JP2982791B1 - Microwave-excited gas laser oscillator - Google Patents
Microwave-excited gas laser oscillatorInfo
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Abstract
【要約】
【課題】 マイクロ波励起ガスレーザ発振装置において
安定した高ピークのパルス状のレーザ光出力を得ること
を目的とする。
【解決手段】 高圧スイッチング電源のスイッチング駆
動はすべて同一の駆動信号で運転し各マグネトロンの注
入バラツキを前記定電圧電源部の電圧制御にてフィード
バック制御し、マグネトロン電流の最初の脈流を無視し
てフィードバック信号を取りマグネトロン電流をフィー
ドバック制御する事により安定した高ピークのパルス状
のレーザ光出力を得ることができる。An object of the present invention is to obtain a stable high-peak pulsed laser light output in a microwave-excited gas laser oscillation device. SOLUTION: The switching drive of a high voltage switching power supply is all operated by the same drive signal, the injection variation of each magnetron is feedback-controlled by the voltage control of the constant voltage power supply section, and the first pulsating flow of the magnetron current is ignored. By taking a feedback signal and performing feedback control of the magnetron current, a stable high peak pulsed laser light output can be obtained.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波放電励
起を行うマイクロ波ガスレーザ発振装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave gas laser oscillator for exciting microwave discharge.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ガスレーザ発振装置に小型化の流
れがあり、その手段として励起周波数の高周波化が進め
られている。従来、このガスレーザ発振器用電源とし
て、DCおよび数100kHz〜数10MHzの高周波
電源が用いられているが、価格、制御性に問題があり、
現在では、マイクロ波励起のガスレーザ発信器について
種種検討されている。2. Description of the Related Art In recent years, there has been a trend toward miniaturization of gas laser oscillation devices, and as a means therefor, a higher excitation frequency has been promoted. Conventionally, DC and a high-frequency power supply of several hundreds of kHz to several tens of MHz have been used as a power supply for the gas laser oscillator, but there are problems in price and controllability.
At present, various studies have been made on microwave-excited gas laser transmitters.
【0003】以下、従来のマイクロ波ガスレーザ発振装
置について図面を参照しながら説明する。図5は従来の
マイクロ波ガスレーザ発振装置の構成を示す模式図であ
る。図5において、1はマイクロ波を発生するマグネト
ロン、2はマイクロ波を伝送する導波路、3は内部にレ
ーザガスが流れている放電管、4はマグネトロン1を駆
動するマイクロ波電源、8はレーザ光を部分透過する出
力ミラー、9は出力ミラー8と光共振器を構成する全反
射ミラーである。マイクロ波電源4は定電圧電源40と
高電圧スイッチング電源41とで構成される。Hereinafter, a conventional microwave gas laser oscillation device will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional microwave gas laser oscillation device. In FIG. 5, 1 is a magnetron for generating a microwave, 2 is a waveguide for transmitting a microwave, 3 is a discharge tube in which a laser gas flows, 4 is a microwave power supply for driving the magnetron 1, and 8 is a laser beam. Is a total reflection mirror that forms an optical resonator with the output mirror 8. The microwave power supply 4 includes a constant voltage power supply 40 and a high voltage switching power supply 41.
【0004】上記構成においてその動作を説明する。定
電圧電源40は一定電圧に制御され一定の直流電圧を出
力し高電圧スイッチング電源41へ供給する。この定電
圧電源40により安定したレーザ光出力を得ることがで
きる。各高電圧スイッチング電源41は20kHz程度
のスイッチング電源であり、出力指令及び同期信号を受
け取り出力指令に応じたスイッチング信号にてマグネト
ロン1に発振可能な高電圧を印加する。そのとき、高電
圧スイッチング電源41から出力されるマグネトロン電
流は完全なオフ時間を有する脈流波形となるように高電
圧昇圧部42を構成してあり全てのマグネトロン電流波
形は同期がとれるようにしている。マグネトロン1から
でたマイクロ波は導波路2を経由して放電励起部10に
注入される。放電励起部10により励起されたレーザガ
スから出たレーザ光は、出力ミラー8と全反射ミラー9
とで構成されたレーザ光共振器により増幅され、その一
部が出力ミラー8から取り出される。高圧スイッチング
電源41はマグネトロン電流検出素子42によりマグネ
トロン電流を検出し、マグネトロン電流を一定にするよ
うにPWM制御を行っている。The operation of the above configuration will be described. The constant voltage power supply 40 is controlled to a constant voltage, outputs a constant DC voltage, and supplies it to the high voltage switching power supply 41. With this constant voltage power supply 40, a stable laser light output can be obtained. Each high-voltage switching power supply 41 is a switching power supply of about 20 kHz, receives an output command and a synchronization signal, and applies a oscillating high voltage to the magnetron 1 by a switching signal according to the output command. At this time, the high-voltage booster 42 is configured so that the magnetron current output from the high-voltage switching power supply 41 has a pulsating waveform having a complete off-time, and all magnetron current waveforms are synchronized. I have. The microwave emitted from the magnetron 1 is injected into the discharge excitation unit 10 via the waveguide 2. Laser light emitted from the laser gas excited by the discharge excitation unit 10 is output from the output mirror 8 and the total reflection mirror 9.
And a part thereof is taken out of the output mirror 8. The high-voltage switching power supply 41 detects the magnetron current with the magnetron current detection element 42 and performs PWM control so as to keep the magnetron current constant.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このような従来のマイ
クロ波ガスレーザ発振装置では、高電圧スイッチング電
源をPWM制御で駆動しているため脈流動作しているマ
グネトロン電流のピーク時の位相が微妙に異なり、位相
が完全に一致している場合と比較してレーザ光出力ピー
ク値が低下するという課題があった。また、レーザ光の
間欠発振時において、間欠発振の周波数が異なる場合レ
ーザ光出力が変動するという課題があった。In such a conventional microwave gas laser oscillator, since the high voltage switching power supply is driven by PWM control, the phase at the peak of the pulsating magnetron current is delicate. In contrast, there is a problem that the peak value of the laser light output is lower than in the case where the phases are completely matched. Further, at the time of intermittent oscillation of laser light, there is a problem that the output of laser light fluctuates when the frequency of intermittent oscillation is different.
【0006】本発明は上記の課題を解決するもので、安
定した高ピークパルス出力を可能とするマイクロ波ガス
レーザ発振装置を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a microwave gas laser oscillation device capable of stably outputting a high peak pulse.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の本発明は、レーザガスが流れる放電
管と、前記放電管にマイクロ波を供給するマグネトロン
と、定電圧電源と該定電圧電源から電力を供給され前記
マグネトロンに電力を供給する高電圧スイッチング電源
とを有するマイクロ波電源を複数備え、前記マグネトロ
ンのアノードとカソード間に流れるマグネトロン電流の
最初の脈流を無視してフィードバック信号を取りマグネ
トロン電流をフィードバック制御するマイクロ波励起ガ
スレーザ発振装置である。In order to achieve the above object, the present invention according to the first aspect of the present invention is directed to a discharge system in which a laser gas flows.
Tube and magnetron for supplying microwaves to the discharge tube
And a constant voltage power supply and the power supplied from the constant voltage power supply.
High voltage switching power supply to supply power to magnetron
A plurality of microwave power supplies having
Of the magnetron current flowing between the anode and cathode of
Ignore the initial pulsation and take the feedback signal
This is a microwave-excited gas laser oscillation device that performs feedback control of the tron current .
【0008】[0008]
【0009】[0009]
【0010】請求項2記載の本発明は、レーザガスが流
れる放電管と、前記放電管にマイクロ波を供給するマグ
ネトロンと、定電圧電源と該定電圧電源から電力を供給
され前記マグネトロンに電力を供給する高電圧スイッチ
ング電源とを有するマイクロ波電源を複数備え、レーザ
光の断続出力を得る場合、前記マグネトロンのアノード
とカソード間に流れるマグネトロン電流の最初の脈流を
無視したフィードバック信号を前記定電圧電源に入力す
るマイクロ波励起ガスレーザ発振装置である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a discharge tube through which a laser gas flows, a magnetron for supplying a microwave to the discharge tube, a constant voltage power supply, and power supplied from the constant voltage power supply to the magnetron. A plurality of microwave power supplies having a high-voltage switching power supply, and when obtaining an intermittent output of laser light, the constant-voltage power supply outputs a feedback signal ignoring the first pulsating flow of the magnetron current flowing between the anode and the cathode of the magnetron. This is a microwave-excited gas laser oscillation device to be input to the device.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】請求項1,2に係わる本発明は、
マグネトロンのアノードとカソード間に流れるマグネト
ロン電流の最初の脈流を無視してフィードバック信号を
取りマグネトロン電流をフィードバック制御するため、
立ち上がりの早い高ピークの断続出力のレーザ光が得ら
れるという作用を有する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention according to claims 1 and 2
Magnet flowing between the magnetron anode and cathode
Ignoring the first pulsating current of the
Feedback control of the magnetron current
This has the effect that a laser beam having an intermittent output with a fast rise and a high peak can be obtained.
【0012】[0012]
【0013】(実施の形態) 以下、ガスレーザ発振装置について図面を参照しながら
説明する。図1は構成例を示す模式図である。なお、従
来例と同じ構成要素には同一番号を付与している。図1
において、内部にレーザガスが流れる放電管3はN本
(N≧1)のマイクロ波の導波路2に挿入され、マグネ
トロン1から出力されたマイクロ波により放電励起部1
0においてマイクロ波グロー放電が形成される。また、
N個のマグネトロン1はそれぞれのN個のマイクロ波電
源により制御される。ここでN個のうち1台のマイクロ
波電源をマスターマイクロ波電源4a、残りのマイクロ
波電源をスレーブマイクロ波電源4bとしそれぞれの内
部を構成する定電圧電源を40a,40b、高圧スイッ
チング電源を41a,41bとする。マスターマイクロ
波電源4aは出力指令を受け取りマスタ高圧スイッチン
グ電源41aのスイッチング素子のオン時間を決定する
スイッチング信号S1を作り、マグネトロンを駆動す
る。マスター高圧スイッチング電源41aより出力され
マグネトロンのアノード、カソード間に流れるマグネト
ロン電流はマスタ電流検出素子42aにより検出されマ
スタ定電圧電源40aにてマグネトロン電流値が出力指
令値となるべく出力電圧をフィードバック制御する。こ
れはマグネトロンの温度変化により同一のスイッチング
信号であってもマグネトロン電流がドリフトするのを防
止するためである。また全てのスレーブマイクロ波電源
4bはマスタマイクロ波電源4aのマスタ高圧スイッチ
ング電源41aのスイッチング信号S1を受け取り、同
一のスイッチング信号S1にてスレーブ高圧スイッチン
グ電源41bは動作しマグネトロンを駆動する。スレー
ブ高圧スイッチング電源41bより出力されるマグネト
ロン電流はスレーブ電流検出素子42bにより検出され
スレーブ定電圧電源40bにてマグネトロン電流値が出
力指令値となるべく出力電圧をフィードバック制御す
る。このようにマイクロ波電源を構成すれば図2のよう
に、従来の高圧スイッチング電源をPWM制御する方式
に比べ脈流動作する全てのマグネトロン電流のON時
間、位相がそろい同一時間内に同一エネルギーが放電管
に注入されるため、光出力も立ち上がりの早いピークの
高い断続出力が得られる。(Embodiment) Hereinafter, a gas laser oscillation device will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example . The same components as those in the conventional example are given the same numbers. FIG.
, A discharge tube 3 in which a laser gas flows is inserted into N (N ≧ 1) microwave waveguides 2, and the discharge excitation unit 1 is irradiated with microwaves output from the magnetron 1.
At 0, a microwave glow discharge is formed. Also,
The N magnetrons 1 are controlled by respective N microwave power supplies. Here, one of the N microwave power supplies is a master microwave power supply 4a, the remaining microwave power supplies are slave microwave power supplies 4b, and the constant voltage power supplies 40a and 40b and the high voltage switching power supply 41a are respectively included in the respective microwave power supplies. , 41b. The master microwave power supply 4a receives the output command, generates a switching signal S1 for determining the ON time of the switching element of the master high-voltage switching power supply 41a, and drives the magnetron. The magnetron current output from the master high-voltage switching power supply 41a and flowing between the anode and cathode of the magnetron is detected by the master current detecting element 42a, and the master constant voltage power supply 40a performs feedback control on the output voltage so that the magnetron current value becomes the output command value. This is to prevent the magnetron current from drifting even with the same switching signal due to a change in the temperature of the magnetron. All the slave microwave power supplies 4b receive the switching signal S1 of the master high voltage switching power supply 41a of the master microwave power supply 4a, and the slave high voltage switching power supply 41b operates and drives the magnetron with the same switching signal S1. The magnetron current output from the slave high voltage switching power supply 41b is detected by the slave current detection element 42b, and the slave constant voltage power supply 40b performs feedback control on the output voltage so that the magnetron current value becomes the output command value. When the microwave power supply is configured in this manner, as shown in FIG. 2, the same energy is generated within the same time during which the ON time and the phase of all the magnetron currents that operate in a pulsating manner are the same as in the conventional PWM control of the high voltage switching power supply. Since the light is injected into the discharge tube, the light output also has a high intermittent output with a fast rising peak.
【0014】以下、本発明のガスレーザ発振装置の特徴
について図面を参照しながら説明する。マグネトロンは
一般的にアノード、カソード間に約4kVの高電圧を加
えると発振が開始するが入力部にマイクロ波漏洩防止用
としてLCフィルタが挿入されている。図3は断続出力
時の周波数が異なる場合のマグネトロン電流波形を示し
たものである。低周波数時にはマグネトロン電圧が低下
しているためLCフィルタのコンデンサに流れ込む電流
が増え同一の高圧スイッチング電源スイッチング信号で
も周波数によりマグネトロン電流検出信号に誤差を生じ
る。そこで断続出力時の最初の一発目の脈流状のマグネ
トロン電流を無視し2発目以降のマグネトロン電流をマ
グネトロン電流検出信号とする。図4は断続出力時のレ
ーザ光エネルギーの周波数特性を示したものである。従
来のように全てのマグネトロン電流をマグネトロン電流
検出信号としてフィードバック制御した場合低周波数時
に1発目のマグネトロン電流が過大に流れるために全体
のマグネトロン電流を低下させるようにフィードバック
制御されていたために光エネルギーも低下していたもの
が、一発目のマグネトロン電流を無視し2発目以降のマ
グネトロン電流をマグネトロン電流検出信号としてフィ
ードバック制御した場合は周波数によらずほぼ一定した
レーザ光エネルギーが得られる。Hereinafter, features of the gas laser oscillation device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In general, the magnetron starts oscillating when a high voltage of about 4 kV is applied between the anode and the cathode, but an LC filter is inserted in an input portion for preventing microwave leakage. FIG. 3 shows a magnetron current waveform when the frequency at the time of the intermittent output is different. When the frequency is low, the magnetron voltage is low, so that the current flowing into the capacitor of the LC filter increases, and even with the same high-voltage switching power supply switching signal, an error occurs in the magnetron current detection signal depending on the frequency. Therefore, the first pulsating magnetron current at the time of the intermittent output is ignored, and the magnetron current after the second is used as the magnetron current detection signal. FIG. 4 shows the frequency characteristics of the laser light energy at the time of intermittent output. Conventionally, when all the magnetron currents are feedback-controlled as magnetron current detection signals, the first magnetron current flows excessively at low frequencies, so feedback control was performed to reduce the entire magnetron current, resulting in light energy However, when the first magnetron current is ignored and the second and subsequent magnetron currents are feedback-controlled as magnetron current detection signals, substantially constant laser light energy is obtained irrespective of the frequency.
【0015】[0015]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、安定した高ピークレーザ光が得られるマイク
ロ波励起ガスレーザ発振装置を提供することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a microwave-excited gas laser oscillation device capable of obtaining a stable high peak laser beam.
【図1】本発明に用いるマイクロ波ガスレーザ発振装置
の構成例を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a microwave gas laser oscillation device used in the present invention.
【図2】同構成例における各部スイッチング信号、マグ
ネトロン電流波形、レーザ光波形と従来との比較図FIG. 2 is a comparison diagram of a switching signal, a magnetron current waveform, and a laser beam waveform of each part in the same configuration example with a conventional one.
【図3】パルス周波数変化時のマグネトロン電流波形図FIG. 3 is a magnetron current waveform diagram when a pulse frequency changes.
【図4】本発明の実施の形態におけるレーザ光エネルギ
ーの周波数特性と従来方式との比較図FIG. 4 is a diagram illustrating a comparison between a frequency characteristic of laser light energy and a conventional method according to an embodiment of the present invention.
【図5】従来のマイクロ波ガスレーザ発振装置の構成を
示すブロック図FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional microwave gas laser oscillation device.
1 マグネトロン 2 導波路 3 放電管 4a マスターマイクロ波電源 4b スレーブマイクロ波電源 40a マスター定電圧電源 40b スレーブ定電圧電源 41a マスター高圧スイッチング電源 41b スレーブ高圧スイッチング電源 42a マスター電流検出素子 42b スレーブ電流検出素子 8 出力ミラー 9 全反射ミラー 10 放電励起部 S1 スイッチング信号 S2 マグネトロン電流検出信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetron 2 Waveguide 3 Discharge tube 4a Master microwave power supply 4b Slave microwave power supply 40a Master constant voltage power supply 40b Slave constant voltage power supply 41a Master high voltage switching power supply 41b Slave high voltage switching power supply 42a Master current detecting element 42b Slave current detecting element 8 Output Mirror 9 Total reflection mirror 10 Discharge excitation section S1 Switching signal S2 Magnetron current detection signal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−273389(JP,A) 特開 平9−148663(JP,A) 特開 平9−326517(JP,A) 特開 平8−123520(JP,A) 特開 平5−306038(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/097 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-7-273389 (JP, A) JP-A-9-148663 (JP, A) JP-A-9-326517 (JP, A) JP-A 8- 123520 (JP, A) JP-A-5-306038 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/097
Claims (2)
管にマイクロ波を供給するマグネトロンと、定電圧電源
と該定電圧電源から電力を供給され前記マグネトロンに
電力を供給する高電圧スイッチング電源とを有するマイ
クロ波電源を複数備え、前記マグネトロンのアノードと
カソード間に流れるマグネトロン電流の最初の脈流を無
視してフィードバック信号を取りマグネトロン電流をフ
ィードバック制御するマイクロ波励起ガスレーザ発振装
置。1. A discharge tube through which a laser gas flows, a magnetron that supplies microwaves to the discharge tube, a constant voltage power supply, and a high voltage switching power supply that is supplied with power from the constant voltage power supply and supplies power to the magnetron. A microwave-excited gas laser oscillation device comprising a plurality of microwave power supplies, and ignoring the first pulsating magnetron current flowing between the anode and cathode of the magnetron, taking a feedback signal and performing feedback control of the magnetron current.
管にマイクロ波を供給するマグネトロンと、定電圧電源
と該定電圧電源から電力を供給され前記マグネトロンに
電力を供給する高電圧スイッチング電源とを有するマイ
クロ波電源を複数備え、レーザ光の断続出力を得る場
合、前記マグネトロンのアノードとカソード間に流れる
マグネトロン電流の最初の脈流を無視したフィードバッ
ク信号を前記定電圧電源に入力するマイクロ波励起ガス
レーザ発振装置。2. A discharge tube through which a laser gas flows, a magnetron for supplying microwaves to the discharge tube, a constant voltage power supply, and a high voltage switching power supply supplied with power from the constant voltage power supply and supplying power to the magnetron. A microwave-excited gas laser that inputs a feedback signal to the constant-voltage power supply, ignoring the first pulsating flow of the magnetron current flowing between the anode and the cathode of the magnetron when obtaining a discontinuous output of the laser light. Oscillator.
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