气体激光振荡器的制作方法

本发明涉及一种气体激光振荡器，特别涉及一种具备辅助电极的气体激光振荡器。

背景技术：

已知一种具备能够向两个激光气体循环路径输出相位相差180度的高频电力的激光电源的气体激光振荡器(例如日本特开昭60-161687号公报。以下称为“专利文献1”。日本特开2013-247261号公报。以下称为“专利文献2”。)。这种气体激光振荡器具备用于与放电负载(放电管、辅助电极、激光气体)取得阻抗匹配(进行谐振使得放电管电压最大)的包括线圈和电容器的匹配单元。激光电源经由匹配单元而向多个放电管和辅助电极供给高频电力。

为了使放电管开始放电(主放电)，需要事先使辅助电极开始放电(辅助放电)。在以尚未开始辅助放电的状态下提高了激光电源的输出的情况下，对放电管施加过大的电压，过大的电流流过激光电源，其结果，存在放电管、激光电源损坏、或者发出警报并停止的担忧。

在专利文献1中公开了以下技术：在激光气体进行循环的放电管的上游侧具备辅助电极，在开始主放电前通过辅助放电来供给电子，由此稳定且可靠地开始主放电。然而，需要与放电管的个数对应的辅助电极，存在难以削减成本这样的问题。

在专利文献2中公开了以下技术：将贯通孔设置于放电管，增加辅助电极的个数，由此实现主放电的稳定化。然而，除了放电管自身的成本增加之外，还需要定期更换高价的放电管和辅助电极。并且，存在如下问题：激光气体从设置有辅助电极的地方(o形环)泄漏，导致因激光功率的下降、电弧放电而引起放电管的损坏等重大的泄漏故障的风险增加。

这样，在现有技术中，存在为了可靠且稳定地开始主放电而需要与放电管同等个数的辅助电极这样的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相比以往而言放电的启动更快的气体激光振荡器。

本发明的一个实施例所涉及的气体激光振荡器的特征在于，具有：多个激光气体循环路径，该多个激光气体循环路径包括第一路径和第二路径；第一放电管，其设置于第一路径；第二放电管，其设置于第二路径；激光电源，其向第一放电管供给第一高频电力，向第二放电管供给相位与第一高频电力的相位不同的第二高频电力；以及匹配单元，其包括用于与第一路径中的放电负载取得阻抗匹配的第一线圈和第一电容器、以及用于与第二路径中的放电负载取得阻抗匹配的第二线圈和第二电容器，其中，第一线圈、第一电容器、第二线圈以及第二电容器的各值是以使施加于第一放电管的电压的峰值与施加于第二放电管的电压的峰值之差处于规定范围的方式决定的。

附图说明

通过与附图相关联的以下的实施方式的说明，本发明的目的、特征以及优点会变得更加明确。在该附图中，

图1是本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器的结构图，

图2是本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器中的激光电源、匹配单元、放电管以及辅助电极的结构图，

图3是本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器中的激光电源、匹配单元、放电管以及辅助电极的电路图，

图4是对第一路径和第二路径的各放电管施加相位相差180°的电压的情况下的电压波形的例子，

图5是对第一路径和第二路径的各放电管施加相位相差180°且峰值电压不同的电压的情况下的电压波形的例子，

图6a是表示在对第一路径和第二路径的各放电管施加峰值相同的电压的情况下从接通激光电源起的电压的随时间经过的变化的图，

图6b是表示在对第一路径和第二路径的各放电管施加峰值不同的电压的情况下从接通激光电源起的电压的随时间经过的变化的图，

图7是本发明的实施例2所涉及的气体激光振荡器的结构图，

图8是本发明的实施例2所涉及的气体激光振荡器中的激光电源、匹配单元、放电管以及辅助电极的结构图，以及

图9是本发明的实施例2所涉及的气体激光振荡器中的激光电源、匹配单元、放电管以及辅助电极的电路图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明所涉及的气体激光振荡器。

[实施例1]

首先，对本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器进行说明。图1是本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器的结构图。本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器101具有多个激光气体循环路径(r1、r2)、第一放电管111、第二放电管121、激光电源10以及匹配单元20。

在图1所示的例子中，匹配单元20具备第一匹配单元21和第二匹配单元22。第一匹配单元21与第一放电管111及第二放电管121连接，第二匹配单元22与第三放电管211及第四放电管221连接。

本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器101还具备对气体激光振荡器101的动作进行控制的cnc(computernumericalcontrol：计算机数值控制装置)60、使作为激光介质的气体(激光气体)进行循环的气体循环系统200、以及介于cnc60与激光电源10之间的接口部50。在接口部50中设置有输出指令部51，该指令部51对激光电源10输出电压指令。

激光电源10经由匹配单元20内的第一匹配单元21对形成气体循环系统200的一部分的第一放电管111和第二放电管121供给电力。

气体循环系统200具有经由连结保持件81而相互连结的第一放电管111和第三放电管211、以及经由合流部82而相互连结的第二放电管121和第四放电管221，第一放电管111及第三放电管211与第二放电管121及第四放电管221并联连接。在第一放电管111的与连结保持件81相反的一侧的端部设置有第一折返镜71，该第一折返镜71为全反射镜。在第三放电管211的与连结保持件81相反的一侧的端部设置有输出镜70，该输出镜70为部分反射镜。在第二放电管121的与合流部82相反的一侧的端部设置有第二折返镜72，该第二折返镜72为全反射镜。在第四放电管221的与合流部82相反的一侧的端部设置有后镜73，该后镜73为部分反射镜。关于用于使激光放大的光谐振器的结构，并不限定于图示的例子。

多个激光气体循环路径(r1、r2)包括第一路径r1和第二路径r2。第一路径r1是沿着图1中的箭头a1、a4、c的路径，第二路径r2是沿着箭头a1、a2、a3的路径。第一放电管111设置于第一路径r1，第二放电管121设置于第二路径r2。此外，关于设置在隔着连结保持件81而与上述激光气体循环路径相反的一侧的激光气体循环路径，也可以将图1中的沿着箭头b1、b4、c的路径设为第一路径r1，将沿着箭头b1、b2、b3的路径设为第二路径。

在气体循环系统200中充满了作为激光介质的激光气体，该激光气体具有被激励而产生光的性质。气体循环系统200具有涡轮鼓风机84。涡轮鼓风机84在吸引侧经由连结保持件81或合流部82而与第一放电管～第四放电管111、121、211、221中的各放电管的一端连接，并且涡轮鼓风机84在吐出侧与各放电管的另一端连接。通过该涡轮鼓风机84，激光气体如图中的箭头a1～a4、b1～b4所示那样在气体循环系统200内循环。在涡轮鼓风机84的吸引侧和吐出侧分别设置有使激光气体冷却的第一热交换器83和第二热交换器85。第一热交换器83及第二热交换器85与供给冷却水的冷却水循环系统92连接。另外，气体循环系统200与对激光气体的压力进行控制的激光气体压力控制系统91连接。

第一放电管111及第二放电管121经由第一匹配单元21而与激光电源10内的第一激光电源单元11连接。第三放电管211及第四放电管221经由第二匹配单元22而与激光电源10内的第二激光电源单元12连接。激光电源10内的第一激光电源单元11向第一放电管111供给第一高频电力，向第二放电管121供给相位与第一高频电力的相位不同的第二高频电力。同样地，激光电源10内的第二激光电源单元12向第三放电管211供给第一高频电力，向第四放电管221供给相位与第一高频电力的相位不同的第二高频电力。

在图2中示出本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器中的激光电源、匹配单元、放电管以及辅助电极的结构图。设置于第一路径r1的第一放电管也可以如图2中示为111、112、113、……的那样连接有多个。同样地，设置于第二路径r2的第二放电管也可以如图2中示为121、122、123、……的那样连接有多个。另外，在第一放电管111、112、113、……的附近分别形成有第一辅助电极311、312、313、……。同样地，在第二放电管121、122、123、……的附近分别形成有第二辅助电极321、322、323、……。此外，如图1所示，在设置在隔着连结保持件81而与第一放电管及第二放电管相反的一侧的第三放电管211及第四放电管221的附近，分别设置有第三辅助电极411和第四辅助电极421。

在图3中示出本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器中的激光电源、匹配单元、放电管以及辅助电极的电路图。匹配单元20内的第一匹配单元21包括用于与第一路径r1中的放电负载(气体组成、气体压力、放电管)取得阻抗匹配(谐振)的第一线圈l11和第一电容器c11、以及用于与第二路径r2中的放电负载取得阻抗匹配的第二线圈l12和第二电容器c12。此外，第一电容器c11与第二电容器c12在节点p处连接，节点p接地。

cnc60具有未图示的cpu、ram、rom等硬件结构，执行各种运算处理，并且按照预先决定的动作程序来输出对气体激光振荡器101进行控制的控制指令。

向设置于第一路径r1的第一放电管111施加的施加电压的频率与向设置于第二路径r2的第二放电管121施加的施加电压的频率相同。与气体激光振荡器101所需要的激光功率相对应地设定气体组成、气体压力。

本发明的实施例1所涉及的气体激光振荡器的特征在于，第一线圈l11、第一电容器c11、第二线圈l12以及第二电容器c12的各值是以使施加于第一放电管111的电压的峰值与施加于第二放电管121的电压的峰值之差处于规定范围的方式决定的。如果将根据第一线圈l11和第一电容器c11计算出的阻抗设为z1、将根据第二线圈l12和第二电容器c12计算出的阻抗设为z2，则z1≠z2。另外，使阻抗为零的谐振频率f能够利用来计算，但是很难计算放电管、激光气体的常数，因此优选通过测定来求出放电管、激光气体的常数。

现有技术中采用如下的设定：针对被施加的电压的相位相差180度的两个激光气体循环路径，以等效的常数构成匹配单元，对作为各个负载的放电管施加最高效的等效的放电管电压。在图4中，示出对第一路径和第二路径的各放电管施加相位相差180°的电压的情况下的电压波形的例子。

在本发明中，与设置于某一方的激光气体循环路径的放电管连接的线圈的电感值(匝数)或电容器的常数是如以往那样以使放电管电压最大的方式设定的，与设置于另一方的激光气体循环路径的放电管连接的线圈和电容器的值设定成使放电管电压比上述的放电管电压低规定值。在图5中，示出对第一路径和第二路径的各放电管施加相位相差180°且峰值电压不同的电压的情况下的电压波形的例子。在图5所示的例子中，示出了对第二路径r2施加的电压的峰值电压比对第一路径r1施加的电压的峰值电压低500[v]～1000[v]的例子。

在图6中示出表示在对第一路径r1和第二路径r2的各放电管施加峰值相同的电压的情况下(图6a)以及施加峰值不同的电压的情况下(图6b)从接通激光电源10起的电压的随时间经过的变化的图。如图6a所示，在对第一路径r1的第一放电管111和第二路径r2的第二放电管121施加峰值相同的电压的情况下，在从接通激光电源10起经过时间t1之后，在第一放电管111与第二放电管121中几乎同时开始放电。将此时的放电管电压峰值设为vp1。另一方面，如图6b所示，如以往那样设定第一路径r1的第一放电管111的放电管电压，并使第二路径r2的第二放电管121的放电管电压降低规定值。这样，第一放电管111在时刻t1′(<t1)开始放电，第二放电管121在比时刻t1′晚规定时间的时刻t2开始放电。在第二放电管121放电前，第一放电管111正在放电，因此第一放电管111的放电成为火种(日语：種火)，第二放电管121即使在没有辅助电极的放电的情况下也能够以比以往的电压低的电压开始放电。以往需要使第一放电管111与第二放电管121同时放电，但是在本发明中，为了先仅使第一放电管111放电，而以比以往的电压低的电压vp1′(<vp1)使第一放电管111开始放电。其结果，放电的启动从以往的t1提早为t1′。

作为一例，如图5所示，在向放电管施加的最大施加电压为4500[v]的情况下，优选对两个路径的放电管施加的电压峰值之差为500[v]～1000[v]的范围。若单方的路径的下降幅度超过1000[v]，则需要第一路径与第二路径的绝缘距离确保为更大的距离，从而存在如下担忧：产生单元尺寸变大、绝缘击穿的风险变大这样的缺点。另外，若使放电管施加电压过度下降，则无法得到足够的激光功率。在电压差小于500[v]的情况下，与现有技术同样地，无法得到本申请发明的效果，放电管电压低的一方的路径需要辅助电极。

在以上的说明中，例示了将连接于第一路径r1的匹配单元的线圈和电容器的值与连接于第二路径r2的匹配单元的线圈和电容器的值设定为不同的值的情况，但是也能够通过在激光电源内部设置类似的结构的方法、改变电源内部的输出变压器的匝数等，来改变第一放电管和第二放电管的施加电压的峰值。

[实施例2]

接着，对本发明的实施例2所涉及的气体激光振荡器进行说明。图7是本发明的实施例2所涉及的气体激光振荡器的结构图。本发明的实施例2所涉及的气体激光振荡器102与实施例1所涉及的气体激光振荡器101的不同之处在于，仅在第一放电管111和第二放电管121中的峰值高的一方的放电管的附近具备辅助电极。实施例2所涉及的气体激光振荡器102的其它结构与实施例1所涉及的气体激光振荡器101的结构相同，因此省略详细的说明。

在图8中示出本发明的实施例2所涉及的气体激光振荡器中的激光电源、匹配单元、放电管以及辅助电极的结构图。另外，在图9中示出本发明的实施例2所涉及的气体激光振荡器中的激光电源、匹配单元、放电管以及辅助电极的电路图。在图9中，与第一路径r1连接的第一匹配单元21的第一线圈l11及第一电容器c11的值是以使施加电压的峰值最大的方式设定的。另一方面，与第二路径r2连接的第一匹配单元21的第二线圈l12及第二电容器c12的值是以使施加电压的峰值比第一路径r1中的施加电压的峰值小规定的值的方式设定的。其结果，如图6所示，与实施例1同样地，第一路径r1中的放电成为火种，从而在第二路径r2中进行放电。因此，在实施例2的气体激光振荡器中，能够省略第二路径r2中的辅助电极。

在以上的说明中，示出了省略第二路径r2中的辅助电极的例子，但是也可以是，使第一路径r1的施加电压小于第二路径r2中的施加电压，由此省略第一路径r1中的辅助电极。

根据实施例2所涉及的发明，能够将辅助电极的个数设为以往的一半，从而能够实现减少装置的成本、降低泄漏故障等的风险。另外，辅助电极与放电管(主电极)是独立的结构，因此也能够得到施加电压低的辅助电极不需要定期更换(运行成本降低)这样的效果。

根据本发明的实施例所涉及的气体激光振荡器，能够提供一种相比以往而言放电的启动更快的气体激光振荡器。