JP2877573B2 - Electric circuit of metal vapor laser device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は金属蒸気をレーザー媒質
としたパルス放電励起型の金属蒸気レーザー装置の電気
回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric circuit of a pulse discharge excitation type metal vapor laser apparatus using metal vapor as a laser medium.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、金属蒸気レーザー装置の電気回路
は、例えば図５に示すように構成されている。すなわ
ち、図５において、充電キャパシタ１，可飽和リアクト
ル８，スイッチ３，放電管５および分布インダクタ６，
７を直列接続して閉回路が形成されている。また、放電
管５にピーキングキャパシタ４が並列接続されている。
ここで、充電キャパシタ１に充電された電荷はスイッチ
３が導通状態になると可飽和リアクトル８に流れ込み、
可飽和リアクトル８が飽和するとピーキングキャパシタ
４に充電され、ピーキングキャパシタ４の容量に制御さ
れながら放電管５に放電され、その放電エネルギーによ
りレーザー発振を行う放電方式を採用している。2. Description of the Related Art Conventionally, an electric circuit of a metal vapor laser device is configured as shown in FIG. 5, for example. That is, in FIG. 5, the charging capacitor 1, the saturable reactor 8, the switch 3, the discharge tube 5, the distributed inductor 6,
7 are connected in series to form a closed circuit. Further, the peaking capacitor 4 is connected to the discharge tube 5 in parallel.
Here, the electric charge charged in the charging capacitor 1 flows into the saturable reactor 8 when the switch 3 is turned on,
When the saturable reactor 8 saturates, the peaking capacitor 4 is charged, discharged to the discharge tube 5 while being controlled by the capacity of the peaking capacitor 4, and laser discharge is performed by the discharge energy.

【０００３】近年、金属蒸気レーザー装置の高効率化、
大出力化が要求されており、可飽和リアクトル８を用い
た電気伝送効率の高い放電電気回路方式が採用されてい
る。この方式は可飽和リアクトル８によりスイッチ３に
加わる電圧と電流に位相差をつけるもので、スイッチ３
の内部抵抗、内部損失の低下が重要な問題となってい
る。In recent years, the efficiency of metal vapor laser devices has been improved,
High output is required, and a discharge electric circuit system using the saturable reactor 8 and having high electric transmission efficiency is adopted. In this system, a voltage and a current applied to the switch 3 are provided with a phase difference by the saturable reactor 8.
The reduction of the internal resistance and internal loss has become an important problem.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な金属蒸気レーザー装置の電気回路においてはスイッチ
３の電圧と電流に位相差が生じ、スイッチ３の内部抵
抗、内部損失を低下させることはできる。しかしなが
ら、スイッチ３の特性上、これに適度な電流をタイミン
グ良く流しておかないと一時的に内部抵抗が上昇し、内
部損失が増加してしまう場合があり、金属蒸気レーザー
装置の高効率化に不利である。また、この場合、スイッ
チ３の電流立ち上がりも鈍り、大出力化の点でも好まし
くない課題がある。By the way, in the above-mentioned electric circuit of the metal vapor laser device, a phase difference occurs between the voltage and the current of the switch 3, and the internal resistance and the internal loss of the switch 3 can be reduced. . However, due to the characteristics of the switch 3, unless an appropriate current is flowed in a timely manner, the internal resistance may temporarily increase and the internal loss may increase. Disadvantageous. Further, in this case, the rise of the current of the switch 3 is also slow, and there is a problem that is not preferable in terms of increasing the output.

【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、スイッチの特性を生かし、スイッチの内部抵
抗を低下させ、電力損失を低減し、レーザー出力を増大
させる金属蒸気レーザー装置の電気回路を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an electric circuit of a metal vapor laser device that utilizes the characteristics of a switch, reduces the internal resistance of the switch, reduces power loss, and increases laser output. Is to provide.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は充電キャパシ
タ，可飽和リアクトル，スイッチ，放電管および分布イ
ンダクタが直列接続して閉回路が形成され、かつ前記放
電管にピーキングキャパシタが並列接続されてなり、前
記充電キャパシタに電気エネルギーを充電し、前記スイ
ッチを導通させることにより前記電気エネルギーを前記
放電管に供給し、その放電エネルギーによりレーザー発
振を行う金属蒸気レーザー装置の電気回路において、前
記充電キャパシタと前記可飽和リアクトルと並列に直列
接続された予備電流用充電キャパシタと予備電流用可飽
和リアクトルを接続してなることを特徴とする。According to the present invention, a charging capacitor, a saturable reactor, a switch, a discharge tube and a distributed inductor are connected in series to form a closed circuit, and a peaking capacitor is connected in parallel to the discharge tube. the the charging capacitor to charge the electric energy, the electric energy supplied to the discharge tube by conducting the switch, the electrical circuit of the metal vapor laser apparatus for performing laser oscillation by its discharge energy, the charging A preliminary current charging capacitor and a preliminary current saturable reactor connected in series with a capacitor and the saturable reactor in parallel are connected.

【０００７】[0007]

【作用】このように構成された電気回路においては、予
備電流用充電キャパシタから予備電流用可飽和リアクト
ルを通して予備の小電流をスイッチに流すことにより、
スイッチの一時的抵抗の上昇を防ぎ、スイッチでの内部
損失を減少することができ、もってレーザー出力を増大
できる。In the electric circuit constructed as described above, a small spare current flows from the charge capacitor for the spare current to the switch through the saturable reactor for the spare current.
It is possible to prevent the temporary resistance of the switch from increasing and to reduce the internal loss in the switch, thereby increasing the laser output.

【０００８】[0008]

【実施例】本発明に係る金属蒸気レーザー装置の電気回
路の一実施例を図１から図４を参照して説明する。な
お、従来の構成と同一または対応する部分には図５と同
一の符号を用いて説明する。図１は金属蒸気レーザー装
置の電気（放電）回路図を示すものである。すなわち、
図１に示したように充電キャパシタ１，可飽和リアクト
ル８，スイッチ３，放電管５，および分布インダクタ
６，７を直列接続して閉回路を構成するとともに、放電
管５にピーキングキャパシタ４が並列接続されている。
可飽和リアクトル８は、スイッチ３に高電圧が印加され
ている間は電流がスイッチ３に流れ込まないように電流
位相遅れを生じさせ、スイッチ３内部損失を低減する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of an electric circuit of a metal vapor laser device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Parts that are the same as or correspond to those of the conventional configuration will be described using the same reference numerals as in FIG. FIG. 1 shows an electric (discharge) circuit diagram of a metal vapor laser device. That is,
As shown in FIG. 1, the charging capacitor 1, the saturable reactor 8, the switch 3, the discharge tube 5, and the distributed inductors 6, 7 are connected in series to form a closed circuit, and the peaking capacitor 4 is connected in parallel with the discharge tube 5. It is connected.
The saturable reactor 8 causes a current phase delay so that a current does not flow into the switch 3 while a high voltage is applied to the switch 3, and reduces the internal loss of the switch 3.

【０００９】そして、前記充電キャパシタ１，可飽和リ
アクトル８と並列に予備電流回路29が設けられている。
予備電流回路29は予備電流用充電キャパシタ２と、この
予備電流用充電キャパシタ２と直列に接続された予備電
流用可飽和リアクトル９とで構成されている。A preliminary current circuit 29 is provided in parallel with the charging capacitor 1 and the saturable reactor 8.
The preliminary current circuit 29 includes the preliminary current charging capacitor 2 and the preliminary current saturable reactor 9 connected in series with the preliminary current charging capacitor 2.

【００１０】また、放電管５の代表的な構成例を図２に
例示する。放電管５を構成する炉心管10の両端部には、
陽極11および陰極12が電極支持フランジ13，14に支持さ
れて互いに対向配置されている。この陽極11と陰極12と
の間に形成される放電空間15においてパルス二極放電が
行われる。炉心管10の内底部には、銅粒などの金属蒸気
源16が配置されている。炉心管10の外周には断熱層17が
形成され、その断熱層17を所定位置に固定保持するため
に、断熱層17の外周に保護管18が設けられている。この
保護管18とその外周に配設された外部真空容器19とによ
り真空断熱室20が形成されている。この真空断熱室20お
よび炉心管10の放電空間15は排気装置21に接続されて内
部が真空状態に維持される。FIG. 2 shows a typical configuration example of the discharge tube 5. At both ends of the furnace tube 10 constituting the discharge tube 5,
An anode 11 and a cathode 12 are supported by electrode support flanges 13 and 14 and are opposed to each other. In the discharge space 15 formed between the anode 11 and the cathode 12, pulse bipolar discharge is performed. At the inner bottom of the furnace tube 10, a metal vapor source 16 such as copper particles is arranged. A heat insulating layer 17 is formed on the outer periphery of the core tube 10, and a protective tube 18 is provided on the outer periphery of the heat insulating layer 17 in order to fix and hold the heat insulating layer 17 at a predetermined position. A vacuum insulation chamber 20 is formed by the protection tube 18 and an external vacuum container 19 provided on the outer periphery thereof. The vacuum insulation chamber 20 and the discharge space 15 of the furnace tube 10 are connected to an exhaust device 21 so that the inside is maintained in a vacuum state.

【００１１】陽極11と陰極12とを絶縁し、良好な放電を
得るために、外部真空容器19と電極支持フランジ14との
間に絶縁材で形成したブレーク管22が介装されている。
なお、図中符号23はバッファガス供給源である。また、
電極支持フランジ13，14の軸方向外端部にはブリュスタ
窓24，25が設けられている。その外側に共振器26を構成
する共振ミラー27，28が配置される。In order to insulate the anode 11 and the cathode 12 and obtain a good discharge, a break tube 22 made of an insulating material is interposed between the external vacuum vessel 19 and the electrode support flange 14.
Reference numeral 23 in the figure denotes a buffer gas supply source. Also,
Brewster windows 24 and 25 are provided at axially outer ends of the electrode support flanges 13 and 14, respectively. Outside these, resonance mirrors 27 and 28 constituting the resonator 26 are arranged.

【００１２】次に、本実施例の作用を図１により説明す
る。充電キャパシタ１および予備電流用充電キャパシタ
２に充電された電荷はスイッチ３にトリガ信号が入力さ
れると同時に可飽和リアクトル８および予備電流用可飽
和リアクトル９に送り込まれる。このとき予備電流用可
飽和リアクトル９の飽和電流を可飽和リアクトル８の飽
和電流より小さなものにしておき、予備電流用充電キャ
パシタ２の静電容量を充電キャパシタ１の静電容量より
小さなものにしておけば、スイッチ３の内部抵抗が減少
しはじめた瞬間に図３実線ａで示される小電流がスイッ
チ３の内部に流れ込み、充電キャパシタ１から遅れてス
イッチ３に大電流が流れ込むまでの間、図４実線ｃで示
されるように滑らかにスイッチ３内部抵抗が減少する。
このため、スイッチ３での内部損失を抑えることができ
る。なお、図３中破線ｂと図４中破線ｄは従来例を示し
ている。すなわち、従来例では電流が流れる前に一時的
に抵抗増加が存在し、電力損失を有することが認められ
る。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The electric charges charged in the charging capacitor 1 and the preliminary current charging capacitor 2 are sent to the saturable reactor 8 and the preliminary current saturable reactor 9 at the same time as the trigger signal is input to the switch 3. At this time, the saturation current of the saturable reactor 9 for preliminary current is made smaller than the saturation current of the saturable reactor 8, and the capacitance of the charging capacitor 2 for preliminary current is made smaller than the capacitance of the charging capacitor 1. In other words, at the moment when the internal resistance of the switch 3 starts to decrease, the small current shown by the solid line a in FIG. 3 flows into the switch 3 and the large current flows into the switch 3 with a delay from the charging capacitor 1. 4 As shown by the solid line c, the internal resistance of the switch 3 decreases smoothly.
Therefore, the internal loss in the switch 3 can be suppressed. A broken line b in FIG. 3 and a broken line d in FIG. 4 show a conventional example. That is, in the conventional example, it is recognized that there is a temporary increase in resistance before the current flows, and power loss occurs.

【００１３】また、レーザー光を発振させる操作を説明
すると、まず、排気装置21を作動させて、真空断熱室20
および放電空間15を排気する。続いて、バッファガス供
給源23から放電空間15内にネオンガス等のバッファガス
を供給し、内部を一定の圧力に保持する。The operation of oscillating the laser light will be described. First, the exhaust device 21 is operated and the vacuum insulation chamber 20 is operated.
Then, the discharge space 15 is exhausted. Subsequently, a buffer gas such as neon gas is supplied into the discharge space 15 from the buffer gas supply source 23, and the inside is maintained at a constant pressure.

【００１４】この状態で図１に示すパルス高電圧電源を
起動すると、図２に示す陽極11および陰極12の間にパル
ス状高電圧が印加され放電空間15内において放電プラズ
マが生成される。この放電プラズマ中の自由電子が浮遊
状態の金属蒸気に衝突して金属蒸気を励起し、この励起
された金属蒸気が低エネルギー準位に遷移する際に所定
波長のレーザー光が発生する。放電空間15内で発生した
レーザー光はブリュスタ窓24，25を通過し、さらに共振
器26を構成する出力ミラー27および全反射ミラー28間で
共振し、出力ミラー27から出力される。When the pulsed high voltage power supply shown in FIG. 1 is started in this state, a pulsed high voltage is applied between the anode 11 and the cathode 12 shown in FIG. 2 to generate a discharge plasma in the discharge space 15. Free electrons in the discharge plasma collide with the floating metal vapor to excite the metal vapor, and a laser beam of a predetermined wavelength is generated when the excited metal vapor transitions to a low energy level. The laser light generated in the discharge space 15 passes through the Brewster windows 24 and 25, resonates between the output mirror 27 and the total reflection mirror 28 constituting the resonator 26, and is output from the output mirror 27.

【００１５】[0015]

【発明の効果】本発明によれば、充電キャパシタと直列
に可飽和リアクトルを接続しかつこの充電キャパシタと
可飽和リアクトルと並列に直列接続された予備電流用充
電キャパシタと予備電流用可飽和リアクトルを接続した
ので、スイッチ導通と同時に小電流がスイッチに流れ込
み、続いて大電流がスイッチに流れ込むため、スイッチ
の内部抵抗が滑らかに低下し、内部損失を減少させるこ
とができる。According to the present invention, the saturable reactor is connected in series with the charging capacitor, and the charging capacitor for preliminary current and the saturable reactor for preliminary current connected in series with the charging capacitor and the saturable reactor are connected. Since the connection is made, a small current flows into the switch simultaneously with the switch conduction, and subsequently a large current flows into the switch. Therefore, the internal resistance of the switch is smoothly reduced, and the internal loss can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係わる金属蒸気レーザー装置の電気回
路の一実施例を示す電気回路図。FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment of an electric circuit of a metal vapor laser device according to the present invention.

【図２】図１の放電管を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing the discharge tube of FIG. 1;

【図３】スイッチ内部抵抗を示す波形図。FIG. 3 is a waveform chart showing switch internal resistance.

【図４】スイッチ内部抵抗を示す波形図。FIG. 4 is a waveform chart showing switch internal resistance.

【図５】従来の金属蒸気レーザー装置の電気回路を示す
電気回路図。FIG. 5 is an electric circuit diagram showing an electric circuit of a conventional metal vapor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…充電キャパシタ、２…予備電流用充電キャパシタ、
３…スイッチ、４…ピーキングキャパシタ、５…放電
管、６，７…分布インダクタ、８…可飽和リアクトル、
９…予備電流用可飽和リアクトル、29…予備電流回路。1 ... charging capacitor, 2 ... preliminary current charging capacitor,
3 switches, 4 peaking capacitors, 5 discharge tubes, 6 and 7 distributed inductors, 8 saturable reactors,
9: saturable reactor for standby current, 29: standby current circuit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 充電キャパシタ，可飽和リアクトル，ス
イッチ，放電管および分布インダクタが直列接続して閉
回路が形成され、かつ前記放電管にピーキングキャパシ
タが並列接続されてなり、前記充電キャパシタに電気エ
ネルギーを充電し、前記スイッチを導通させることによ
り前記電気エネルギーを前記放電管に供給し、その放電
エネルギーによりレーザー発振を行う金属蒸気レーザー
装置の電気回路において、前記充電キャパシタと前記可
飽和リアクトルと並列に直列接続された予備電流用充電
キャパシタと予備電流用可飽和リアクトルを接続してな
ることを特徴とする金属蒸気レーザー装置の電気回路。1. A charging capacitor, saturable reactors, switch, discharge tube and distribution inductor closed circuit connected in series are formed, and becomes peaking capacitor to the discharge tube is connected in parallel, electrically to said charging capacitor charging the energy, the electrical energy supplied to the discharge tube by conducting the switch, the electrical circuit of the metal vapor laser apparatus for performing laser oscillation using discharge energy, said saturable reactor and said charge capacitor An electric circuit for a metal vapor laser apparatus, comprising a pre-current charging capacitor and a pre-current saturable reactor connected in series in parallel.