JPH0770772B2 - High frequency discharge excitation laser device - Google Patents
High frequency discharge excitation laser deviceInfo
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- JPH0770772B2 JPH0770772B2 JP24320486A JP24320486A JPH0770772B2 JP H0770772 B2 JPH0770772 B2 JP H0770772B2 JP 24320486 A JP24320486 A JP 24320486A JP 24320486 A JP24320486 A JP 24320486A JP H0770772 B2 JPH0770772 B2 JP H0770772B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ管に高周波電圧を印加してレーザ出力
を得る高周波放電励起レーザ装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high frequency discharge excitation laser device for applying a high frequency voltage to a laser tube to obtain a laser output.
第２図には上述した高周波放電励起レーザ装置の従来形
の一構成例が示される。同図において21は高周波電源で
あって、スイッチング素子を有する高周波インバータ回
路を内蔵し、該スイッチング素子を所定周波数の制御信
号で駆動することにより該所定周波数に応じた高周波、
例えば数MHz、の電圧を端子22aおよび22bに出力する。2
3は同軸ケーブルであって、電源側と負荷側を電気的に
接続するためのものであり、その中心導体23aを介して
電源の一方の出力端子22aと負荷側の一方の入力端子24a
が接続され、外部導体23bを介して電源の他方の出力端
子22bと負荷側の他方の入力端子24bが接続されている。
25は負荷としてのレーザ管を示し、高周波電圧が印加さ
れる１対の電極25a,25bと、放電用のセラミック管25cと
からなっている。この両電極25aおよび25bと上述の入力
端子24aおよび24bとの間にはマッチング回路26が介在さ
れている。このマッチング回路26は、２個のキャパシタ
C1′およびCP2′と１個のコイルＬ′からなるπ形構成
を有し、端子24aおよび24bから電源側を見たインピーダ
ンスZ1′と、レーザ管25の電極25aおよび25b間のインピ
ーダンスZ2′とを整合させる機能を備えている。すなわ
ち、このマッチング回路26の作用により、高周波電源21
の出力電圧がレーザ管25に効率良く伝達されるようにな
っている。FIG. 2 shows an example of the configuration of a conventional type of the above-mentioned high-frequency discharge pumped laser device. In the figure, 21 is a high-frequency power supply, which incorporates a high-frequency inverter circuit having a switching element, and drives the switching element with a control signal of a predetermined frequency to generate a high-frequency wave corresponding to the predetermined frequency.
For example, a voltage of several MHz is output to the terminals 22a and 22b. 2
3 is a coaxial cable for electrically connecting the power source side and the load side, and one output terminal 22a of the power source and one input terminal 24a of the load side via the center conductor 23a.
Are connected, and the other output terminal 22b of the power source and the other input terminal 24b on the load side are connected via the external conductor 23b.
Reference numeral 25 denotes a laser tube as a load, which is composed of a pair of electrodes 25a and 25b to which a high frequency voltage is applied and a ceramic tube 25c for discharging. A matching circuit 26 is interposed between the electrodes 25a and 25b and the input terminals 24a and 24b. This matching circuit 26 has two capacitors.
It has a π-type structure composed of C 1 ′ and CP 2 ′ and one coil L ′, and has an impedance Z 1 ′ seen from the terminals 24a and 24b to the power source side and an impedance between the electrodes 25a and 25b of the laser tube 25. It has the function of matching Z 2 ′. That is, by the action of the matching circuit 26, the high frequency power source 21
Is efficiently transmitted to the laser tube 25.
一方、高周波放電励起レーザ装置は、例えば炭酸ガス
（CO2）レーザを例にとると、電極25aおよび25b間に印
加した高周波電圧、言い換えると電極に流入する高周波
電流、によりセラミック管25c内に放電を生じさせ、こ
の放電によりセラミック管内のレーザガス（例えばCO2,
N2,Heの混合ガス）を励起する。これによって、CO2分子
を高準位の振動状態に励起し、この高準位の分子振動状
態から低準位の分子振動状態に遷移する過程でCO2分子
が放出する光をレーザ管25の両側に平行配設された２枚
の反射鏡（図示せず）で共振させて、その一部の光をレ
ーザ出力として取出すようになされている。On the other hand, a high-frequency discharge excitation laser device, for example, in the case of a carbon dioxide (CO 2 ) laser, discharges into the ceramic tube 25c by a high-frequency voltage applied between the electrodes 25a and 25b, in other words, a high-frequency current flowing into the electrodes. This discharge causes laser gas (eg CO 2 ,
(N 2 , He mixed gas) is excited. As a result, the CO 2 molecule is excited to a high-level vibrational state, and the light emitted by the CO 2 molecule is emitted from the laser tube 25 in the process of transition from the high-level molecular vibrational state to the low-level molecular vibrational state. Two reflecting mirrors (not shown) arranged in parallel on both sides are caused to resonate, and a part of the light is taken out as a laser output.
従って、上述した高周波放電励起レーザ装置を安定に動
作させるためには、レーザ管25の電極間に印加する高周
波電圧、すなわち高周波電流を安定した状態で供給する
ことが不可欠である。Therefore, in order to operate the above-mentioned high-frequency discharge pumped laser device stably, it is essential to supply the high-frequency voltage applied between the electrodes of the laser tube 25, that is, the high-frequency current in a stable state.
上述した従来形のレーザ装置においては、いったんマッ
チング回路26の各素子の値を設定すると、その後で高周
波電源21あるいはレーザ管25の設置場所を変更した場
合、またはケーブル23の引回しを行った場合には、ケー
ブル容量等が変化するのでマッチング回路26による整合
を図ることができなくなるという不都合が生じる。整合
が不完全状態にあると、槐津したように高周波電源21の
出力電圧がレーザ管25に効率良く伝達されなくなり、極
めて不利である。In the conventional laser device described above, once the value of each element of the matching circuit 26 is set, if the installation location of the high frequency power supply 21 or the laser tube 25 is changed thereafter, or if the cable 23 is routed. In this case, since the cable capacity and the like change, the matching circuit 26 cannot perform matching. If the matching is incomplete, the output voltage of the high-frequency power source 21 will not be efficiently transmitted to the laser tube 25, as is the case with Sotsu, which is extremely disadvantageous.
このような問題に対して、従来形の他の形態として例え
ば第２図に破線表示されるように、マッチング回路26を
値の変更が可能な可変キャパシタおよび可変コイルによ
り構成してなる装置が提案されている。しかしながら、
各機器の設置場所を変更したり、あるいは同軸ケーブル
を引回したりする毎にその都度、完全な整合状態を維持
するために各素子の値を微妙に調整する必要があり、こ
れによって調整作業が煩わしくなると共に、強いては作
業効率が低下するという問題があった。To solve such a problem, as another conventional form, a device is proposed in which the matching circuit 26 is composed of a variable capacitor and a variable coil whose value can be changed, as shown by a broken line in FIG. Has been done. However,
Every time the installation location of each device is changed or the coaxial cable is routed, it is necessary to finely adjust the value of each element in order to maintain a perfect matching state. There is a problem that it becomes bothersome and the work efficiency is lowered in the end.
また、上述したような調整作業を行なってマッチング回
路26を整合させたとしても、負荷変動が生じた場合には
この整合関係が維持されなくなる。従って、高周波電源
21からケーブル23を介して負荷側に供給される高周波電
圧はマッチング回路26の入力端子24aおよび24bにおいて
その一部が反射され、この反射成分は本来の電圧入力成
分を打ち消す方向に作用するので、結局、高周波電源21
の出力電力がレーザ管25に効率良く伝達されなくなる。
すなわち、従来形のレーザ装置は負荷変動に弱かった。Further, even if the matching operation is performed by matching the matching circuit 26 as described above, this matching relationship cannot be maintained when a load variation occurs. Therefore, high frequency power supply
A part of the high-frequency voltage supplied from 21 to the load side via the cable 23 is reflected at the input terminals 24a and 24b of the matching circuit 26, and this reflected component acts in a direction to cancel the original voltage input component. After all, high frequency power supply 21
Output power of is not efficiently transmitted to the laser tube 25.
That is, the conventional laser device is vulnerable to load fluctuations.
本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みなさ
れたもので、煩雑なインピーダンス調整作業を不要に
し、かつ負荷変動に強い高周波放電励起レーザ装置を提
供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a high-frequency discharge excitation laser device that does not require complicated impedance adjustment work and is resistant to load fluctuations.
本発明によれば、レーザ管に高周波電圧を印加してレー
ザ出力を得る高周波放電励起レーザ装置であって、上述
の高周波電圧を出力する電流型インバータ回路と、この
電流型インバータ回路と上述のレーザ管の間に介在さ
れ、インピーダンス整合を行うマッチング回路と、上述
の高周波電源の出力端に並列に接続され、この出力端か
らレーザ管側を見た時のインピーダンスが実質上抵抗成
分のみとなるように影響を与えるＱの高い並列共振回路
と、を備えてなる高周波放電励起レーザ装置が提供され
る。According to the present invention, there is provided a high frequency discharge pumped laser device for obtaining a laser output by applying a high frequency voltage to a laser tube, the current type inverter circuit outputting the above high frequency voltage, the current type inverter circuit and the laser described above. A matching circuit that is interposed between the tubes and performs impedance matching, and is connected in parallel to the output terminal of the high-frequency power source described above so that the impedance when the laser tube side is viewed from this output terminal is essentially only the resistance component. A high-frequency discharge pumped laser device including a parallel resonant circuit having a high Q that affects
本発明による高周波放電励起レーザ装置においては、電
流型インバータ回路の出力端に並列に接続されたＱ（共
振の鋭さ）の高い並列共振回路の作用により、仮に該出
力端からレーザ管側において配線容量等の変化に起因し
てインピーダンス変化が生じたとしても、その影響はイ
ンバータ回路内部へは波及しない。従って、マッチング
回路の各素子を調整して厳密に整合させるという煩雑な
作業は不要となる。In the high frequency discharge pumped laser device according to the present invention, due to the action of the parallel resonant circuit having a high Q (resonance sharpness) connected in parallel to the output end of the current type inverter circuit, the wiring capacitance from the output end to the laser tube side is temporarily assumed. Even if an impedance change occurs due to a change in the above, the influence does not reach the inside of the inverter circuit. Therefore, the complicated work of adjusting each element of the matching circuit and performing exact matching becomes unnecessary.
また、並列共振回路はその特性上、電流型インバータ回
路が供給するエネルギーのすべてを蓄える機能を有して
いるので、仮に負荷変動が生じてエネルギー潮流に変化
が生じた場合でも、レーザ管には常に安定した高周波電
流が供給され得る。In addition, since the parallel resonant circuit has a function of storing all the energy supplied by the current-type inverter circuit due to its characteristics, even if a load fluctuation occurs and the energy flow changes, the laser tube will not operate. A stable high frequency current can always be supplied.
第１図には本発明の一実施例としての高周波放電励起レ
ーザ装置の構成が示される。FIG. 1 shows the configuration of a high-frequency discharge excitation laser device as an embodiment of the present invention.
第１図において１は高周波電源としての高周波電流型イ
ンバータ回路を示し、回路に直接に挿入されたチョーク
コイルL0と、４個のスイッチング用Ｎチャネル型MOS
（金属酸化物半導体）トランジスタQ1,Q2,Q3およびQ4と
からなっている。チョークコイルL0は直流入力電流Isを
一定値に維持するためのものであり、直列接続されたト
ランジスタQ1およびQ2と、直列接続されたトランジスタ
Q3およびQ4とが並列接続されてなるスイッチング回路が
チョークコイルL0と直列に接続されている。トランジス
タQ1およびQ2の接続点は出力端子2aに、トランジスタQ3
およびQ4の接続点は出力端子2bに、それぞれ接続され
る。また、各トランジスタQ1〜Q4のゲートにはそれぞ
れ、単一周波数f0の駆動信号VG,G,G,VGが入力され
る。従って、トランジスタ対Q1およびQ4と、Q2およびQ3
は、駆動信号の周波数f0に応じて相互にオン・オフ動作
を行うので、出力端子2aおよび2bの間には該単一周波数
f0に対応した高周波電圧が出力される。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a high-frequency current inverter circuit as a high-frequency power source, which includes a choke coil L 0 directly inserted in the circuit and four switching N-channel MOS transistors.
It is composed of (metal oxide semiconductor) transistors Q 1 , Q 2 , Q 3 and Q 4 . The choke coil L 0 is for maintaining the DC input current Is at a constant value, and is connected in series with the transistors Q 1 and Q 2 and the transistors connected in series.
A switching circuit formed by connecting Q 3 and Q 4 in parallel is connected in series with the choke coil L 0 . The connection point of the transistors Q 1 and Q 2 is at the output terminal 2a and the connection point of the transistor Q 3
The connection points of Q 4 and Q 4 are connected to the output terminal 2b, respectively. Further, drive signals V G , G , G , V G having a single frequency f 0 are input to the gates of the transistors Q 1 to Q 4 , respectively. Therefore, transistor pair Q 1 and Q 4 and Q 2 and Q 3
Perform on / off operation with each other according to the frequency f 0 of the drive signal, so that between the output terminals 2a and 2b, the single frequency
The high frequency voltage corresponding to f 0 is output.
３は並列共振回路（タンク回路）であって、出力端子2a
および2b間に並列に接続され、並列接続されたコイルLR
およびキャパシタCRからなっている。従って、端子2aお
よび2bの間に現われる高周波信号の周波数f0と各素子の
値との間には、 の関係がある。タンク回路３は、高いＱ（本実施例では
Ｑ≒10）を有しており、出力端子2aおよび2bから負荷側
を見た時のインピーダンスが実質上抵抗成分のみとなる
ように、すなわちリアクタンス成分（無構成分）を実質
上含まないように、影響を与える。3 is a parallel resonance circuit (tank circuit), which has an output terminal 2a
And coil 2 R connected in parallel between 2b and in parallel
And capacitor C R. Therefore, between the frequency f 0 of the high frequency signal appearing between the terminals 2a and 2b and the value of each element, Have a relationship. The tank circuit 3 has a high Q (Q≈10 in this embodiment) so that the impedance when the load side is viewed from the output terminals 2a and 2b is substantially only the resistance component, that is, the reactance component. Affects so as not to substantially include (unconfigured).
４は電源側と負荷側を電気的に接続するための同軸ケー
ブルを示し、その中心導体4aを介して電源１の一方の出
力端子2aと負荷側の一方の入力端子5aが接続され、外部
導体4bを介して電源１の他方の出力端子2bと負荷側の他
方の入力端子5bが接続されている。６はレーザ管を示
し、高周波電圧が印加される１対の電極6a,6bと、放電
用の例えば石英管6cとからなる。この両電極6aおよび6b
と入力端子5aおよび5bとの間にはπ形マッチング回路７
が介在され、該回路は、中央にコイルＬを含み、両側に
キャパシタC1およびC2を含む。このπ形マッチング回路
７は、端子5aおよび5bから電源側を見たインピーダンス
Z1と、レーザ管６の電極6aおよび6b間のインピーダンス
Z2とを整合させる機能を備えている。従って、電源１と
レーザ管６の間でインピーダンスに変化が生じない限
り、電源１の高周波出力電圧はレーザ管６に効率良く伝
達される。Reference numeral 4 denotes a coaxial cable for electrically connecting the power source side and the load side, and one output terminal 2a of the power source 1 and one input terminal 5a of the load side are connected via a central conductor 4a thereof, and an external conductor The other output terminal 2b of the power supply 1 and the other input terminal 5b on the load side are connected via 4b. Reference numeral 6 denotes a laser tube, which comprises a pair of electrodes 6a and 6b to which a high frequency voltage is applied, and a quartz tube 6c for discharging, for example. Both electrodes 6a and 6b
Between the input terminals 5a and 5b and the π-type matching circuit 7
, And the circuit includes a coil L in the center and capacitors C 1 and C 2 on both sides. This π-type matching circuit 7 has the impedance seen from the power supply side from terminals 5a and 5b.
Impedance between Z 1 and electrodes 6a and 6b of laser tube 6
It has the function of matching with Z 2 . Therefore, the high-frequency output voltage of the power source 1 is efficiently transmitted to the laser tube 6 unless the impedance changes between the power source 1 and the laser tube 6.
第１図の装置の構成によれば、タンク回路３が並列共振
している時、すなわちインバータ回路１の出力端子2aお
よび2bの間に周波数f0の高周波信号が現われている時
は、該端子2aおよび2bから電源側を見たインピーダンス
Z0タンク回路３のインピーダンスにより決まる。従っ
て、仮に電源またはレーザ管の設置場所を変更したり、
あるいはケーブルの引回しを行なった時に出力端子2aお
よび2bから以降の負荷側においてインピーダンス変化が
生じたとしても、その変化量はタンク回路３自体のイン
ピーダンスに比して無視し得るほど小さいので、インピ
ーダンス変化に起因する影響は電源内部へは波及しな
い。これは、負荷変動等に起因してマッチング回路７の
整合作用が損なわれてもその影響は電源側に波及しない
ことを意味する。従って、従来形のようにマッチング回
路内の各素子の値を微妙に調整して完全な整合状態を維
持するという必要性はなくなり、これによって煩雑な調
整作業は不要となる。According to the configuration of the apparatus of FIG. 1, when the tank circuit 3 resonates in parallel, that is, when a high frequency signal of frequency f 0 appears between the output terminals 2a and 2b of the inverter circuit 1, the terminal Impedance seen from power supply side from 2a and 2b
Z 0 Determined by the impedance of the tank circuit 3. Therefore, if you change the installation location of the power supply or laser tube,
Alternatively, even if an impedance change occurs from the output terminals 2a and 2b to the subsequent load side when the cable is routed, the amount of change is negligible compared to the impedance of the tank circuit 3 itself. The influence caused by the change does not spread to the inside of the power supply. This means that even if the matching action of the matching circuit 7 is impaired due to load fluctuation or the like, the effect does not reach the power supply side. Therefore, there is no need to delicately adjust the values of the respective elements in the matching circuit to maintain a perfect matching state as in the conventional case, thereby eliminating the need for complicated adjustment work.
なお、本実施例において負荷として用いたレーザー管の
内部ガスは、CO2のみならず、He−Ne,CO2、エキシマ等
の他のガスであってもよい。The internal gas of the laser tube used as the load in this embodiment may be not only CO 2, but also other gases such as He—Ne, CO 2 , excimer, and the like.
以上説明したように本発明によれば、煩雑なインピーダ
ンス調整作業が不要となり、しかも負荷変動に強い高周
波放電励起レーザ装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-frequency discharge excitation laser device that does not require complicated impedance adjustment work and is resistant to load fluctuations.
第１図は本発明の一実施例としての高周波放電励起レー
ザ装置を示す構成図、 第２図は従来例の一例としての高周波放電励起レーザ装
置を示す構成図、 である。 （符号の説明） １……高周波電源（電流型インバータ回路）、 2a,2b……電源出力端子、 ３……並列共振回路、 5a,5b……負荷入力端子、 ６……レーザ管、７……マッチング回路。FIG. 1 is a configuration diagram showing a high frequency discharge excitation laser device as one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram showing a high frequency discharge excitation laser device as an example of a conventional example. (Description of symbols) 1 ... High frequency power supply (current type inverter circuit), 2a, 2b ... Power supply output terminal, 3 ... Parallel resonance circuit, 5a, 5b ... Load input terminal, 6 ... Laser tube, 7 ... … Matching circuit.
Claims (1)
力を得る高周波放電励起レーザ装置であって、 該高周波電圧を出力する電流型インバータ回路と、 該電流型インバータ回路と該レーザ管の間に介在され、
インピーダンス整合を行うマッチング回路と、 該電流型インバータ回路の出力端に並列に接続され、該
出力端から該レーザ管側を見た時のインピーダンスが実
質上抵抗成分のみとなるように影響を与えるＱの高い並
列共振回路と、を備えてなる高周波放電励起レーザ装
置。1. A high frequency discharge excitation laser device for applying a high frequency voltage to a laser tube to obtain a laser output, comprising: a current type inverter circuit for outputting the high frequency voltage; and a current type inverter circuit and the laser tube. Intervened in
A matching circuit that performs impedance matching and a parallel connection to the output end of the current-type inverter circuit, which affects the impedance when the laser tube side is viewed from the output end to be substantially only a resistance component Q High frequency parallel resonant circuit, and a high-frequency discharge pumped laser device.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24320486A JPH0770772B2 (en) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | High frequency discharge excitation laser device |
| DE3752083T DE3752083T2 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | HF discharge-excited laser device |
| PCT/JP1987/000771 WO1988002936A1 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | Laser device excited by rf discharge |
| EP93119934A EP0592014B1 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | RF discharge excitation laser apparatus |
| EP87906762A EP0285673B1 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | Laser device excited by rf discharge |
| DE3750578T DE3750578T2 (en) | 1986-10-14 | 1987-10-14 | HF DISCHARGE-EXCITED LASER DEVICE. |
| US07/503,149 US4975920A (en) | 1986-10-14 | 1990-03-30 | RF discharge excitation laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24320486A JPH0770772B2 (en) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | High frequency discharge excitation laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6398168A JPS6398168A (en) | 1988-04-28 |
| JPH0770772B2 true JPH0770772B2 (en) | 1995-07-31 |
Family
ID=17100378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24320486A Expired - Lifetime JPH0770772B2 (en) | 1986-10-14 | 1986-10-15 | High frequency discharge excitation laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770772B2 (en) |
-
1986
- 1986-10-15 JP JP24320486A patent/JPH0770772B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6398168A (en) | 1988-04-28 |
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