem Impulserzeugungskondensator 174 parallelgeschaltet. Im angeschlossenen Zustand ist die Diode 1711 für die Ladungspolarität der an die Ladeklemme 177 angeschlossenen Spannung nicht leitend. Ein Schalter 1713 besteht aus einer sättigbaren Drossel, die zwischen den impulserzeugenden Kondensator 174 und den als Thyratron arbeitenden Schalter 175 angeschlossen ist. Eine aus dem Impulserzeugungskondensator 174, dem Thyratronschalter 175 und dem sättigbaren Drosselschalter 1713 bestehende Reihenschaltung ist parallel an die Hauptentladungselektroden 171 und 172 angeschlossen.

Die aus der Diode 1711 und dem Widerstand 1712 aufgebaute Schaltung wird Rückstromsperrschaltung genannt.

Nunmehr wird die Betriebsweise des wie erläutert aufgebauten entladungserregten Impulslasergerätes beschrieben. Der Strom i₁ fließt in den Impulserzeugungskondensator 174 und lädt den Kondensator auf. Zur Zeit t = t₀ wird ein Triggersignal an den Thyratronschalter 175 angelegt. Als Antwort auf das Triggersignal wird die im Impulserzeugungskondensator 174 gespeicherte Ladung in Form des Stromes i₂ entladen. Nach Ablauf einer durch das Produkt aus Spannung und Zeit (t = t₀₁ der Fig. 83) des sättigbaren Drossenschalters 1713 bestimmten Zeitdauer geht die Ladung vom impulserzeugenden Kondensator 174 in den spitzenimpulsliefernden Kondensator 173 über. Die Spannungswellenformen sind in Fig. 83 dargestellt. Zur Zeit t = t₁ beginnt zwischen den Hauptentladungselektroden 171 und 172 die Hauptentladung, und es fließt ein Strom i₃. Zur Zeit t = t₂ wird die am spitzenimpulsliefernden Kondensator 173 liegende Spannung hinsichtlich ihrer Polarität umgekehrt. Im Anschluß an den Zeitpunkt t = t₂ entwickelt sich im impulserzeugenden Kondensator 174 die Umkehrspannung. Dabei ermöglicht die Umkehrstromsperrschaltung mit der Diode 1711 und dem Widerstand 1712, die parallel an den Impulserzeugungskondensator 174 geschaltet sind, das Fließen des Bypass-Stromes i₄ durch die genannte Schaltung. Daher entwickelt sich im Impulserzeugungskondensator 174 keine Umkehrspannung. Die durch die nach der Hauptentladung auftretende Schwingung erzeugte Überschußenergie wird durch den Widerstand 1712 aufgezehrt. Das bedeutet, daß zwischen den Hauptentladungselektroden 171 und 172 kein Nachstrom (Rückstrom) erzeugt wird, und daß dementsprechend auch kein Lichtbogen oder eine stromstarke Entladung erzeugt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Ansprechgeschwindigkeit der Diode 1711 durch das Vorhandensein des sättigbaren Drosselschalters 1713 relativ niedrig sein. Der Grund dafür wird nachfolgend erläutert.

Der in Fig. 82 dargestellte sättigbare Drosselschalter 1713 wird in Richtung der mit einem Pfeil versehenen durchgezogenen Linie gesättigt. Wenn die Ladung mit umgekehrter Polarität im Impulserzeugungskondensator 174 angesammelt worden ist, wird der Schalter 1713 in einen Blockierungszustand versetzt, um die anschließende Ladungsschwingung zu verhindern. Innerhalb einer relativ langen Zeitdauer (beispielsweise 200 ns), während der der Schalter 1713 die Spannungsänderung blockiert, kann die Diode 1711 ansprechen und den Umkehrstrom durch den Widerstand 1712 fließen lassen. Aus diesem Grunde kann die Ansprechzeit der Diode 1711 langsam sein, so daß der Spitzenstrom ebenfalls reduziert ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann also die Diode 1711 eine billige Diode mit langsamer Ansprechzeit sein.

Fig. 84 veranschaulicht eine vierunddreißigste Ausführungsform der Erfindung, bei der ein entladungserregtes Impulslasergerät eine Starkstromdiode 1711A mit hoher Ansprechempfindlichkeit verwendet, im Gegensatz zum Impulslasergerät der Fig. 82. Da die Diode eine hohe Ansprechgeschwindigkeit besitzt, kann das Impulslasergerät nützliche Wirkungen erzielen, die denen der 33. Ausführungsform vergleichbar sind, ohne aber der Mitwirkung eines sättigbaren Drosselschalters zu bedürfen.

Fig. 85 veranschaulicht eine fünfunddreißigste Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Impulslasergerät so geschaltet ist, daß eine Maßnahme zur Sperrung des Rückstromes wie bei dem in Fig. 26 dargestellten bekannten Impulslasergerät getroffen sind. Wie dargestellt, ist eine Serienschaltung, bestehend aus einem als sättigbare Drossel ausgebildeten Schalter 178 und einem impulserzeugenden Kondensator 174 den Hauptentladungselektroden 171 und 172 parallelgeschaltet. Eine Serienschaltung, bestehend aus einer Diode 1711 und einem Widerstand 1712 (welche die Rückstromsperrschaltung bilden), ist parallel an den Impulserzeugungskondensator 174 angeschlossen. Ein Ladestrom i₁ fließt in einen Impulserzeugungskondensator 179, um den Kondensator aufzuladen. Die so gespeicherte Ladung wird (in Gestalt des Stromes i₂) über einen Thyratronschalter 175 in den Impulserzeugungskondensator 174 übertragen. Die Diode 1711 ist so geschaltet, daß sie für die Polarität der Fließrichtung des Stromes nicht leitend ist, wobei der Strom zunächst den Impulserzeugungskondensator 174 auflädt. Die in dem den Spitzenimpuls liefernden Kondensator 173 gespeicherte Umkehrstromladung passiert als Entladungsstrom i₄ im Nebenanschluß abrupt die Diode 1711, wenn die Sperre durch den sättigbaren Drosselschalter 178 beseitigt wird. Daher kann dieses Impulslasergerät ebenfalls die gleichen Wirkungen erzielen wie die vorerwähnten Ausführungsformen.

Während die bisher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung jeweils einen spitzenimpulsliefernden Kondensator 173 verwenden, kann ein Impulslasergerät, das ohne einen spitzenimpulsliefernden Kondensator arbeitet (wie in Fig. 86 dargestellt) ebenfalls sehr nützliche Wirkungen erzielen, die denen der anderen Ausführungsformen vergleichbar sind. In diesem Falle ist es von Vorteil, als Diode 1711A eine Hochgeschwindigkeitsdiode hoher Kapazität zu verwenden.

Fig. 87 veranschaulicht eine sechsunddreißigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur ist eine Diode 1711 in Reihe in eine Schaltung eingefügt, die einen spitzenimpulsliefernden Kondensator 173, einen Impulserzeugungskondensator 174 sowie einen Schalter 175 aufweist. Ein Widerstand 1712 ist der Diode 1711 parallelgeschaltet.

In der Schaltung fließt ein von einer Ladeklemme 177 an den Impulserzeugungskondensator 174 gespeister Ladestrom i₁ durch den Widerstand 1712 sowie eine Induktivität 176. Wenn der Schalter 175 leitend wird, wird die im Impulserzeugungskondensator 174 gespeicherte Ladung in den spitzenimpulsliefernden Kondensator 173 (in Form des Stromes i₂) übertragen, wobei dieser Kondensator dem Entladungsteil parallelgeschaltet ist und der genannte Strom durch die Diode 1711 und den Schalter 175 fließt. Mit dem Ladungstransfer steigt die Spannung zwischen den Hauptentladungselektroden 171 und 172 an, und die Hauptentladung (es fließt der Strom i₃) beginnt mit der Aussendung des Laserstrahls.

Ein Teil der in den Kondensatoren 173 und 174 gespeicherten Ladung wird vom Entladungsteil nicht aufgezehrt und schwingt daher. Daher verläuft die Richtung des Stromes umgekehrt zur Richtung desjenigen Stromes, der von der Spannung hervorgerufen wird, wenn der Laserstrahl ausgesandt wird. Die Diode 1711 blockiert den Stromfluß. Weiter wird Strom vom Widerstand 1712 verbraucht, falls dessen Wert zu hoch angesetzt wird. Die Folge ist, daß der Schwingungsumkehrstrom unterdrückt wird.

In diesem Falle muß die Diode 1711 eine Hochgeschwindigkeitsoperation durchführen. Daher bildet eine Serien-Parallelschaltung aus vielen Dioden die Diode 1711. Eine sättigbare Drossel (MPC), die in Fig. 87 mit dem Bezugszeichen 1711a bezeichnet ist, kann anstelle der erwähnten Serien-Paralleldiodenschaltung verwendet werden. In einem solchen Falle geht der Schwingungsunterdrückungseffekt verloren, falls die Drossel in Sättigung geht. Dieses Problem kann jedoch in der Weise vermieden werden, daß die Zeitdauer bis zur Sättigung richtig eingestellt wird und die Entladung innerhalb der eingestellten Sättigungszeitdauer verschwindet. Falls die sättigbare Drossel und eine Diode niedriger Ansprechgeschwindigkeit kombiniert werden (die Kombination dieser beiden Elemente ist in Fig. 87 mit dem Bezugszeichen 1711(b) versehen), unterstützen sich der Spannungssperreffekt der sättigbaren Drossel und die bei Beseitigung der Spannungsblockade verursachte Widerstandsreduktion der Starkstromdiode gegenseitig und liefern bessere Wirkungen.

Bei jeder Ausführungsform wird für die Ladeschaltung die Induktivität 176 verwendet. Die in der Induktivität gespeicherte Ladung wird beim Entladen möglicherweise in einen Lichtbogen umgesetzt. Um dies zu verhindern, ist ein Widerstand 176A dem reaktiven Element 176 vorzuziehen.

Fig. 88 veranschaulicht die siebenunddreißigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur ist eine Diode 1711 der Rückstromsperrschaltung (zur Unterdrückung der Schwingung) in eine Schaltung eingefügt, die den impulsspitzenliefernden Kondensator 173 und die Hauptentladungselektroden 171 und 172 aufweist. Wenn die Schwingung durch die Diode 1711 unterdrückt wird, wird die im spitzenimpulsliefernden Kondensator 173 zurückbleibende Energie durch einen Widerstand 176A aufgezehrt.

Während bei den obigen Ausführungsformen Dioden und sättigbare Drosseln verwendet werden, können sie auch durch jedes andere Element ersetzt werden, das den Strom begrenzen kann, wie etwa Vakuumdiodenröhren, Thyristoren und Varistoren. Da der Widerstand 1712 durch den Innenwiderstand der Diode ersetzt werden kann, kann der Widerstand 1712 entfallen.

Bei den obigen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Thyratron als Schalter 175 verwendet. Es kann durch eine Serien-Parallelschaltung aus Halbleiterschaltelementen (Thyristoren, SIT-Transisoren, FETs, IGBTs, etc.) oder durch Schalter, wie etwa Funkenstrecken und Schienenschalter (rail switches) ersetzt werden. Von der Ladeklemme 177 wird ein positiver Ladestrom geliefert; es kann aber auch unter Beibehaltung der Nutzwirkungen ein negativer Ladestrom eingespeist werden.

Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung bei Excimer-Lasern Anwendung finden, kann die Erfindung natürlich auch bei jedem anderen Impulslasergerät angewandt werden, das einen geringen Entladungswiderstand und einen schwingenden Entladungsstrom aufweist.

Die bei den obigen Ausführungsformen verwendeten Kondensatoren können durch eine Schaltung mit verteilten Parametern ersetzt werden.

Entsprechende Kombinationen der Ausführungsformen liefern noch bessere Wirkungen.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird zum Sperren des Rückstromes, der durch die nach der Hauptentladung an die Hauptentladungselektroden angelegten Umkehrspannung verursacht wird, die Rückstromsperrschaltung an einen Hauptabschnitt derjenigen Stelle angeschlossen, an der die Rückspannung reduziert werden kann. Durch das Vorhandensein der Rückstromsperrschaltung wird die durch die Rückspannung erzeugte Energie verbraucht, so daß zwischen den Hauptentladungselektroden ein Lichtbogen und eine stromstarke Entladung kaum auftreten kann, und die Elektroden nur wenig angegriffen werden.

Zusätzlich wird eine rasche Wiederholungsschwingung ermöglicht, was einen Hochleistungsbetrieb des Lasergerätes erlaubt.

Nunmehr werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die achtunddreißigste und neununddreißigste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Fig. 89 und 90 werden gleiche Bezugssymbole zur Bezeichnung gleicher oder äquivalenter Teile der Fig. 28 benutzt. Ein spitzenimpulsliefernder Kondensator (C₂), der als spannungsabhängiger Kondensator dient, besteht beispielsweise aus BaTiO₃. Eine Festkörperschalteinrichtung 1811 ist aus FET-Modulen in Serien-Parallelschaltung aufgebaut.

Die Betriebsweise des wie b 04197 00070 552 001000280000000200012000285910408600040 0002004131949 00004 04078eschrieben aufgebauten Lasergerätes wird nunmehr beschrieben. Der Betrieb der Schaltung selbst ist der gleiche wie der in Bezug auf Fig. 28 beschriebene und wird daher fortgelassen. Vielmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 91 eine Veränderung der Kapazität des impulsspitzenliefernden Kondensators (C₂) 1810 im Hinblick auf die Gleichspannung beschrieben. Wie aus dem Kurvendiagramm hervorgeht, nimmt im Falle, daß sich die Ladespannung der Nennspannung annähert, die Kapazität des impulsspitzenliefernden Kondensators (C₂) 1810 auf ungefähr die Hälfte ihres Wertes vor der Aufladung ab, falls der Kondensator aus BaTiO₃ besteht. Die Lebensdauer der Hauptentladungselektroden hängt allgemein davon ab, wie gleichmäßig und lichtbogenfrei eine Entladung durchgeführt wird. Um die Qualitätsverschlechterung der Dioden durch Sputtern hervorzurufen, muß der Nachstrom minimiert werden. Es ist daher zur Sicherstellung einer hohen Zuverlässigkeit und langen Lebensdauer erforderlich, die an den Klemmen des impulsspitzenliefernden Kondensators nach dem Beginn der Ladung auftretende Umkehrspannung zu vermindern.

Bei der Kapazitätstransferschaltung wird eine erste Spitzenspannung nach folgender Formel berechnet:

In dieser Gleichung stellt v₀ die Ladespannung für den Kondensator C₁ dar, und es gilt:

2Vo = V_2M (C₁-C₂)/C₁,

wobei γ = C₁/C₂ ist.

Fig. 94 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen C₁/C₂ und V_2M dar. Das Diagramm zeigt, daß die am spitzenimpulsliefernden Kondensator C₂ liegende Spannung durch allmähliches Vergrößern des Verhältnisses von C₁/C₂ auf den doppelten Wert der angelegten Spannung erhöht werden kann. Wenn weiter der aus BaTiO₃ bestehende spitzenimpulsliefernde Kondensator C₂ verwendet wird, weist seine Kapazität bei Beginn der Entladung einen Minimumswert auf und nimmt nach Beginn der Entladung zu. Es wird ein Zustand hergestellt, der sich dem Anpassungszustand des Entladungsteils annähert. In diesem Zustand wird viel Energie aus der Entladung des Kondensators injiziert, so daß die im impulsspitzenliefernden Kondensator zurückbleibende Energie entsprechend reduziert wird. Wie aus Fig. 92(a) hervorgeht, wird die Spannung Vr umgekehrter Polarität der Wellenform der am spitzenimpulsliefernden Kondensator (C₂) 1810 liegenden Schwingungsspannung im Vergleich zu derjenigen der Fig. 30 deutlich reduziert. Dementsprechend ist auch der Nachstrom klein, wie Fig. 92(b) zeigt, so daß keine Lichtbogenbildung auftritt. Wie aus Fig. 93 hervorgeht, die eine Schwingungswellenform der Entladungsspannung veranschaulicht, erreicht diese eine erste Spitzenspannung V_2M. Wie Fig. 90 zeigt, ist im Falle, daß die Festkörperschalteinrichtung 1811 verwendet wird, die Induktivität des Schalters zur Zeit der Entladung tatsächlich deutlich kleiner als wenn ein Thyratron benutzt wird. Die Ansprechgeschwindigkeit des Schalters ist daher hoch, so daß sich die Wellenform gemäß Fig. 93 steil ändert und einen hohen Output liefert.

Bei der vorliegenden Ausführungsform arbeitet der als spannungsabhängiger Kondensator aus BaTiO₃ bestehende impulsspitzenliefernde Kondensator derart, daß wenn die an den Kondensator angelegte Spannung auf die Nennspannung ansteigt, die Kapazität halbiert wird. Eine durch den Nachstrom hervorgerufene Lichtbogenentladung findet also nicht statt, wodurch die Lebenszeit der Hauptentladungselektroden verlängert wird. Weiter kann die Spannung des Entladungsteils durch Anwendung der niedrigeren Spannung des Schaltteils erzielt werden. Dieses Merkmal verringert die Anzahl der erforderlichen Reihenschaltung der Festkörperschaltelemente.

Claims

1. Schalteinrichtung für ein entladungserregtes Impulslasergerät, bei der ein in Reihe mit einer Entladungsröhre geschalteter Hauptkondensator durch eine Hochspannung geladen wird, und ein zweiter Kondensator über die Entladungsröhre durch Einschalten einer Schaltervorrichtung impulsförmig entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltervorrichtung (115, 144, 415, 515, 1510, 1611, 1811) aus einer Schaltermatrix von Festkörperschaltelementen (14, 49, 516) gebildet ist.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Schaltervorrichtung eine Schutzschaltung mit mindestens einem Überspannungsschutz-FET (49A) in einer Serienschaltungsstufe (S1, S2, S3, . . . ) der Schaltermatrix umfaßt, dessen Gate (G) von den Gates der übrigen Festkörperschaltelemente (49) getrennt ist;
- eine Zenerdiode (411) sowie eine weitere Diode (412) zwischen Drain und Gate des Überspannungsschutz-FETs geschaltet sind;
- ein Widerstand (413) zwischen Gate und Source des Überspannungsschutz-FETs (49A) eingefügt ist; und
- ein zweiter Widerstand (431) und ein Kondensator (432) parallel und zwischen Drain und Gate des Überspannungsschutz-FETs (49A) geschaltet sind.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leiterlänge vom Hauptkondensator (2) zur Schutzschaltung (316) kürzer ist als vom Hauptkondensator (2) zur Schaltervorrichtung, so daß die Induktivität der Stromschleife durch die Schutzschaltung geringer ist als die Induktivität der Stromschleife durch die Schaltervorrichtung.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transistor (514) zur Erfassung eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung eines (515) der Festkörperschaltelemente der Schaltermatrix, wobei der Transistor von der Spannung über dem Festkörperschaltelement (515) gesteuert wird und ein Anzeigeelement (57) steuert.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Impulsformerleitung, die eine Schaltung zur ausschließlich vorbereitenden Ionisation der Entladungsröhre steuert, wobei die Impulsformerleitung (1411P) an die Hochspannungsseite der Schaltervorrichtung (144) angeschlossen ist.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- eine zweite Schaltervorrichtung (144F2) zum Einleiten einer vorbereitenden Ionisation vor der Hauptentladung über eine ausschließlich der vorbereitenden Ionisation dienende Schaltung (1412);
- dadurch, daß die zweite (144F2) Schaltervorrichtung aus einer Schaltermatrix von Restkörperschaltelementen gebildet ist, und;
- durch einen Impulsgeber (1430) zur Erzeugung von Triggersignalen zur Einschaltung der ersten (144F1) und zweiten (144F2) Schaltervorrichtungen.

7. Schalteinrichtung für ein entladungserregtes Impulslasergerät, bei der ein in Reihe mit einer Entladungsröhre geschalteter Hauptkondensator durch eine Hochspannung geladen wird, und ein zweiter Kondensator über die Entladungsröhre durch Einschalten einer Schaltervorrichtung impulsförmig entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltervorrichtung (144) aus einer Gruppe von Festkörperschaltelementen besteht, von denen jede aus einer Vielzahl von gleichzeitig angesteuerten, in einer Schaltermatrix angeordneten Schaltelementen besteht, die eine Umschaltfunktion besitzen.

8. Schalteinrichtung für ein entladungserregtes Impulslasergerät, bei der ein in Reihe mit einer Entladungsröhre geschalteter Hauptkondensator durch eine Hochspannung geladen wird, und ein zweiter Kondensator über die Entladungsröhre durch Einschalten einer Schaltervorrichtung impulsförmig entladen wird, gekennzeichnet durch eine Rückstrom-Sperrschaltung (1711, 1712) zum Sperren des Rückstromes, der durch eine nach der Hauptentladung an die Hauptentladungselektroden der Entladungsröhre angelegte Rückwärtsspannung verursacht wird.

9. Schalteinrichtung für ein entladungserregtes Impulslasergerät, bei der ein in Reihe mit einer Entladungsröhre geschalteter Hauptkondensator durch eine Hochspannung geladen wird, und ein zweiter Kondensator über die Entladungsröhre durch Einschalten einer Schaltervorrichtung impulsförmig entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (1810) ein spannungsabhängiger Kondensator ist, dessen Kapazität mit Zunahme der Ladespannung abnimmt.

10. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Festkörperschaltelemente in eine Vielzahl von Moduleinheiten (116) gruppiert sind;
- jede Moduleinheit (116) eine Drain-Elektrodenplatte (117) umfaßt, an welche die Drainelektroden der Festkörperschaltelemente der Moduleinheit angeschlossen sind; und
- jede Moduleinheit (116) eine Source-Elektrodenplatte (118) umfaßt, an welche die Source-Elektroden der Festkörperschaltelemente der Moduleinheit angeschlossen sind; und
- die Module gestapelt sind, um die Schaltervorrichtung zu bilden.

11. Schaleinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch

- eine Vielzahl von Triggerkreisen (213a) zum Anlegen von Triggersignalen an die Festkörperschaltelemente der Schaltermatrix;
- Übertragungsleitungen (219) gleicher Länge zur jeweiligen Verbindung der Vielzahl der Triggerkreise (213a) mit den Festkörperschaltelementen;
- so daß die Festkörperschaltelemente der Schaltermatrix im wesentlichen gleichzeitig durch die Triggersignale gesteuert werden.

12. Schalteinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch

- eine Rückstrom-Sperrschaltung (1711, 1712) zum Sperren des Rückstromes, der durch eine nach der Hauptentladung an die Hauptentladungselektroden der Entladungsröhre angelegte Rückwärtsspannung verursacht wird;
- einen Modulenhalter, der so beschaffen ist, daß eine Vielzahl von leitenden Platten (622) parallel zueinander mit eingefügten Isolierelementen (623) angeordnet ist, und jede der Moduleinheiten (616) herausnehmbar zwischen die benachbarten leitenden Platten eingefügt ist, derart daß die Elektrodenplatten (620, 621) mit den leitenden Platten (622) in Berührung stehen.

13. Schaleinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Strahlungsrippen (720a) als Fortsätze der Drainelektroden (720), die von einer Seitenkante jedes Moduls in gleicher Richtung vorstehen.

14. Schalteinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Wärmeröhren (820), die so angeordnet sind, daß die Festkörperschaltelemente (81) oder die Moduleinheiten auf Metallplatten (820A, 820B) der Wärmeröhren (820) gruppiert und zwischen die benachbarten Metallplatten eingeschoben sind, wobei diese Sandwichstrukturen in einer Vielzahl von Stufen zusammengesteckt sind, in welchen die Metallplatten (820A, 820B) an einem Ende jeder Wärmeröhre als Wärmeabsorptionsmittel niedrigen Wärmewiderstandes dienen, während der andere Endabschnitt jeder Wärmeröhre zur Kühlung mit Strahlungsplatten (82) versehen ist.

15. Schalteinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch,

- daß Anschlüsse zur Steuerung der Vielzahl der Halbleiterschaltelemente an einer inneren Oberfläche einer in einem Gehäuse jeder Moduleinheit gebildeten Nut vorgesehen sind; und durch
- eine Steuereinheit mit einem in der Nut des Gehäuses anbringbaren Einpaßteil, wobei Steuersignale an im Einpaßteil gebildete Anschlußabschnitte angelegt werden, die ihrerseits an die Anschlüsse der Nut anschließbar sind.

16. Schaleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (1810) aus BaTiO₃ besteht.

17. Schalteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des zweiten Kondensators (1810) bei Aufladung auf Nennspannung auf die Hälfte abnimmt.