本發(fā)明涉及一種氣體激光振蕩器，特別涉及一種具備輔助電極的氣體激光振蕩器。

背景技術(shù)：

已知一種具備能夠向兩個(gè)激光氣體循環(huán)路徑輸出相位相差180度的高頻電力的激光電源的氣體激光振蕩器(例如日本特開昭60-161687號(hào)公報(bào)。以下稱為“專利文獻(xiàn)1”。日本特開2013-247261號(hào)公報(bào)。以下稱為“專利文獻(xiàn)2”。)。這種氣體激光振蕩器具備用于與放電負(fù)載(放電管、輔助電極、激光氣體)取得阻抗匹配(進(jìn)行諧振使得放電管電壓最大)的包括線圈和電容器的匹配單元。激光電源經(jīng)由匹配單元而向多個(gè)放電管和輔助電極供給高頻電力。

為了使放電管開始放電(主放電)，需要事先使輔助電極開始放電(輔助放電)。在以尚未開始輔助放電的狀態(tài)下提高了激光電源的輸出的情況下，對(duì)放電管施加過大的電壓，過大的電流流過激光電源，其結(jié)果，存在放電管、激光電源損壞、或者發(fā)出警報(bào)并停止的擔(dān)憂。

在專利文獻(xiàn)1中公開了以下技術(shù)：在激光氣體進(jìn)行循環(huán)的放電管的上游側(cè)具備輔助電極，在開始主放電前通過輔助放電來供給電子，由此穩(wěn)定且可靠地開始主放電。然而，需要與放電管的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的輔助電極，存在難以削減成本這樣的問題。

在專利文獻(xiàn)2中公開了以下技術(shù)：將貫通孔設(shè)置于放電管，增加輔助電極的個(gè)數(shù)，由此實(shí)現(xiàn)主放電的穩(wěn)定化。然而，除了放電管自身的成本增加之外，還需要定期更換高價(jià)的放電管和輔助電極。并且，存在如下問題：激光氣體從設(shè)置有輔助電極的地方(o形環(huán))泄漏，導(dǎo)致因激光功率的下降、電弧放電而引起放電管的損壞等重大的泄漏故障的風(fēng)險(xiǎn)增加。

這樣，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在為了可靠且穩(wěn)定地開始主放電而需要與放電管同等個(gè)數(shù)的輔助電極這樣的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種相比以往而言放電的啟動(dòng)更快的氣體激光振蕩器。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的氣體激光振蕩器的特征在于，具有：多個(gè)激光氣體循環(huán)路徑，該多個(gè)激光氣體循環(huán)路徑包括第一路徑和第二路徑；第一放電管，其設(shè)置于第一路徑；第二放電管，其設(shè)置于第二路徑；激光電源，其向第一放電管供給第一高頻電力，向第二放電管供給相位與第一高頻電力的相位不同的第二高頻電力；以及匹配單元，其包括用于與第一路徑中的放電負(fù)載取得阻抗匹配的第一線圈和第一電容器、以及用于與第二路徑中的放電負(fù)載取得阻抗匹配的第二線圈和第二電容器，其中，第一線圈、第一電容器、第二線圈以及第二電容器的各值是以使施加于第一放電管的電壓的峰值與施加于第二放電管的電壓的峰值之差處于規(guī)定范圍的方式?jīng)Q定的。

附圖說明

通過與附圖相關(guān)聯(lián)的以下的實(shí)施方式的說明，本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加明確。在該附圖中，

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器的結(jié)構(gòu)圖，

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器中的激光電源、匹配單元、放電管以及輔助電極的結(jié)構(gòu)圖，

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器中的激光電源、匹配單元、放電管以及輔助電極的電路圖，

圖4是對(duì)第一路徑和第二路徑的各放電管施加相位相差180°的電壓的情況下的電壓波形的例子，

圖5是對(duì)第一路徑和第二路徑的各放電管施加相位相差180°且峰值電壓不同的電壓的情況下的電壓波形的例子，

圖6a是表示在對(duì)第一路徑和第二路徑的各放電管施加峰值相同的電壓的情況下從接通激光電源起的電壓的隨時(shí)間經(jīng)過的變化的圖，

圖6b是表示在對(duì)第一路徑和第二路徑的各放電管施加峰值不同的電壓的情況下從接通激光電源起的電壓的隨時(shí)間經(jīng)過的變化的圖，

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器的結(jié)構(gòu)圖，

圖8是本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器中的激光電源、匹配單元、放電管以及輔助電極的結(jié)構(gòu)圖，以及

圖9是本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器中的激光電源、匹配單元、放電管以及輔助電極的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖來說明本發(fā)明所涉及的氣體激光振蕩器。

[實(shí)施例1]

首先，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器101具有多個(gè)激光氣體循環(huán)路徑(r1、r2)、第一放電管111、第二放電管121、激光電源10以及匹配單元20。

在圖1所示的例子中，匹配單元20具備第一匹配單元21和第二匹配單元22。第一匹配單元21與第一放電管111及第二放電管121連接，第二匹配單元22與第三放電管211及第四放電管221連接。

本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器101還具備對(duì)氣體激光振蕩器101的動(dòng)作進(jìn)行控制的cnc(computernumericalcontrol：計(jì)算機(jī)數(shù)值控制裝置)60、使作為激光介質(zhì)的氣體(激光氣體)進(jìn)行循環(huán)的氣體循環(huán)系統(tǒng)200、以及介于cnc60與激光電源10之間的接口部50。在接口部50中設(shè)置有輸出指令部51，該指令部51對(duì)激光電源10輸出電壓指令。

激光電源10經(jīng)由匹配單元20內(nèi)的第一匹配單元21對(duì)形成氣體循環(huán)系統(tǒng)200的一部分的第一放電管111和第二放電管121供給電力。

氣體循環(huán)系統(tǒng)200具有經(jīng)由連結(jié)保持件81而相互連結(jié)的第一放電管111和第三放電管211、以及經(jīng)由合流部82而相互連結(jié)的第二放電管121和第四放電管221，第一放電管111及第三放電管211與第二放電管121及第四放電管221并聯(lián)連接。在第一放電管111的與連結(jié)保持件81相反的一側(cè)的端部設(shè)置有第一折返鏡71，該第一折返鏡71為全反射鏡。在第三放電管211的與連結(jié)保持件81相反的一側(cè)的端部設(shè)置有輸出鏡70，該輸出鏡70為部分反射鏡。在第二放電管121的與合流部82相反的一側(cè)的端部設(shè)置有第二折返鏡72，該第二折返鏡72為全反射鏡。在第四放電管221的與合流部82相反的一側(cè)的端部設(shè)置有后鏡73，該后鏡73為部分反射鏡。關(guān)于用于使激光放大的光諧振器的結(jié)構(gòu)，并不限定于圖示的例子。

多個(gè)激光氣體循環(huán)路徑(r1、r2)包括第一路徑r1和第二路徑r2。第一路徑r1是沿著圖1中的箭頭a1、a4、c的路徑，第二路徑r2是沿著箭頭a1、a2、a3的路徑。第一放電管111設(shè)置于第一路徑r1，第二放電管121設(shè)置于第二路徑r2。此外，關(guān)于設(shè)置在隔著連結(jié)保持件81而與上述激光氣體循環(huán)路徑相反的一側(cè)的激光氣體循環(huán)路徑，也可以將圖1中的沿著箭頭b1、b4、c的路徑設(shè)為第一路徑r1，將沿著箭頭b1、b2、b3的路徑設(shè)為第二路徑。

在氣體循環(huán)系統(tǒng)200中充滿了作為激光介質(zhì)的激光氣體，該激光氣體具有被激勵(lì)而產(chǎn)生光的性質(zhì)。氣體循環(huán)系統(tǒng)200具有渦輪鼓風(fēng)機(jī)84。渦輪鼓風(fēng)機(jī)84在吸引側(cè)經(jīng)由連結(jié)保持件81或合流部82而與第一放電管～第四放電管111、121、211、221中的各放電管的一端連接，并且渦輪鼓風(fēng)機(jī)84在吐出側(cè)與各放電管的另一端連接。通過該渦輪鼓風(fēng)機(jī)84，激光氣體如圖中的箭頭a1～a4、b1～b4所示那樣在氣體循環(huán)系統(tǒng)200內(nèi)循環(huán)。在渦輪鼓風(fēng)機(jī)84的吸引側(cè)和吐出側(cè)分別設(shè)置有使激光氣體冷卻的第一熱交換器83和第二熱交換器85。第一熱交換器83及第二熱交換器85與供給冷卻水的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)92連接。另外，氣體循環(huán)系統(tǒng)200與對(duì)激光氣體的壓力進(jìn)行控制的激光氣體壓力控制系統(tǒng)91連接。

第一放電管111及第二放電管121經(jīng)由第一匹配單元21而與激光電源10內(nèi)的第一激光電源單元11連接。第三放電管211及第四放電管221經(jīng)由第二匹配單元22而與激光電源10內(nèi)的第二激光電源單元12連接。激光電源10內(nèi)的第一激光電源單元11向第一放電管111供給第一高頻電力，向第二放電管121供給相位與第一高頻電力的相位不同的第二高頻電力。同樣地，激光電源10內(nèi)的第二激光電源單元12向第三放電管211供給第一高頻電力，向第四放電管221供給相位與第一高頻電力的相位不同的第二高頻電力。

在圖2中示出本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器中的激光電源、匹配單元、放電管以及輔助電極的結(jié)構(gòu)圖。設(shè)置于第一路徑r1的第一放電管也可以如圖2中示為111、112、113、……的那樣連接有多個(gè)。同樣地，設(shè)置于第二路徑r2的第二放電管也可以如圖2中示為121、122、123、……的那樣連接有多個(gè)。另外，在第一放電管111、112、113、……的附近分別形成有第一輔助電極311、312、313、……。同樣地，在第二放電管121、122、123、……的附近分別形成有第二輔助電極321、322、323、……。此外，如圖1所示，在設(shè)置在隔著連結(jié)保持件81而與第一放電管及第二放電管相反的一側(cè)的第三放電管211及第四放電管221的附近，分別設(shè)置有第三輔助電極411和第四輔助電極421。

在圖3中示出本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器中的激光電源、匹配單元、放電管以及輔助電極的電路圖。匹配單元20內(nèi)的第一匹配單元21包括用于與第一路徑r1中的放電負(fù)載(氣體組成、氣體壓力、放電管)取得阻抗匹配(諧振)的第一線圈l11和第一電容器c11、以及用于與第二路徑r2中的放電負(fù)載取得阻抗匹配的第二線圈l12和第二電容器c12。此外，第一電容器c11與第二電容器c12在節(jié)點(diǎn)p處連接，節(jié)點(diǎn)p接地。

cnc60具有未圖示的cpu、ram、rom等硬件結(jié)構(gòu)，執(zhí)行各種運(yùn)算處理，并且按照預(yù)先決定的動(dòng)作程序來輸出對(duì)氣體激光振蕩器101進(jìn)行控制的控制指令。

向設(shè)置于第一路徑r1的第一放電管111施加的施加電壓的頻率與向設(shè)置于第二路徑r2的第二放電管121施加的施加電壓的頻率相同。與氣體激光振蕩器101所需要的激光功率相對(duì)應(yīng)地設(shè)定氣體組成、氣體壓力。

本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器的特征在于，第一線圈l11、第一電容器c11、第二線圈l12以及第二電容器c12的各值是以使施加于第一放電管111的電壓的峰值與施加于第二放電管121的電壓的峰值之差處于規(guī)定范圍的方式?jīng)Q定的。如果將根據(jù)第一線圈l11和第一電容器c11計(jì)算出的阻抗設(shè)為z1、將根據(jù)第二線圈l12和第二電容器c12計(jì)算出的阻抗設(shè)為z2，則z1≠z2。另外，使阻抗為零的諧振頻率f能夠利用來計(jì)算，但是很難計(jì)算放電管、激光氣體的常數(shù)，因此優(yōu)選通過測定來求出放電管、激光氣體的常數(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)中采用如下的設(shè)定：針對(duì)被施加的電壓的相位相差180度的兩個(gè)激光氣體循環(huán)路徑，以等效的常數(shù)構(gòu)成匹配單元，對(duì)作為各個(gè)負(fù)載的放電管施加最高效的等效的放電管電壓。在圖4中，示出對(duì)第一路徑和第二路徑的各放電管施加相位相差180°的電壓的情況下的電壓波形的例子。

在本發(fā)明中，與設(shè)置于某一方的激光氣體循環(huán)路徑的放電管連接的線圈的電感值(匝數(shù))或電容器的常數(shù)是如以往那樣以使放電管電壓最大的方式設(shè)定的，與設(shè)置于另一方的激光氣體循環(huán)路徑的放電管連接的線圈和電容器的值設(shè)定成使放電管電壓比上述的放電管電壓低規(guī)定值。在圖5中，示出對(duì)第一路徑和第二路徑的各放電管施加相位相差180°且峰值電壓不同的電壓的情況下的電壓波形的例子。在圖5所示的例子中，示出了對(duì)第二路徑r2施加的電壓的峰值電壓比對(duì)第一路徑r1施加的電壓的峰值電壓低500[v]～1000[v]的例子。

在圖6中示出表示在對(duì)第一路徑r1和第二路徑r2的各放電管施加峰值相同的電壓的情況下(圖6a)以及施加峰值不同的電壓的情況下(圖6b)從接通激光電源10起的電壓的隨時(shí)間經(jīng)過的變化的圖。如圖6a所示，在對(duì)第一路徑r1的第一放電管111和第二路徑r2的第二放電管121施加峰值相同的電壓的情況下，在從接通激光電源10起經(jīng)過時(shí)間t1之后，在第一放電管111與第二放電管121中幾乎同時(shí)開始放電。將此時(shí)的放電管電壓峰值設(shè)為vp1。另一方面，如圖6b所示，如以往那樣設(shè)定第一路徑r1的第一放電管111的放電管電壓，并使第二路徑r2的第二放電管121的放電管電壓降低規(guī)定值。這樣，第一放電管111在時(shí)刻t1′(<t1)開始放電，第二放電管121在比時(shí)刻t1′晚規(guī)定時(shí)間的時(shí)刻t2開始放電。在第二放電管121放電前，第一放電管111正在放電，因此第一放電管111的放電成為火種(日語：種火)，第二放電管121即使在沒有輔助電極的放電的情況下也能夠以比以往的電壓低的電壓開始放電。以往需要使第一放電管111與第二放電管121同時(shí)放電，但是在本發(fā)明中，為了先僅使第一放電管111放電，而以比以往的電壓低的電壓vp1′(<vp1)使第一放電管111開始放電。其結(jié)果，放電的啟動(dòng)從以往的t1提早為t1′。

作為一例，如圖5所示，在向放電管施加的最大施加電壓為4500[v]的情況下，優(yōu)選對(duì)兩個(gè)路徑的放電管施加的電壓峰值之差為500[v]～1000[v]的范圍。若單方的路徑的下降幅度超過1000[v]，則需要第一路徑與第二路徑的絕緣距離確保為更大的距離，從而存在如下?lián)鷳n：產(chǎn)生單元尺寸變大、絕緣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)變大這樣的缺點(diǎn)。另外，若使放電管施加電壓過度下降，則無法得到足夠的激光功率。在電壓差小于500[v]的情況下，與現(xiàn)有技術(shù)同樣地，無法得到本申請發(fā)明的效果，放電管電壓低的一方的路徑需要輔助電極。

在以上的說明中，例示了將連接于第一路徑r1的匹配單元的線圈和電容器的值與連接于第二路徑r2的匹配單元的線圈和電容器的值設(shè)定為不同的值的情況，但是也能夠通過在激光電源內(nèi)部設(shè)置類似的結(jié)構(gòu)的方法、改變電源內(nèi)部的輸出變壓器的匝數(shù)等，來改變第一放電管和第二放電管的施加電壓的峰值。

[實(shí)施例2]

接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器進(jìn)行說明。圖7是本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器102與實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器101的不同之處在于，僅在第一放電管111和第二放電管121中的峰值高的一方的放電管的附近具備輔助電極。實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器102的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1所涉及的氣體激光振蕩器101的結(jié)構(gòu)相同，因此省略詳細(xì)的說明。

在圖8中示出本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器中的激光電源、匹配單元、放電管以及輔助電極的結(jié)構(gòu)圖。另外，在圖9中示出本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的氣體激光振蕩器中的激光電源、匹配單元、放電管以及輔助電極的電路圖。在圖9中，與第一路徑r1連接的第一匹配單元21的第一線圈l11及第一電容器c11的值是以使施加電壓的峰值最大的方式設(shè)定的。另一方面，與第二路徑r2連接的第一匹配單元21的第二線圈l12及第二電容器c12的值是以使施加電壓的峰值比第一路徑r1中的施加電壓的峰值小規(guī)定的值的方式設(shè)定的。其結(jié)果，如圖6所示，與實(shí)施例1同樣地，第一路徑r1中的放電成為火種，從而在第二路徑r2中進(jìn)行放電。因此，在實(shí)施例2的氣體激光振蕩器中，能夠省略第二路徑r2中的輔助電極。

在以上的說明中，示出了省略第二路徑r2中的輔助電極的例子，但是也可以是，使第一路徑r1的施加電壓小于第二路徑r2中的施加電壓，由此省略第一路徑r1中的輔助電極。

根據(jù)實(shí)施例2所涉及的發(fā)明，能夠?qū)⑤o助電極的個(gè)數(shù)設(shè)為以往的一半，從而能夠?qū)崿F(xiàn)減少裝置的成本、降低泄漏故障等的風(fēng)險(xiǎn)。另外，輔助電極與放電管(主電極)是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，因此也能夠得到施加電壓低的輔助電極不需要定期更換(運(yùn)行成本降低)這樣的效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的氣體激光振蕩器，能夠提供一種相比以往而言放電的啟動(dòng)更快的氣體激光振蕩器。