DE69202301T2

DE69202301T2 - Gepulster Laser.

Info

Publication number: DE69202301T2
Application number: DE69202301T
Authority: DE
Inventors: Hajime Nakatani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: DE69202301D1; EP0516397A1; CA2069368C; CA2069368A1; KR960005579B1; TW209324B; JPH04348574A; EP0516397B1; JP2738990B2; US5267253A; KR920022604A

Description

Die Erfindung betrifft einen gepulsten Laser und speziell eine Anregungsschaltung für einen Laser.
Fig. 13 ist ein Schaltbild, das eine Anregungsschaltung für einen Excimerlaser oder einen herkömmlichen gepulsten Laser zeigt, die beispielsweise in "Actualities of Shortwave Laser Technologies" in dem Technological Report of the Association of Electricity, Teil II, Nr. 217, S. 5, angegeben ist. In Fig. 13 sind 1 und 2 ein Paar von einander gegenüberliegenden Hauptentladungselektroden. 3 ist ein Entladungskondensator (manchmal auch als Spitzenwertbildungskondensator bezeichnet), der den Hauptentladungselektroden 1 und 2 parallelgeschaltet ist. 4 bezeichnet einen impulserzeugenden Kondensator. Ein Anschluß des impulserzeugenden Kondensators 4 ist mit der Hauptentladungselektrode 1 verbunden. 5 bezeichnet einen Schalter, der zwischen den anderen Anschluß des impulserzeugenden Kondensators 4 und die Hauptentladungselektrode 2 geschaltet ist. Bei diesem Beispiel des Stands der Technik wird ein Thyratron als der Schalter 5 verwendet. 6 ist eine Ladungsdrossel, die mit dem Spitzenwertbildungskondensator 3 parallelgeschaltet ist. 7 ist dann ein Ladungsanschluß, der mit dem anderen Anschluß des impulserzeugenden Kondensators 4 verbunden ist.
Als nächstes wird der Betrieb einer herkömmlichen Anregungsschaltung in Verbindung mit Fig. 14 beschrieben, die Wellenformen zeigt, die Spannung und Strom in Komponenten darstellen. Wenn einem Ladungsanschluß 7 eine positive Hochspannung zugeführt wird, wird der impulserzeugende Kondensator 4 durch die Ladungsdrossel 6 aufgeladen. Wenn der Schalter 5 zu einem Zeitpunkt t0 geschlossen wird, wird die in dem impulserzeugenden Kondensator 4 gespeicherte Ladung an einen Entladungskondensator 3 abgegeben. Zu einem Zeitpunkt t1 beginnt die Entladung zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2. Bei einem Excimerlaser muß der Hauptentladung eine Präionisationsentladung vorhergehen. Die Elektroden und Schaltkreise für die Präionisationsentladung werden nicht beschrieben. Nach dem Beginn der Entladung liefert der Entladungskondensator 3 Energie für eine Entladung, die zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2 eingeleitet wird. Das veranlaßt den Laser zum Schwingen. Bei einem Excimerlaser oder einem anderen Laser mit niedrigem Entladungswiderstand (beispielsweise 0,2 Ohm) repräsentiert die Spannung über den Entladungskondensator 3 eine schwingende Welle. Eine Spannung Vr mit umgekehrter Polarität entwickelt sich zum Zeitpunkt t2, wie Fig. 14 zeigt.
Wie oben beschrieben, entwickelt sich eine Spannung umgekehrter Polarität über den Entladungskondensator 3. Dadurch wird der Hauptentladungsstrom umgekehrt (Ir in Fig. 14). Infolgedessen besteht die Wahrscheinlichkeit, daß auf den Oberflächen der Hauptentladungselektroden 1 und 2 ein Lumineszenzpunkt auftritt, an dem sich die Entladung konzentriert. Infolgedessen werden die Oberflächen der Hauptentladungselektroden punktweise erhitzt und verdampfen. Das verkürzt die Nutzungsdauer der Elektroden 1 und 2. Speziell bei wiederholten Schwingungen mit hoher Geschwindigkeit tritt dieser Lumineszenzpunkt häufig auf. Das beschleunigt den Verbrauch der Elektroden und beeinträchtigt die gleichförmige Entladung. Schließlich verschlechtert sich die Laserausgangsenergie je Impuls. Die entgegengesetzte Periode des vorgenannten Hauptentladungsstroms I dauert nur 30 ns. Bisher wurden keine Maßnahmen hinsichtlich der elektrischen Schaltkreise ergriffen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Lösung der oben angegebenen Probleme bzw. die Bereitstellung eines gepulsten Lasers, der fähig ist, die Nutzungsdauer einer Elektrode zu verlängern und wiederholt mit hoher Geschwindigkeit zu schwingen.
Ein gepulster Laser gemäß einem Aspekt der Erfindung weist folgendes auf:
einen Ladungsanschluß;
eine erste und eine zweite langgestreckte Hauptentladungselektrode, die einander gegenüberliegen;
einen impulserzeugenden Kondensator, der zwischen den Ladungsanschluß und die erste Hauptentladungselektrode geschaltet ist; und
einen Entladungskondensator, der parallel zwischen die erste und die zweite Elektrode geschaltet ist;
und ist gekennzeichnet durch
eine Vielzahl von Entladungskondensatoren, die parallel zwischen die und in Abständen entlang den ersten und zweiten Hauptentladungselektroden geschaltet sind; und
eine Vielzahl von Dioden, die in Abständen entlang den Elektroden parallel mit der Vielzahl von Entladungskondensatoren geschaltet und so orientiert sind, daß sie Sperrvorspannungs-Komponenten des Hauptentladungsstroms unterdrücken, der zwischen der ersten und der zweiten Hauptentladungselektrode fließt, wobei der Widerstandswert des eine Diode und einen Kondensator aufweisenden geschlossenen Kreises ausreichend groß ist, um ein Schwingen in dem Kreis zu unterdrücken.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein gepulster Laser folgendes auf:
einen Ladungsanschluß;
eine erste und eine zweite langgestreckte Hauptentladungselektrode, die einander gegenüberliegen;
einen impulserzeugenden Kondensator, der zwischen das andere Ende der sättigungsfähigen Drossel und den Ladungsanschluß geschaltet ist; und
einen Entladungskondensator, der parallel zwischen die erste und die zweite Elektrode geschaltet ist;
und ist gekennzeichnet durch eine sättigungsfähige Drossel, die an dem einen Ende mit der ersten Hauptentladungselektrode verbunden ist, um Sperrvorspannungs-Komponenten des zwischen der ersten und der zweiten Hauptentladungselektrode fließenden Stroms zu unterdrücken;
eine Vielzahl von Entladungskondensatoren, die in Abständen entlang den Elektroden parallel zwischen das andere Ende der sättigungsfähigen Drosselspule und die zweite Hauptentladungselektrode geschaltet sind; und
eine Stabilisierungsschaltung für die sättigungsfähige Drosselspule, die parallel zu den Elektroden geschaltet ist;
wobei die sättigungsfähige Drosselspule so dimensioniert ist, daß sie von einem Entladungsstrom, der im Betrieb in der Sperrichtung fließt, ungesättigt bleibt, und wobei die Stabilisierungsschaltung einen solchen Wert hat, daß die Drosselspule sich vor dem Beginn der Entladung an dem Punkt (Q) befindet, an dem sie in den Sättigungszustand übergeht.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein dreidimensionales Schaltbild, das einen gepulsten Laser gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Schaltbild, das die erste Ausführungsform zeigt;
Fig. 3 zeigt eine Signalwellenform, die den Betrieb der ersten Ausführungsform wiedergibt;
Fig. 4 ist ein Schaltbild, das die zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 5 zeigt Signalwellenformen, die den Betrieb der zweiten Ausführungsform wiedergeben;
Fig. 6 zeigt eine charakteristische Kurve, die den Betrieb einer sättigungsfähigen Drossel in der zweiten Ausführungsform darstellt;
Fig. 7 ist ein dreidimensionales Schaltbild, das einen Teil der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 8 ist eine Draufsicht, die eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 9 ist eine Schrägansicht, die eine andere Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 10 ist ein Schaltbild, das die dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 11 zeigt Signalwellenformen, die den Betrieb der dritten Ausführungsform wiedergeben;
Fig. 12 ist ein dreidimensionales Schaltbild, das einen Teil der dritten Ausführungsform zeigt;
Fig. 13 ist ein Schaltbild, das einen herkömmlichen gepulsten Laser zeigt; und
Fig. 14 zeigt Signalwellenformen, die den Betrieb des in Fig. 13 gezeigten gepulsten Lasers wiedergeben.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der Erfindung werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform:

In Fig. 1 ist ein Paar rechteckige Leiterplatten 8 und 9 parallel angeordnet. Hauptentladungselektroden 1 und 2 sind entlang den Längsmittellinien auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Leiterplatten 8 und 9 angebracht. Eine Vielzahl von Entladungskondensatoren 3a bis 3g ist zwischen die Seitenränder der Leiterplatten 8 und 9 geschaltet. Diese Entladungskondensatoren 3a bis 3g sind sporadisch in den Längsrichtungen der Leiterplatten 8 und 9 angeordnet. Außerdem sind die Enden einer Vielzahl von Dioden 10a bis 10e sporadisch mit dem Seitenrand der Leiterplatte 8 in der Längsrichtung der Leiterplatte 8 verbunden. Widerstände 11a bis 11e sind zwischen die anderen Enden der Dioden 10a bis 10e und den Seitenrand der Leiterplatte 9 geschaltet. Insbesondere sind die Reihenschaltungen der Dioden 10a bis 10e und der zugehörigen Widerstände 11a bis 11e mit den Entladungskondensatoren 3a bis 3g parallelgeschaltet. Die Dioden 10a bis 10e sind so orientiert, daß sie die Ladeströme der Entladungskondensatoren 3a bis 3g nicht leiten.
Ferner ist ein impulserzeugender Kondensator 4 zwischen die Leiterplatte 8 und einen Ladungsanschluß 7 geschaltet. Ein Schalter 5, wie etwa ein Thyratron, ist zwischen den Ladungsanschluß 7 und die Leiterplatte 9 geschaltet.
Fig. 2 zeigt eine Ersatzschaltung der dreidimensionalen Schaltung von Fig. 1. Ein Entladungskondensator 3A repräsentiert parallelgeschaltete Entladungskondensatoren 3a bis 3g. Die Dioden 10a bis 10e und die Widerstände 11a bis 11e sind als eine Diode 10a bzw. ein Widerstand 11a dargestellt.
Stromkreiskonstanten für diese Ausführungsform sind wie folgt vorgegeben: Die Kapazität C2 des Entladungskondensators 3A ist mit 10 nF vorgegeben, und der Widerstandswert R des Widerstands 11A ist mit 1 Ohm vorgegeben. 12 bezeichnet eine Streuinduktivität L2 eines geschlossenen Kreises, der aus dem Entladungskondensator 3A und den Hauptentladungselektroden 1 und 2 besteht, und ist mit 6 nH vorgegeben. 13 bezeichnet eine Streuinduktivität Ld eines geschlossenen Kreises, der aus dem Entladungskondensator 3A, der Diode 10A und dem Widerstand 11A besteht, und ist mit 10 nH vorgegeben.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Wenn dem Ladungsanschluß 7 eine positive Hochspannung zugeführt wird, wird der impulserzeugende Kondensator 4 durch die Diode 10A und den Widerstand 11A aufgeladen. Fig. 3 zeigt zeitlich aufeinanderfolgende Änderungen einer Spannung V2 über den Entladungskondensator 3A und den Hauptentladungsstrom I nach dem Schließen des Schalters 5. Eine Entladung entwickelt sich zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2 zu einem Zeitpunkt t1. Nach einem Zeitpunkt tA kehrt sich die Spannung V2 über den Entladungskondensator 3A geringfügig um. Die Spannung entgegengesetzter Polarität verschwindet nicht vollständig, weil die Diode 10A selbst eine Streukapazität hat, die eine Verzögerung der Ansprechzeit verursacht. Wenn eine Diode für einen durch Entladungsanregung gepulsten Laser verwendet wird, dem eine Hochspannung zugeführt wird, beträgt die Verzögerungszeit bis zu 10 bis 50 ns. Für einen Excimerlaser oder einen anderen Laser, für den eine kurze Entladungsperiode charakteristisch ist, ist die Verzögerungsdauer zu lang, um vernachlässigt zu werden. Beispielsweise ist bei der ersten Ausführungsform die Entladungsperiode T1 so kurz, wie sie durch die nachstehende Formel angegeben ist:
T&sub1; = 2π L&sub2;C&sub2; = 49 ns .
In der Absicht, die in einem Entladungskondensator 3A sich entwickelnde Spannung entgegengesetzter Polarität zu minimieren, sind bei der Erfindung vielfache Reihenkombinationen von Dioden und Widerständen sporadisch in den Längsrichtungen der Hauptentladungselektroden 1 und 2 angeordnet und mit den Entladungskondensatoren parallelgeschaltet. Somit wird die Streuinduktivität Ld einer Induktionsspule 13 verringert, so daß eine Ladung entgegengesetzter Polarität des Entladungskondensators 3A rasch durch die Diode 10A geht, um in den Widerstand 11A zu fließen. Infolgedessen wird eine Sperrvorspannungs-Komponente des Hauptentladungsstroms I gemäß Fig. 3 kleiner als beim Stand der Technik.
Wenn die Streuinduktivität Ld der Induktionsspule 13 die Streuinduktivität L2 einer Induktionsspule 12 erheblich überschreitet, wird selbst bei Verwendung eines mit hoher Geschwindigkeit ansprechenden Elements als Diode 10A durch die Streuinduktivität der Induktionsspule 13 eine zeitliche Verzögerung verursacht. Die Diode 10a und der Widerstand 11A können die Ladung entgegengesetzter Polarität des Entladungskondensators 3A nicht wirksam absorbieren. Bei dieser Ausführungsform hat ein geschlossener Kreis, der aus der Diode 10A, einem Widerstand 11A und einem Entladungskondensator 3A besteht, eine Periode, die durch die nachstehende Formel bestimmt ist:
T&sub1; = 2π LdC&sub2; = 63 ns .
Der Wert von T2 ist nahezu der gleiche wie der nachstehende Wert von T3 oder ein Wert einer Periode eines geschlossenen Kreises, der aus dem Entladungskondensator 13 und den Hauptelektroden 1 und 2 besteht.
T&sub1; = 2π L&sub2;C&sub2; = 49 ns .
Bei dieser Periode hat der Ersatzwiderstandswert der Diode 10A einen Wert von 1 Ohm. Wenn der geschlossene Kreis, der aus dem Entladungskondensator 3A, der Diode 10A und dem Widerstand 11A besteht, stark schwingt, schwankt die Spannung V2 des Kondensators 3A, so daß eine Bogenentladung verursacht wird. Daher muß der Ersatzwiderstandswert r des geschlossenen Kreises so vorgegeben sein, daß er nicht wesentlich kleiner als ein Widerstandswert ist, der der nachfolgenden kritischen Bedingung genügt:
C&sub2;r² / 4Ld = 1 (1).
Bei dieser Ausführungsform ist r mit 2 Ohm (= Diodenwiderstand + R), C2 mit 10 nF und Ld mit 10 nH vorgegeben. Der Widerstandswert R des Widerstands 11A ist so vorgegeben, daß er der kritischen Bedingung genügt. Wenn der Ersatzwiderstandswert der Diode 10a hoch ist, spielt die Diode 10a die Rolle des Widerstands 11a. Daher kann der Widerstand 11A entfallen.

Zweite Ausführungsform:

Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird im Zusammenhang mit dem Schaltbild von Fig. 4 beschrieben. In Fig. 4 bezeichnet 14 eine sättigungsfähige Drosselspule, die zwischen eine Hauptentladungselektrode 1 und einen Entladungskondensator 3A geschaltet ist. 15 ist ein Stabilisierungsschaltungselement für die sättigungsfähige Drosselspule, das zwischen die Hauptentladungselektroden 1 und 2 geschaltet ist. Bei dieser Ausführungsform wird ein Widerstand (mit dem Widerstandswert R0) als Stabilisierungsschaltungselement 15 für die sättigungsfähige Drosselspule verwendet.
Fig. 5 zeigt zeitlich aufeinanderfolgende Änderungen einer Spannung V2 über dem Kondensator 3A, einer Spannung V3 zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2, eines Hauptentladungsstroms I und V2-V3. Bei t0 ≤ t ≤ t1 wird der Entladungskondensator 3A aktiviert. Dann fließt Strom in die sättigungsfähige Drosselspule 14 durch den Widerstand 15. Das heißt, die sättigungsfähige Drosselspule 14 wird mit Strom gesättigt, der in einer Pfeilrichtung A in Fig. 4 fließt. Fig. 6 zeigt die B-H-Kurve der sättigungsfähigen Drosselspule 14 zur Erläuterung der Sättigung. Durch den Beginn der Hauptentladung ändert sich der Zustand der sättigungsfähigen Drosselspule 14 von einem Zustand, der als Punkt P auf der B-H-Kurve von Fig. 6 angegeben ist, zu einem Zustand, der als der Bereich eines Punkts Q angegeben ist.
Eine Hauptentladung entwickelt sich nach einer Zeit t1 und bewirkt, daß ein Hauptentladungsstrom I sein Maximum zu einer Zeit tp erreicht. Nach einer Zeit t2 kehrt sich der Hauptentladungsstrom I um. Ein Sperrvorspannungsstrom verschwindet nicht vollständig infolge des Leckstroms der sättigungsfähigen Drosselspule 14. Wie Fig. 5 zeigt, steigt der Sperrstrom auf ein Maximum Ir an. Der Wert Ir ist in Abhängigkeit von der Frequenz veränderlich, mit der die sättigungsfähige Drosselspule 14 betrieben wird. Bei einem Excimerlaser, der ein Hochgeschwindigkeits-Ansprechverhalten hat, erhöht sich der Wert H1 in Fig. 6. Schließlich wird der Strom Ir zu groß, um vernachlässigt zu werden.
Bei der zweiten Ausführungsform sind der Sättigungsmagnetfluß Bs und die Querschnittsfläche S der sättigungsfähigen Drosselspule 14 so vorgegeben, daß nach Beginn der Entladung die sättigungsfähige Drosselspule 14 nicht mit Strom gesättigt wird, der in einer Richtung fließt, die in Fig. 4 mit einem Strichlinienpfeil B bezeichnet ist. Das heißt also folgendes:
2 x Bs x S > N x t3/t2(V&sub2; - V&sub3;) x dt (2).
Bei dieser Ausführungsform ist die Windungszahl N mit 1 vorgegeben. Der integrale Term auf der rechten Seite ist die Fläche eines schraffierten Bereichs, der mit einer V2-V3- Kurve von Fig. 5 gebildet ist.
Vor dem Beginn der Entladung muß die sättigungsfähige Drosselspule 14 in dem Zustand sein, der als Sättigungsanfangspunkt Q dargestellt ist. Um diesen Zustand zu erreichen, muß der Widerstandswert des Widerstands 15, der als Stabilisierungsschaltungselement für die sättigungsfähige Drosselspule dient, ein Wert sein, der durch die nachstehende Formel gegeben ist:
R&sub0; ≤ Vp x N / H&sub1; x 1 (3),
mit Vp = Spannung V2 des Entladungskondensators 3A unmittelbar vor Beginn der Entladung, N = Windungszahl der sättigungsfähigen Drosselspule 14, H1 = Wert H eines Sättigungsanfangspunkts (H-Wert an dem Punkt Q in Fig. 6) der sättigungsfähigen Drosselspule 14, und 1 = Magnetpfadlänge der sättigungsfähigen Drosselspule 14.
Wenn ein Widerstand 15 parallel zu einem Entladungskondensator 3A anstatt zwischen die Hauptentladungselektroden 1 und 2 geschaltet ist, was nicht gezeigt ist, läuft eine sättigungsfähige Drosselspule 14 in dem Zustand an, der als Punkt P in Fig. 6 dargestellt ist. Nach dem Start der Hauptentladung (t ≥ t1) ändert sich der Zustand der sättigungsfähigen Drosselspule 14 entsprechend einer Kurve D, die als Strichlinie gezeichnet ist, und erreicht schließlich den Sättigungszustand. Die sättigungsfähige Drosselspule 14 ändert ihren Zustand nicht entsprechend der Vollinie oder Kurve C, weil der Hauptentladungsstrom eine kurze Halbschwingung von ca. 25 ns, also eine hohe Frequenz hat. Daher kann die sättigungsfähige Drosselspule 14 nicht auf die Frequenz ansprechen. Das erhöht die Schaltungsverluste und verringert die Laserausgangsleistung. Somit sollte das Stabilisierungsschaltungselement 15 für die sättigungsfähige Drosselspule zwischen die Hauptentladungselektroden 1 und 2 geschaltet sein.
Ein Kondensator, eine Drossel oder ein anderes Schaltungselement kann anstelle eines Widerstands als Stabilisierungsschaltungselement 15 für die sättigungsfähige Drosselspule verwendet werden. Der Kondensator oder die Drossel ist jedoch ein Energie speicherndes Element. Während also ein Entladungskondensator 3A eine Spannung umgekehrter Polarität entwickelt, so daß die Entladung verschlechtert wird, beeinflußt der Kondensator oder die Drossel die Entladung auf nachteilige Weise. Daher sollte die Kapazität C0 oder die Reaktivität L0 des Kondensators oder der Drossel mit den Werten vorgegeben sein, die durch die nachstehenden Ausdrücke gegeben sind:
Lo ={(N / H&sub1; x 1)x t1V&sub2;dt} x (0.5 bis 1.0) (4)
C&sub0; =(H&sub1; x 1 / N)x (max. Quotient von dV&sub2; / dt innerhalb 0≤t≤t)&supmin;¹ x (1.0 bis 2.0) (5).
Wenn ein Koeffizient 1,0 ist und t = t1, liefert die Gleichung (4) oder (5) einen Wert an einem Sättigungsstartpunkt oder Punkt Q. Der Koeffizient reicht von 0,5 bis 1,0 oder von 1,0 bis 2,0, wobei der Maximalwert das Doppelte des Minimalwerts ist. Das gewährleistet einen stabilen Betrieb ungeachtet der unterschiedlichen Betriebsparameter oder Konstanten eines verwendeten Materials.
Anstelle eines Stabilisierungselements 15 für die sättigungsfähige Drosselspule kann einer sättigungsfähigen Drosselspule 14 eine Sekundärwicklung hinzugefügt werden.
Fig. 7 ist ein dreidimensionales Schaltbild, das einen Teil von Fig. 4 zeigt. Eine sättigungsfähige Drosselspule 14 besteht aus einem rennbahnförmigen Kern 16 und einem Leiter 17. Die Länge des Leiters 17 ist nahezu gleich der Länge einer Hauptentladungselektrode 1 in Längsrichtung. Bei dieser Ausführungsform hat der Kern 16 eine Viellagenstruktur, die durch Wickeln von dünnem amorphen Band in Form einer Rennbahn hergestellt ist.
Wenn der amorphe Kern 16 verwendet wird, müssen Lagen von amorphem Band gegeneinander isoliert oder in Öl getaucht sein. Um diesen Nachteil zu beseitigen, können Ferritkerne in Abschnitte geteilt und dann in Form einer Rennbahn angeordnet werden, wie Fig. 8 zeigt. 16a, 16b, 16c, 16d, 16e und 16f sind lineare Ferritkerne, während 16g und 16h ringförmige Ferritkerne sind. Ferrit hat eine geringere Sättigungsflußdichte als amorphes Material. Daher muß ein aus Ferrit bestehender Kern einen größeren Querschnitt haben. Dadurch erhöht sich eine Streuinduktivität 12, so daß der Wirkungsgrad der Laserschwingung verschlechtert wird. Andererseits ermöglicht der rennbahnförmige Ferritkern einen einfachen Betrieb.
Fig. 9 zeigt eine Anordnung von Kernen zur Verringerung der Herstellungskosten. 16i bis 16n sind ringförmige Ferritkerne. 17i bis 17n sind Leiter. Beispielsweise sind ein Ferritkern 16i und ein Leiter 17i miteinander kombiniert, um eine sättigungsfähige Drossel 14i zu bilden. 14j bis 14n bezeichnen ebenfalls gleichartige sättigungsfähige Drosseln, die parallelgeschaltet sind. Im Vergleich mit einem in Fig. 7 gezeigten Leiter 17 ergeben die Leiter 17i bis 17n, die parallelgeschaltet und in Fig. 9 gezeigt sind, eine höhere Induktivität. Bei der Konfiguration von Fig. 9 ist die Streuinduktivität 12 erhöht. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Laserschwingung verringert. Andererseits sind die ringförmigen Ferritkerne 16i bis 16n zu erschwinglichen Preisen zu erhalten.

Dritte Ausführungsform:

Fig. 10 ist ein Schaltbild, das eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bei der dritten Ausführungsform sind die erste und die zweite Ausführungsform miteinander kombiniert. Fig. 12 ist ein dreidimensionales Schaltbild, das einen Teil der dritten Ausführungsform zeigt. Wie bereits beschrieben wurde, bewirkt die Diode 10a eine Verzögerung der Ansprechzeit. Deshalb kann eine in dem Entladungskondensator 3A ausgebildete Sperrspannung nicht vollständig beseitigt werden. Um zu verhindern, daß die in dem Entladungskondensator 3A ausgebildete Sperrspannung zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2 angelegt wird, muß die Querschnittsfläche S einer sättigungsfähigen Drosselspule 14 größer als der durch die Formel (2) bestimmte Wert sein. Daher muß bei Verwendung der sättigungsfähigen Drosselspule 14 eine Streuinduktivität 12 immer größer sein. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Laserschwingung verschlechtert.
In Fig. 10 werden die Diode 10A und die sättigungsfähige Drosselspule 14 in Kombination miteinander verwendet. Das hat die nachstehend angegebenen Vorteile. Die sättigungsfähige Drosselspule 14 blockiert eine Sperrspannung, die aus einer durch die Diode 10a verursachten verzögerten Ansprechzeit resultiert. Daher wird ein zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2 fließender Sperrstrom auf den Wert des Streustroms der sättigungsfähigen Drosselspule 14 unterdrückt. Die Diode 10a veranlaßt den Entladungskondensator 3A, eine niedrigere Sperrspannung auszubilden.
Fig. 11 zeigt Wellenformen, die Strom und Spannung darstellen, die in Komponenten dieser Stufe vorhanden sind. Im Vergleich mit den Wellenformen der zweiten Ausführungsform, die die Diode 10a nicht enthält (Fig. 5), ist der V2-V3-Wert deutlich niedriger. Das macht es möglich, die Querschnittsfläche S des Kerns der sättigungsfähigen Drosselspule 14, die durch die Gleichung (2) bestimmt ist, kleiner zu machen. Infolgedessen kann die Streuinduktivität 12 herabgesetzt werden. Somit kann der zwischen den Hauptentladungselektroden 1 und 2 fließende Sperrstrom minimiert werden, ohne daß der Wirkungsgrad der Laserschwingung merklich verringert wird. Diese Konfiguration erweist sich als wirkungsvoller, wenn die sättigungsfähige Drosselspule 14 aus Ferrit oder einem anderen Kernmaterial besteht, das eine geringere Sättigungsflußdichte hat.

Claims

1. Gepulster Laser, der folgendes aufweist:

- einen Ladungsanschluß (7);

- eine erste und eine zweite langgestreckte Hauptentladungselektrode (1, 2), die einander gegenüberliegen;

- einen impulserzeugenden Kondensator (4), der zwischen den Ladungsanschluß und die erste Hauptentladungselektrode geschaltet ist; und

- einen Entladungskondensator (3), der parallel zwischen die erste und die zweite Elektrode geschaltet ist;

gekennzeichnet durch

- eine Vielzahl von Entladungskondensatoren (3), die parallel zwischen die und in Abständen entlang den ersten und zweiten Hauptentladungselektroden geschaltet sind; und

- eine Vielzahl von Dioden (10), die in Abständen entlang den Elektroden parallel mit der Vielzahl von Entladungskondensatoren geschaltet und so orientiert sind, daß sie Sperrvorspannungs-Komponenten des Hauptentladungsstroms unterdrücken, der zwischen der ersten und der zweiten Hauptentladungselektrode fließt, wobei der Widerstandswert des eine Diode (10) und einen Kondensator (3) aufweisenden geschlossenen Kreises ausreichend groß ist, um ein Schwingen in dem Kreis zu unterdrücken.

2. Gepulster Laser nach Anspruch 1, wobei jede von der ersten und der zweiten Hauptentladungselektrode eine stabartige Gestalt hat, die in einer Richtung verläuft.

3. Gepulster Laser nach Anspruch 1 oder 2, der ferner einen Schalter (5) aufweist, der zwischen den Ladungsanschluß und die zweite Hauptentladungselektrode geschaltet ist.

4. Gepulster Laser nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl von Dioden so geschaltet ist, daß sie keine Ladeströme der Vielzahl von Entladungskondensatoren leitet, nachdem der Schalter eingeschaltet worden ist.

5. Gepulster Laser nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, der ferner eine Vielzahl von Widerständen (11) aufweist, die mit der Vielzahl von Dioden als Teile der geschlossenen Kreise in Reihe geschaltet sind.

6. Gepulster Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ersatzwiderstand r des geschlossenen Kreises nicht signifikant kleiner als ein Widerstand ist, der der kritischen Bedingung genügt:

C&sub2;r²/4Ld = 1 ,

wobei C&sub2; die Kapazität der Entladungskondensatoren (3) und Ld die Streuinduktivität einer in den geschlossenen Kreis eingefügten Induktionsspule (13) ist.

7. Gepulster Laser, der folgendes aufweist:

- einen Ladungsanschluß (7);

- einen impulserzeugenden Kondensator (4), der zwischen das andere Ende der sättigungsfähigen Drossel und den Ladungsanschluß geschaltet ist; und

gekennzeichnet durch

- eine sättigungsfähige Drossel (14), die an dem einen Ende mit der ersten Hauptentladungselektrode verbunden ist, um Sperrvorspannungs-Komponenten des zwischen der ersten und der zweiten Hauptentladungselektrode fließenden Stroms zu unterdrücken;

- eine Vielzahl von Entladungskondensatoren (3), die in Abständen entlang den Elektroden parallel zwischen das andere Ende der sättigungsfähigen Drosselspule und die zweite Hauptentladungselektrode geschaltet sind; und

- eine Stabilisierungsschaltung (15) für die sättigungsfähige Drosselspule, die parallel zu den Elektroden geschaltet ist;

wobei die sättigungsfähige Drosselspule (14) so dimensioniert ist, daß sie von einem Entladungsstrom, der im Betrieb in der Sperrichtung fließt, ungesättigt bleibt, und wobei die Stabilisierungsschaltung (15) einen solchen Wert hat, daß die Drosselspule (14) sich vor dem Beginn der Entladung an dem Punkt (Q) befindet, an dem sie in den Sättigungszustand übergeht.

8. Gepulster Laser nach Anspruch 7, wobei jede von der ersten und der zweiten Hauptentladungselektrode eine stabartige Gestalt hat, die in einer Richtung verläuft.

9. Gepulster Laser nach Anspruch 7 oder 8, der ferner einen Schalter (5) aufweist, der zwischen den Ladungsanschluß und die zweite Hauptentladungselektrode geschaltet ist.

10. Gepulster Laser nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die sättigungsfähige Drosselspule so dimensioniert ist, daß die folgende Relation gilt:

2 x Bs x S > N x t3/t2(V&sub2; - V&sub3;) x dt,

wobei Bs der Sättigungsmagnetfluß der sättigungsfähigen Drosselspule, S die Querschnittsfläche des sättigungsfähigen Bereichs, N die Windungszahl an der sättigungsfähigen Drosselspule, V&sub2; eine Spannung über den Entladungskondensator (3), V&sub3; eine Spannung zwischen den Hauptentladungselektroden (1, 2) und t die Zeit ist.

11. Gepulster Laser nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Stabilisierungsschaltung ein Widerstand (15) ist.

12. Gepulster Laser nach Anspruch 11, wobei der Widerstandswert R&sub0; des Widerstands (15) gegeben ist durch:

R&sub0;≤VpxN/H&sub1; x 1,

wobei Vp die Spannung (V&sub2;) des Entladungskondensators (3) unmittelbar vor Beginn der Entladung, N die Windungszahl der sättigungsfähigen Drosselspule (14), H&sub1; der Wert des Felds H an dem Sättigungsstartpunkt (Q) und 1 die Magnetpfadlänge der sättigungsfähigen Drosselspule ist.

13. Gepulster Laser nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Stabilisierungsschaltungselement ein Kondensator ist.

14. Gepulster Laser nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Stabilisierungsschaltungsgelement eine Drosselspule ist.

15. Gepulster Laser nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei die sättigungsfähige Drosselspule eine Leiterplatte (17), die mit der ersten Hauptentladungselektrode verbunden ist, und einen rennbahnförmigen Kern (16) aufweist, der die Leiterplatte umgibt.

16. Gepulster Laser nach Anspruch 15, wobei der Kern eine Vielfachlagen-Struktur hat, die durch Wickeln von amorphem Band in Form eines Rings hergestellt ist.

17. Gepulster Laser nach Anspruch 16, wobei der Kern durch Kombination einer Vielzahl von geteilten Ferritkernen (16) hergestellt ist.

18. Gepulster Laser nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei die sättigungsfähige Drosselspule eine Vielzahl von Leiterstäben (17), die jeweils mit der ersten Hauptentladungselektrode verbunden sind, und eine Vielzahl von Ferritringkernen (le) aufweist, die die entsprechenden Leiterstäbe umgeben.

19. Gepulster Laser nach einem der Ansprüche 7 bis 18, der ferner eine Vielzahl von Dioden (10) aufweist, die in Abständen entlang den Elektroden parallel mit der Vielzahl von Entladungskondensatoren (3) geschaltet sind, um Sperrspannungs-Komponenten des zwischen der ersten und der zweiten Hauptentladungselektrode fließenden Entladungsstroms zu unterdrücken.

20. Gepulster Laser nach Anspruch 19, der ferner einen Schalter (5) aufweist, der zwischen den Ladungsanschluß und die zweite Hauptentladungselektrode geschaltet ist, wobei die Vielzahl von Dioden so angeschlossen ist, daß sie keine Ladeströme der Vielzahl von Entladungskondensatoren leiten, nachdem der Schalter eingeschaltet worden ist.

21. Gepulster Laser nach Anspruch 19 oder 20, der ferner eine Vielzahl von Widerständen (11) aufweist, die mit der Vielzahl von Dioden in Reihe geschaltet sind.