放電激發型脈沖激光裝置的制作方法

專利名稱：放電激發型脈沖激光裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及諸如準分子激光器之類的放電激發型脈沖激光裝置，尤其涉及一種專用于該類放電激發型脈沖激光裝置的脈沖發生電路。
為了全面地理解本發明，首先較詳細地評價本發明的背景或相關技術。

圖17是一個電路圖，它表示迄今為止已知的傳統準分子激光裝置的一個脈沖發生電路，這種電路在例如1985年11月1日出版的“OPTICS COMMUNICATIONS”第56卷第1期第51頁上已作了披露。
參見該圖，在以氣密性灌注了激光器氣體(例如XeCl氣體)的激光器腔室1里面，容納了具有外突放電曲面的第一主放電電極2；與第一主放電電極2相對設置的第二主放電電極3，該電極3由金屬網形成，以呈現一個向電極2突出的曲面；以及一個輔助放電電極(作為一個預電離電極)4，從第一主放電電極2來看，該電極4設置在第二主放電電極3的背面。輔助放電電極4的背面涂覆一絕緣件5。
充電端6經由充電電阻器7連接到開關裝置8的一個電極，該開關裝置8例如由火花隙開關構成，其另一個電極連接到第二主放電電極3并接地電位。
另外，第一充電電容器9a和9b分別串聯連接到相關的電抗器10a和10b，并插入在上述開關裝置8的另一個電極與第一主放電電極2之間，其中，串聯連接的第一充電電容器9a和電抗器10a與串聯連接的第一充電電容器9b和電抗器10b并聯連接。另一方面，第二充電電容器11a和11b分別連接在第二主放電極3與前述第一充電電容器9a和9b與電抗器10a和10b之間相連接的接點之間。此外，第二充電電容器12連接在開關裝置8的另一個電極與輔助放電電極4之間，而峰化電容器13則連接在第一和第二主放電電極2與3之間。兩者，作為第一充電電路元件的電阻器14并聯連接到位于第一和第二主放電電極2與3之間的峰化電容器13。另外，用作第二充電電路元件的電阻器15插接在第二主放電電極3與輔助放電電極4之間，電阻器14和15共同構成一個充電電路。
現在將參照圖18和19的波形圖，直接描述上述結構的準分子激光裝置的脈沖發生電路的工作原理。首先，將直流電壓由電源(未圖示)加到充電端6，由此經由充電電阻器7向電容器9a、9b、11a、11b和12充電。由于電阻器14和15插接在第一和第二充電電極2與3之間，上述電容器9a、9b、11a、11b和12的每一個都被施加一個足夠高的電壓，以對這些電容器完全充電。
在這一點上，注意由火花隙開關裝置8、電抗器10a和10b以及電容器9a、9b、11a和11b共同構成一個迄今為眾所周知的LC逆變器電路。因此，當完成了對電容器9a、9b、11a和11b的充電而在開關裝置8的火花隙中產生放電時，位于電容器9a、9b、11a和11b兩端的諸電壓相互重疊，如圖18中的波形1所示，結果，有一個脈沖狀高壓加在第一和第二主放電電極2與3之間。此外，與開關裝置8閉合的同時，第二充電電容器12也放電。結果，一個脈沖狀波形電壓(諸如圖18中波形2所示的那樣)被施加在第二主放電電極3與輔助放電電極4之間。
響應于上述脈沖狀電壓的產生，在第二主放電電極3與輔助放電電極4之間首先產生電暈放電16。結果，通過網狀結構的第二主放電電極3，由電暈放電16產生的紫外線輻照在第一和第二主放電電極2與3之間所限定的空間，由此，實現了上述電極之間空間的預電離。順便說一下，絕緣件5用以防止電暈放電16轉變為弧光放電。
隨著加在第一和第二主放電電極2與3兩端的脈沖狀電壓之峰值的增高，由于在上述電極間空間產生的預電離所形成的電子之間的碰撞而產生電離作用。結果，在第一和第二主放電電極2與3之間產生了主放電17，由此觸發激光器振蕩。采用此種結構，由于所謂的電容性躍遷，峰化電容器13起到了提高加在第一和第二主放電電極2與3之間的電壓峰值的作用。
眾所周知，當加在第二主放電電極3與輔助放電電極4之間的脈沖狀電壓以高速率升高時，促進了電暈放電16而形成的預電離作用，由此提高了主放電17的均勻度，這有助于增大激光輸出功率。在這方面，尤其可以參考例如1983年10月出版的“J.Appln.Phys”第54(10)期第5672—5675頁上發表的文章。采用此種結構，注意電路中加到輔助放電電極4上的脈沖狀電壓的估計率在很大程度上取決于雜散電感分量和電阻分量。尤其是，流經主放電17電路的一定比例的電流可以流入分布于開關裝置8兩端的雜散電感分量和電阻分量，其造成的電壓降將涉及到電暈放電16電路中的電壓上升過程中的延遲。
因此，當主放電17電路之電流通過增大電抗器10a和10b的容量(capacity)而受到抑制時，電暈放電16之電路中的電壓上升將伴隨產生一個相應的時滯(參見圖18所示的波形2)。
從以上所述可見，采用上述傳統放電激發型脈沖激光裝置的結構，當通過增大電抗器10a和10b的容量而使在電暈放電影響下加速預電離時，主放電17電路中電壓脈沖的升高將伴隨產生一個時滯或延遲，從圖18中所示的波形1可見。因而，取決于主放電電壓(V)—時間(t)特性曲線的主放電起始電壓(點火電位)VB變低，并導致注入能量的相應減少，使其難以或不可能增大激光輸出功率。
根據上述現有技術狀態，本發明的目的在于提供一種放電激發型脈沖激光裝置，通過加速提升輔助放電電極與第二主放電電極兩端所加電壓，不用降低兩個主放電電極之間的放電起始電壓(點火電位)即可增大其輸出功率。
隨著以下進一步的描述，本發明的上述和其它目的將變得更加明顯。根據本發明的第一方面，提供一種放電激發型脈沖激光裝置，它包括相互相對設置的一對第一和第二主放電電極，用以在其間產生主放電；設置在第二主放電電極附近的輔助放電電極，用以在第二主放電極電與輔助放電電極之間產生電暈放電；連接到第一和第二主放電電極的第一脈沖發生電路，用以施加一個脈沖狀電壓，在第一和第二主放電電極之間產生主放電；連接到第二主放電電極和輔助放電電極的第二脈沖發生電路，用以施加一個脈沖狀電壓，在第二主放電電極與輔助放電電極之間產生電暈放電；一開關裝置，用以控制由第一脈沖發生電路加到第一和第二主放電電極之電壓以及由第二脈沖發生電路加到第二主放電電極和輔助放電電極之電壓的施加和中斷；連接在開關裝置與第一脈沖發生電路之間的第一可飽和電抗器；以及連接在開關裝置與第二脈沖發生電路之間的第二可飽和電抗器。
在上述結構的放電激發型脈沖激光裝置中，在插接在開關裝置與第一脈沖發生電路之間的第一可飽和電抗器中斷第一脈沖發生電路的輸出，而插接在開關裝置與第二脈沖發生電路之間的第二可飽和電抗器中斷第二脈沖發生電路的輸出這一段時間內，開關裝置閉合而處于全導通狀態。結果，存在于開關裝置兩端和其它部分的雜散電感和電阻分量將減至最小。其次，第二可飽和電抗器變成磁飽和其電感非線性急劇減少，由此允許第二脈沖發生電路輸出的電壓上升。在該時刻，在開關裝置的雜散電感和電阻分量為最小的情況下，第一可飽和電抗器繼續維持在一個較大的電感值。因此，可以急劇地升高由第二脈沖發生電路輸出的脈沖狀電壓。之后，第一可飽和電抗器處于磁飽和其電感量非線性減少，由此允許第一脈沖發生電路輸出的脈沖狀電壓上升。這樣，用于電暈放電和主放電兩者的電壓上升的陡峭度可以分別呈現較大的值，由此加速了預電離而使主放電更為均勻。注入主放電的能量同樣可以增加。從總的效果上來看，激光輸出功率以及激光振蕩效率可以大大改善或提高。
根據本發明的第二方面，提供一種放電激光型脈沖激光裝置，它包括相互相對設置的一對第一和第二主放電電極，用以在兩者之間產生主放電；設置在第二主放電電極附近的輔助放電電極，用以在第二主放電電極與輔助放電電極之間產生電暈放電；連接到第一和第二主放電電極的第一脈沖發生電路，用以施加一個脈沖狀電壓，在第一與第二主放電電極之間產生主放電；連接到第二主放電電極和輔助放電電極的第二脈沖發生電路，用以施加一個脈沖狀電壓，在第二主放電電極與輔助放電電極之間產生電暈放電；一開關裝置，用以控制由第一脈沖發生電路加到第一和第二主放電電極的電壓以及由第二脈沖發生電路加到第二主放電電極和輔助放電電極的電壓的施加和中斷；插接在開關裝置與第一和第二脈沖發生電路之間的可飽和變壓器，其初級繞組連接在開關裝置與第一脈沖發生電路之間，其次級繞組連接到第二脈沖發生電路。
在上述結構的放電激發型脈沖激光裝置中，插接在開關裝置與第一脈沖發生電路之間的可飽和變壓器在開關裝置閉合時關斷第一脈沖發生電路，由此允許第二脈沖發生電路產生陡峭上升的脈沖狀電壓。當開關裝置呈現全導通狀態時，存在于開關裝置端電極和其它部分的雜散電感和電阻分量減至最小。接著，可飽和變壓器變成磁飽和其電感呈非線性下降，結果，第一脈沖發生電路的脈沖狀電壓可以陡峭地上升。這樣，為電暈放電和主放電兩者設計的電壓上升之陡峭度分別可以呈現較大的值，由此加速了預電離而使主放電更均勻。注入主放電的能量也可以增大。激光輸出功率以及激光振蕩效率可以明顯提高和改善。
在實現本發明的一個較佳模式中，第一脈沖發生電路可以包括用于主放電的第一充電電容器，它串聯連接在第一主放電電極與第一可飽和電抗器之間；一并聯連接的第一充電電路元件和峰化電容器，連接在第一主放電電極與第二主放電電極之間。第二脈沖發生電路包括連接在輔助放電電極與第二可飽和電抗器之間的第二充電電容器。此外，第二充電電路元件插接在第二主放電電極與輔助放電電極之間。第一和第二充電電容器首先在開關裝置斷開時充電，然后隨著開關裝置的閉合減小第二可飽和電抗器的電感量，由此允許加在輔助放電電極與第二主放電電極兩端的電壓上升，使在輔助放電電極與第二主放電電極之間產生電暈放電，由此在位于第一主放電電極與第二主放電電極之間的空間實現預電離。接下來，開關裝置完全閉合，允許第一可飽和電抗器的電感量減小，使主放電可以在第一主放電電極與第二主放電電極之間發生。
采用上述設計，當對第一和第二充電電容器充電(此時開關裝置為斷開)之后閉合開關裝置時，第二可飽和電抗器的電感量首先減小，使出現在輔助放電電極與第二主放電電極兩端的電壓上升，由此產生的電暈放電用于在第一主放電電極和第二主放電電極之間的空間進行預電離。接下來，當開關裝置全閉合(全導通)時，第一可飽和電抗器的電感量減小，使主放電在第一主放電電極與第二主放電電極之間產生。這樣，用于電暈放電和主放電兩者之電壓上升陡度可以分別呈現較大的值，由此，可以加速預電離，使主放電更為均勻。注入主放電的能量也可以增加。總體上，激光輸出功率以及激光振蕩效率可以明顯改善或提高。
在實現本發明的另一種較佳模式中，第二脈沖發生電路可以包括串聯插接在第二可飽和電抗器與輔助放電電極之間的第二充電電容器，連接在輔助放電電極與串聯連接之第二可飽和電抗器和第二充電電容器之間的第三可飽和電抗器，插接在輔助放電電極與第二主放電電極之間的第三充電電路元件，以及并聯連接的第一電荷轉移電容器和第二充電電路元件。該第一電荷轉移電容器的一端連接至位于串聯連接的第二可飽和電抗器和第二充電電容器與第三可飽和電抗器之間的結點，其另一端連接到第二主放電電極。
根據上述放電激發型脈沖激光裝置的設計，第一和第二可飽和電抗器分別具有較高的初始電感量，故電路動作直至開關裝置呈現全導通狀態之前一直是被禁止的，所以在開關裝置兩端和其它部分存在的雜散電感和電阻分量變為最小。之后，第二可飽和電抗器呈磁飽和其電感非線性降低，允許電荷轉移到第一電荷轉移電容器。此時，開關裝置的雜散電感和電阻分量處于最小，第一可飽和電抗器繼續保持較大的電感值。這樣，第一電荷轉移電容器的脈沖狀電壓陡峭地上升。之后，第一可飽和電抗器磁飽和其電感非線性降低。因此，第一主放電電極與第二主放電之間的電壓上升將幾乎不會伴隨產生任何明顯的時間延遲。同時，第三可飽和電抗器磁飽和其電感非線性減小，由此使第一電荷轉移電容器的電壓加到輔助放電電極。由此該電路環路的電感量要比由開關裝置、第二充電電容器、第二可飽和電抗器和第一電荷轉移電容器構成的環路的電感量更小，故使加到輔助放電電極的電壓陡峭上升，由此使出現在輔助放電電極和第二主放電電極兩端的脈沖狀電壓的上升變得更加陡峭。
在實現本發明的另一個較佳模式中，多個可飽和電抗器可以串聯連接在第三可飽和電抗器與輔助放電電極之間。與多個可飽和電抗器相同數量的電荷轉移電容器可以分別連接在第二主放電電極與第三可飽和電抗器和多個可飽和電抗器之一的結點以及多個可飽和電抗器的結點之間。
根據上述放電激光型脈沖激光裝置的設計，第一和第二可飽和電抗器分別呈現較高的初始電感量，故電路動作直至開關裝置呈現全導通狀態之前一直是被禁止的，其中在開關裝置兩端存在的雜散電感和電阻分量變為最小。之后，第二可飽和電抗器磁飽和其電感非線性減小，由此允許電荷轉移到第一電荷轉移電容器。然而，此時第一可飽和電抗器的電感量仍保持較大的值，而開關裝置的雜散電感和電阻分量為最小。這樣，第一電荷轉移電容器的脈沖狀電壓陡峭上升。之后，第一可飽和電抗器磁飽和其電感非線性降低。因此，第一主放電電極與第二主放電電極之間的電壓上升將幾乎不伴隨產生任何明顯的時延。
再者，第三可飽和電抗器磁飽和其電感非線性陡峭降低，結果，第一電荷轉移電容器的電極電荷轉移到第二電荷轉移電容器。由于該電路環路相對于由開關裝置、第二充電電容器、第二可飽和電抗器和第一電荷轉移電容器構成的環路其電感量更低，故電荷以高速率完成向第二電荷轉移電容器的轉移，導致脈沖狀電壓更為陡峭的上升。由于上述動作是通過多個可飽和電抗器和相應數量的電荷轉移電容器順序完成的，電壓上升的陡峭度進一步增高，由此，輔助放電電極與第二主放電電極之間脈沖狀電壓的上升時間可以基本上同第一與第二主放電電極之間脈沖狀電壓的上升時間相一致。這樣，在電暈放電條件下由預電離產生的電子的數量減少到任何明顯程度之前，第一與第二主放電電極之間的電壓可以提升。采用這種方式，可以更好、更有利地利用預電離的效果。
在實現本發明的再一個較佳模式中，第一脈沖發生電路可以包括串聯連接在第一主放電電極與可飽和變壓器初級繞組之間的第一充電電容器，以及并聯連接在第一主放電電極與第二主放電電極之間的第一充電電路元件和峰化電容器。第二脈沖發生電路包括插接在輔助放電電極與可飽和變壓器之間的連接導體。在開關裝置處于斷開狀態向第一充電電容器充電以后，開關裝置閉合，允許在輔助放電電極與第二主放電電極之間首先產生電暈放電，由此在第一與第二主放電電極之間存在的空間內產生預電離。之后，開關裝置完全閉合，允許可飽和變壓器的電感量減少，故主放電可以在第一與第二主放電電極之間產生。
采用上述放電激發型脈沖激光裝置的設計，可飽和變壓器在初始狀態呈現高的電感量。在開關裝置閉合時，相應于開關裝置的動作，在可飽和變壓器的次級繞組中感應出陡峭上升的電壓。然而，此時可飽和變壓器仍然處于不飽和狀態，呈現一個較大的電感量。因此，在脈沖狀電壓上升之后，可飽和變壓器磁飽和其電感陡峭降低，由此允許脈沖狀電壓在第一與第二主放電電極之間上升。如上所述，由于可飽和變壓器的電感量減少，該電壓上升將幾乎不產生任何明顯的時延。
根據本發明的第三個方面，提供一種放電激發型脈沖激光裝置，它包括相互相對設置的一對第一和第二主放電電極，用以在其間產生主放電；設置在第二主放電電極附近的輔助放電電極，用以在第二主放電電極與輔助放電電極之間產生電暈放電；連接至第一和第二主放電電極的第一脈沖發生電路，用以對第一與第二主放電電極之間的主放電提供脈沖狀電壓；連接至第二主放電電極和輔助放電電極的第二脈沖發生電路，用以對第二主放電電極與輔助放電電極之間產生的電暈放電提供脈沖狀電壓；開關脈沖發生裝置，用以控制由第一脈沖發生電路加到第一和第二主放電電極之電壓以及由第二脈沖發生電路加到第二主放電電極和輔助放電電極之電壓的施加和中斷；連接在開關脈沖發生裝置與第一和第二脈沖發生電路之間的可飽和變壓器；以及跨接在開關脈沖發生裝置兩端的第一充電電容器。
在上述結構的放電電極型脈沖激光裝置中，將電路設計成使可飽和變壓器起初呈現較大的電感量。這樣，在由開關脈沖發生裝置產生的脈沖狀電壓向第一充電電容器充電的同時，在可飽和變壓器的次級繞組中感應一個電壓而觸發第二脈沖發生電路的動作。結果，在第二脈沖發生電路和可飽和變壓器的次級繞組中形成以極高速率相應于開關時間的電壓。因此，在脈沖狀電壓上升之后，可飽和變壓器磁飽和其電感非線性降低，由此允許脈沖狀電壓在第一與第二主放電電極之間上升。如上所述，由于可飽和變壓器的電感量降低，該電壓上升將幾乎不會遭受任何明顯的時延。
在實現本發明的另一個較佳模式中，第一脈沖發生電路可以包括一個峰化電容器，其一端連接到位于可飽和變壓器初級繞組與第一主放電電極之間的結點上，另一端連接到位于開關脈沖發生裝置與第二主放電電極之間的結點上。第二脈沖發生電路包括連接在可飽和變壓器次級繞組兩端之間的第二充電電容器，以及連接在可飽和變壓器次級繞組與輔助放電電極之間的可飽和電抗器。該裝置進一步包括連接在第二主放電電極與輔助放電電極之間的充電電路元件。在響應于由開關脈沖發生裝置施加的開關脈沖狀電壓，通過第一充電電容器和可飽和變壓器向第二充電電容器充電之后，可飽和變壓器的電感量和可飽和電抗器的電感量可以降低，以允許電壓在輔助放電電極與第二主放電電極之間上升，同時允許電壓在第一主放電電極與第二主放電電極之間上升。
在上述結構的放電電極型脈沖激光裝置中，可飽和變壓器和可飽和電抗器二者均呈磁飽和而使其電感減小，由此允許僅在通過第一充電電容器和可飽和變壓器，利用由脈沖發生裝置施加的脈沖狀電壓向第二充電電容器充電之后，才將電壓由第二充電電容器施加至輔助放電電極。采用此結構，上述電路環路可以設計具有低電感。因此，施加到輔助放電電極的電壓可以陡峭地上升，這也意味著脈沖狀電壓可以在輔助放電電極與第二主放電電極之間更為陡峭地上升。
在實現本發明的另一個較佳模式中，第二脈沖發生電路可以進一步包括串聯連接在第二充電電容器與輔助放電電極之間的延遲電路，用以使施加在輔助放電電極與第二主放電電極兩端之脈沖狀電壓的上升時間與施加在第一和第二主放電電極兩端之脈沖狀電壓的上升時間大體上相符。
通過如上所述在第二充電電容器與輔助放電電極之間提供延遲電路，可以因第二可飽和電抗器的飽和而把已上升的電壓保持至該電壓在第一與第二主放電電極之間上升的那一時刻。這就意味著，加到第一和第二主放電電極兩端的電壓可以在通過電暈放電因預電離產生的電子量減少到任何相當程度之前就上升。這樣，預電離的效果可以大大提高。
在實現本發明的另一個較佳模式中，第二脈沖發生電路可以進一步包括串聯連接在第三可飽和電抗器與輔助放電電極之間的一個延遲電路，用以使施加在輔助放電電極和第二主放電電極兩端之脈沖狀電壓的上升時間與施加在第一和第二主放電電極兩端之脈沖狀電壓的上升時間大體上相符。
通過如上所述在第三可飽和電抗器與輔助放電電極之間提供延遲電路，可以把因第三可飽和電抗器的飽和而已上升的電壓保持至電壓在第一主放電電極與第二主放電電極之間上升的那一時刻。這意味著施加在第一和第二主放電電極兩端的電壓可以在通過電暈放電因預電離產生的電子量降低到任何相當程度之前就上升。這樣，預電離的效果可以大大提高。
在實現本發明的再一個較佳模式中，第一脈沖發生電路可以包括串聯連接在第一主放電電極與可飽和變壓器初級繞組之間的第一充電電容器，以及連接在第一與第二主放電電極之間的第一充電電路元件。第二脈沖發生電路包括串聯連接在輔助放電電極與可飽和變壓器次級繞組之間的延遲電路，用以使施加在輔助放電電極與第二主放電電極兩端之脈沖狀電壓的上升時間與施加在第一與第二主放電電極兩端之脈沖狀電壓的上升時間大體上相符。
通過如上所述在可飽和變壓器的次級繞組與輔助放電電極之間提供延遲電路，可以把因可飽和變壓器的飽和而已上升的電壓保持至電壓在第一與第二主放電電極之間上升的那一時刻。這意味著，加在第一與第二主放電極兩端的電壓可以在通過電暈放電因預電離產生的電子量減少到任何相當程度之前就上升。這樣，預電離的效果可以大大提高。
通過以下結合附圖對幾個較佳實施例的描述，本發明的上述和其它目的、特征以及附帶的優點將會變得更為清楚。
在以下描述過程中將參照附圖來進行。
圖1是一個電路圖，它示意性地表示根據本發明的第一個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的總體設計；圖2是一個電壓波形圖，用以說明圖1和圖5所示放電激發型脈沖激光裝置的工作原理；圖3是一個電路圖，它表示根據本發明的第二個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的總體設計；圖4是一個電壓波形圖，用以說明圖3和圖10所示放電激發型脈沖激光裝置的工作原理；圖5是一個電路圖，它表示根據本發明的第三個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造；圖6是一個電路圖，它表示根據本發明的第四個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造；圖7是一個電壓波形圖，用以說明圖6所示放電激發型脈沖激光裝置的工作原理；圖8是一個電路圖，它表示根據本發明的第五個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造；圖9是一個電壓波形圖，用以說明圖8所示放電激發型脈沖激光裝置的工作原理；
圖10是一個電路圖，它表示根據本發明的第六個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造；圖11是一個電路圖，它示意性地表示根據本發明的第七個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造；圖12是一個電路圖，它表示根據本發明的第八個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造；圖13是一個電壓波形圖，用以說明圖12、圖14和圖15所示放電激發型脈沖激光裝置的工作原理；圖14是一個電路圖，它表示根據本發明的第九個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造；圖15是一個電路圖，它表示根據本發明的第十個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造；圖16是一個俯視圖，它表示根據本發明的另一個實施例的一個電極結構；圖17是一個電路圖，它表示迄今已知的一個傳統的放電激發型脈沖激光裝置；圖18是一個波形圖，用以說明圖17所示裝置的工作原理；圖19是另一個波形圖，用以說明圖17所示傳統的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。
現在將結合圖1至圖16所示目前認為為較佳的實施例對本發明進行詳細的描述，其中與上述參照圖17所示相同或等同的部分或元件用相同的標號表示，將省略對其的重復描述。
實施例1圖1是一個電路圖，它一般表示根據本發明的第一個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造，圖2是一個電壓波形圖，用以說明該實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理，順便說一下，圖2也將用以描述本發明的第三個實施例。
參見圖1，根據本實施例的放電激發型脈沖激光裝置除了前面參照圖17描述的傳統的放電激發型脈沖激光裝置的元件以外，它還包括充電電抗器18，第一可飽和電抗器19，用作第一脈沖發生電路的第一四端口脈沖發生電路22，以及用作第二脈沖發生電路的第二四端口脈沖發生電路23。
充電電抗器18的一端連接到充電端口6，而其另一端連接到第一和第二可飽和電抗器19和21相互連接的一個結點上。
第一可飽和電抗器19的一端連接到第一四端口脈沖發生電路22的第一端口A，其另一端連接到開關裝置8的一端，該開關裝置8可以由具有火花隙的放電型開關構成，使放電在火花隙中產生以實現開關動作。開關裝置8的另一端連接到第一四端口脈沖發生電路22的第二端口B以及第二四端口脈沖發生電路23的第二端口B。
另一方面，第二可飽和電抗器21的一端連接到第二四端口脈沖發生電路23的第一端口A，而其另一端則連接到開關裝置8的一端。
第一四端口脈沖發生電路22具有第三端口C第四端口D，它們分別連接到第一和第二主放電電極2和3，而第二四端口脈沖發生電路23的第三端口C和第四端口D分別連接到第二主放電電極3和輔助放電電極4。
接下來將參照圖2所示波形圖描述放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。
現在假設在時刻t(＝0)，在開關裝置8的火花隙中產生放電，流經第一和第二可飽和電抗器19和21之電流的方向相對于充電期間流經這些電抗器之電流的方向相反。因此，電抗器18和21的鐵芯分別呈現不飽和狀態。這樣，如前面參照圖18結合傳統裝置所述，第一和第二可飽和電抗器19和21現在可以作為各自具有大容量的電抗器使用，結果，第一四端口脈沖發生電路22以及第二四端口脈沖發生電路23的動作受到了抑制。與此同時，開關裝置8的火花隙呈現全導通狀態(即全閉合狀態)，其雜散電感和電阻分量被抑制得最小。
在時刻t(＝Ts2)，第二可飽和電抗器21的鐵芯呈全飽和，結果，可飽和電抗器21的電感呈非線性陡峭減小。然而，在該時刻(即t(＝Ts2))，第一可飽和電抗器19的電感仍保持較大值。因此，如上所述，由于開關裝置8的火花隙之雜散電感和電阻分量分別被抑制到最小值，因而第二四端口脈沖發生電路23輸出的電壓可以以高速度或高比例上升。
繼續參照圖2，當在時刻t(＝Tsl)，第一可飽和電抗器19的鐵芯在放電過程中變成飽和時，第一可飽和電抗器19的電感量呈非線性陡峭地下降。從圖2所示波形1可見，施加在第一與第二主放電電極2和3兩端的脈沖狀電壓的上升速率取決于陡峭下降的電感量。換句話說，施加在第一與第二主放電電極2和3之間的脈沖狀電壓以高速率上升，如同圖17所示傳統放電激發型脈沖激光裝置的情況那樣。因此，放電起始電壓(點火電位)VB變高，由此增加了注入主放電17的能量。這樣就可成功地解決前述傳統放電激發型脈沖激光裝置所碰到的問題。
實施例2接下來參照圖3所示的電路圖描述根據本發明第二個實施例的一種放電激發型脈沖激光裝置，其中與圖1和圖17中所用相同的標號表示相同或等同的部分。根據本實施例的放電激發型脈沖激光裝置，其與上述第一個實施例所述裝置的區別在于，用一個可飽和變壓器24替換了第一和第二可飽和電抗器19和21，其中，可飽和變壓器初級繞組的一端連接到第一四端口脈沖發生電路22的第一端口A，其另一端連接到充電電抗器18的一端。另一方面，可飽和變壓器24的次級繞組的兩端分別連接到第二四端口脈沖發生電路23的第一和第二端口A和B。
現在參照圖4所示的波形圖描述根據本發明該實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。
假定在時刻t(＝0)，在開關裝置8的火花隙中產生放電。然后，在可飽和變壓器24的次級繞組中感應一個電壓，使第二四端口脈沖發生電路23為預電離進行充電動作。然而，此時第一四端口脈沖發生電路22的動作被禁止，直至可飽和變壓器24的鐵芯已經達到磁飽和狀態。與此同時，開關裝置8的火花隙呈現全導通狀態(即換句話說，開關裝置8處于全閉合)，這本身也意味著，開關裝置8的雜散電感和電阻分量變為最小。
接下來參見圖2，當可飽和變壓器24的鐵芯在時刻t(＝Ts1)放電過程中呈現磁飽和狀態時，可飽和變壓器24的電感量呈非線性陡峭地降低。如前所述，呈現在第一與第二主放電電極2和3兩端之間的脈沖狀電壓的上升速率取決于變壓器24的電感量陡峭降低。換句話說，第一與第二主放電電極2和3之間的脈沖狀電壓，如前面參照圖18結合傳統放電激發型脈沖激光裝置所述那樣，以高速率上升。因此，放電起始電壓(點火電位)VB變高，由此使注入主放電17的能量增大。
此時，應當說明，在根據本發明第一和第二個實施例的放電激發型脈沖激光裝置中，第一四端口脈沖發生電路22可以用任何合適的電路結構實現，只要它能在第二主放電電極3與輔助放電電極4兩端之間施加一個預定的脈沖狀放電電壓即可。同樣，第二四端口脈沖發生電路23也可以由具有任何合適結構的電路構成，只要可以在輔助放電電極4與第二主放電電極3之間施加一個預定電暈放電的觸發脈沖狀電壓即可。
實施例3圖5是一個電路圖，它表示本發明的第三個實施例，其中分別優選了第一和第二四端口脈沖發生電路22和23，該電路可以應用于圖1所示的放電激發型脈沖激光裝置。圖5中，與圖1和圖17所示相同或等同的部分用相同的參照號表示，故這部分不再重復描述。
尤其是，在圖5所示的第一四端口脈沖發生電路22中，第一充電電容器9連接到第一四端口脈沖發生電路22的第一端口A和第三端口C，其中，充電電抗器14a和峰化電容器13相互并聯連接，并插接在互連第一充電電容器9和第三端口C的連接導線與互連第二端口B和第四端口D的連接導線之間。在根據本發明的放電激發型脈沖激光裝置中，充電電抗器14a和峰化電容器13共同構成第一充電電路裝置。
另一方面，在第二四端口脈沖發生電路23a中，第二充電電容器12連接在第二四端口脈沖發生電路23a的第一端口A與第三端口C之間，其中，第二端口B和第四端口D連接到地電位。充電電容器15a連接在第二主放電電極3與輔助放電電極4之間。此外，第二充電電容器12的一端直接接到第三端口C，同時通過充電電抗器15a間接連接到第一四端口脈沖發生電路22的第四端口D。換句話說，第二充電電容器12經由第二四端口脈沖發生電路23a的第三端口C和充電電抗器15a以及第一四端口脈沖發生電路22的第四端口D和第二端口B連接到地電位。充電電抗器15a構成了根據本發明的放電激發型脈沖激光裝置的第二充電電路裝置。
接下來參照圖2描述根據本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。如前面結合傳統脈沖激光裝置所述，第一和第二充電電容器9和12首先經由充電電抗器18充電。通過該充電過程，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯處于一個極性飽和的狀態。當開關裝置8的火花隙在時刻t(＝0)點火時第一和第二充電電容器9和12開始放電。此時，電流流經第一和第二可飽和電抗器19和21的方向相對于其充電時電流流經這些電抗器的方向相反。因此，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯變成不飽和。這樣，第一和第二可飽和電抗器19和21作為電抗器，其每一個都呈現較大的容量，由此抑制了第一和第二充電電容器9和12的放電，如前面參照圖18之波形圖所述。與此同時，開關裝置8的火花隙變成全導通(即用同樣的話說開關裝置8為完全閉合)，其雜散電感和電阻分量減至最小。
在時刻t(＝Ts2)，第二可飽和電抗器21的鐵芯變成磁飽和，其電感量呈非線性地陡峭降低。然而，在此時刻，第一可飽和電抗器19的電感量繼續具有較大的值。開關裝置8的雜散電感和電阻分量減至最小。這樣，第二充電電容器12可以以高速率放電，其結果，因電暈放電16而在主電極2與3之空間的預電離將明顯加速。采用這種方法，由于第一可飽和電抗器19的容量增大，可以達到本發明預期的效果。
現在，從圖2中可見，隨著放電過程的進行在達到時刻t(＝Ts1)時，第一可飽和電抗器19的鐵芯變成磁飽和，結果其電感量呈非線性陡峭降低。從圖2所示的波形1可見，施加在第一與第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓的上升速率取決于上述陡峭下降的電感量。采用此方式，第一與第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓以高速率上升，其放電起始電壓(點火電位)VB增大，這自然有助于增大注入主放電17的能量。于是，可以發現，利用本發明的這一實施例可以成功地解決前面提到的迄今已知激光裝置中的問題。
實施例4接下來，將參照圖6所示的電路圖描述本發明的第四個實施例。
本實施例與上述第三個實施例的區別在于第二四端口脈沖發生電路23的構成，在圖6中它用標號23b表示。在根據本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的第二四端口脈沖發生電路23b中，第二充電電容器12的一端經由第一端口A連接到第二可飽和電抗器21，而其另一端則連接到第三可飽和電抗器25的一端，后者的另一端經由第三端口C連接到輔助放電電極4。再者，并聯連接的充電電抗器26和第一電荷轉移電容器27插接在第二充電電容器12和第三可飽和電抗器25互連的一個結點與第二和第四端口B和D之間，端口B和D連接到地電位。
現在將參照圖7所示的波形圖，描述根據本發明本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。如前面結合傳統脈沖激光裝置所述，第一和第二充電電容器9和12首先通過充電電抗器18充電。在充電過程中，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯置于一個極性飽和的狀態。當開關裝置8的火花隙在時刻t(＝0)點火時，第一和第二充電電容器9和12的每一個開始放電。此時，電流流經第一和第二可飽和電抗器19和21的方向相對于向這些電抗器充電時的方向相反。因此，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯成為不飽和。這樣，第一和第二可飽和電抗器19和21的每一個都呈現較大的容量，并起到抑制第一和第二充電電容器9和12的放電的作用。與此同時，開關裝置8的火花隙變成全導通，其雜散電感和電阻分量被抑制到最小值。
現在，在第二可飽和電抗器21的鐵芯呈現飽和狀態的時刻t(＝Ts2)其電感量呈非線性陡峭減小。然而，在該時刻，第一可飽和電抗器19的電感量繼續具有較大的值，開關裝置8的雜散電感和電阻分量被減至最小。結果，電荷從第二充電電容器12加速轉移到第一電荷轉移電容器27。
其次，在時刻t(＝Ts3)，第三可飽和電抗器25的鐵芯變成磁飽和，其電感呈非線性陡峭減小。由于從第一電荷轉移電容器27經由已飽和之第三可飽和電抗器25延伸到輔助放電電極4的環路呈現的電感量比由開關裝置8的火花隙、第二可飽和電抗器21、第二充電電容器12以及第一電荷轉移電容器27組成的環路的電感量更小，使施加到輔助放電電極4的電壓更為陡峭地上升，由此更強烈地促進了由電暈放電16形成的預電離。
現在，從圖7可見，隨著放電過程的進行，當到達時刻t(＝Ts1)時，第一可飽和電抗器19的鐵芯變成磁飽和，結果，其電感量呈非線性地陡峭減小。因此，施加在第一和第二主放電電極2和3兩端之間的脈沖狀電壓的上升速率取決于陡峭下降的電感值。于是，從圖7中所示波形1可見，第一與第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓以高速率上升，放電起始電壓(點火電位)VB增高，此舉有助于增大注入主放電通路17的能量。可見，通過本發明的本實施例，同樣可以解決前述傳統放電激發型脈沖激光裝置中存在的問題。
實施例5接下來將參照圖8所示的電路圖描述本發明的第五個實施例。
現在考慮的放電激發型脈沖激光裝置與上述第四個實施例的區別在于第二四端口脈沖發生電路的構成，在圖8中它用標號23C表示。尤其是，充電電抗器26和第一電荷轉移電容器27并聯連接，它們的各一端連接到第二充電電容器12與第三可飽和電抗器25之間的結點，它們的各另一端相互連接并通過第二端口B連接到接地電位(即連接到第二主放電電極3)，其中，第三可飽和電抗器25的另一端連接到第四可飽和電抗器28的一端，后者的另一端經由第三端口C連接到輔助放電電極4。第三可飽和電抗器25與第四可飽和電抗器28之間的結點經由第二電荷轉移電容器29和第四端口D連接到地電位(即換句話說，上述結點連接到第二主放電電極3)。此外，第一和第二電荷轉移電容器27和29的接地端相互連接。
接下來，將描述根據本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作過程。如前面結合傳統脈沖激光裝置所述，第一和第二充電電容器9和12首先經由充電電抗器18充電。經過該充電過程，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯處于一個極性飽和的狀態。當開關裝置8的火花隙在時刻t(＝0)點火時，第一和第二充電電容器9和12的每一個開始放電。在該時刻，電流流經第一和第二可飽和電抗器19和21的方向相對于其充電時電流流經這些電抗器的方向相反。因此，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯成為不飽和。這樣，第一和第二可飽和電抗器19和21就起到了電抗器的作用，其每一個都呈現較大的容量，由此抑制了第一和第二充電電容器9和12的放電。與此同時，開關裝置8的火花隙變成全導通，其雜散電感和電阻分量減至最小。
在時刻t(＝Ts2)，第二可飽和電抗器21的鐵芯變成磁飽和，其電感量呈非線性陡峭減小。然而，在該時刻，第一可飽和電抗器19的電感量仍具有較大的值，而開關裝置8的雜散電感和電阻分量為最小。于是，電荷以高速率開始從第二充電電容器12轉移到第一電荷轉移電容器27。
其次，在時刻t(＝Ts3)，第三可飽和電抗器25的鐵芯變成磁飽和，其電感量呈非線性陡峭地減小。由于把電荷從第一電荷轉移電容器27經由呈飽和狀態的第三可飽和電抗器25轉移到第二電荷轉移電容器29之環路的電感量，比由開關裝置8的火花隙、第二可飽和電抗器21、第二充電電容器12和第一電荷轉移電容器27組成的環路的電感量更小，故施加在第二電荷轉移電容器29上的電壓可以更陡峭地上升，由此加速了通過電暈放電16形成的預電離。
另外，應當說明的是，當諸如由F2和C12混合氣體之類的電子附著氣體以氣密方法注入激光器腔室1時，由于這類電子附著氣體的吸收作用，曾通過預電離產生的電子數量趨于減少。然而，根據本發明本實施例的此種結構的放電激發型脈沖激光裝置可以理想地解決這一問題。
圖9示出了單個脈沖狀電壓的波形，用以說明上述脈沖激光裝置的工作原理。在根據本發明本實施例的放電激發型脈沖激光裝置中，采用這種設計使第四可飽和電抗器28的電感量可以繼續保持一個較大值，直至加到第二電荷轉移電容器29上的電壓上升。
隨著圖9所示的放電過程的進行，第一可飽和電抗器19的鐵芯在時刻t(＝Tsl)成磁飽和，并伴隨第一可飽和電抗器19之電感量的非線性陡峭下降。同時，第四可飽和電抗器28的鐵芯轉換為磁飽和狀態，其電感量呈非線性陡峭下降，導致加在輔助放電電極4與第二主放電電極3兩端之間的電壓陡峭地上升。因此，第一主放電電極2電壓上升的時間與施加在輔助放電電極4與第二主放電電極3兩端之間之電壓的陡峭上升時間相吻合。因此，第一主放電電極2的電壓上升時間與波形1所示電壓出現在第一與第二主放電電極2與3之間的時間相吻合。于是諸如經電暈放電的預電離作用產生的電子被激光氣體所吸收的不希望有的現象即可理想的受到抑制，它允許平穩地過渡到主放電。
在上述第二四端口脈沖發生電路23c中，第四可飽和電抗器28和第二電荷轉移電容器29分別加插在第三可飽和電抗器25與輔助放電電極4之間。然而，這里并沒有提及可以將多個附加的可飽和電抗器分別與連接到每個可飽和電抗器的相應數量的電荷轉移電容器串聯連接。
實施例6本發明的第六個實施例分別涉及到第一四端口脈沖發生電路22和第二四端口脈沖發生電路23的具體電路結構，以下將參照圖10加以描述。
從圖10可見，可飽和變壓器24之次級繞組的一端直接連接到第一四端口脈沖發生電路22的第二端口B，并通過第四端口D間接地連接到第二主放電電極3。另一方面，可飽和變壓器24之次級繞組的另一端連接到第二四端口脈沖發生電路23h的第一端口A，其中，第二四端口脈沖發生電路23h的第一端口A和第二端口B通過連接導線相互直接連接。此外，第二四端口脈沖發生電路23h的第三端口C連接到輔助放電電極4。第二四端口脈沖發生電路23h的第二端口B和第四端口D相互直接連接，且同時連接到地電位。
接下來將參照圖4描述根據本發明本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。首先，第一充電電容器9通過充電電抗器14a充電。在該充電期間，可飽和變壓器24的鐵芯置于一個極性飽和的狀態。當開關裝置8的火花隙在時刻t(＝0)點火時，第一充電電容器9開始放電。由于在該時刻電流流經可飽和變壓器24的方向相對于充電期間電流流經其間的方向相反，故可飽和變壓器24的鐵芯轉換成不飽和狀態。這樣，當開關裝置8的火花隙閉合時，在可飽和變壓器24的次級繞組將感應一個其邊沿陡峭上升的電壓。然而，在該時刻，可飽和變壓器24的電感量具有較大的值，因此，第一充電電容器9的放電受到抑制。與此同時，開關裝置8的火花隙變成全閉合(即全導通)。這樣，開關裝置8的雜散電感和電阻分量變為最小。
現在，當放電過程到達時刻t(＝Tsl)時，可飽和變壓器24的鐵芯變成磁飽和，結果，其電感量呈非線性陡峭地減低，從圖4中可見。另從圖4所示波形1可見，施加在第一與第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓的上升速率取決于上述電感陡峭下降的值。采用此方式，施加在第一與第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓以高速率上升，同時，放電起始電壓(點火電位)VB增高，該過程有助于增加注入主放電17的能量。
實施例7圖11是一個電路圖，它表示根據本發明第七個實施例的放電激發型脈沖激光裝置的構造。
現在考慮的放電激發型脈沖激光裝置與第二個實施例的區別在于，連接至第一四端口脈沖發生電路22a之可飽和變壓器24的第一端口A以及連接至第一主放電電極2的第三端口C相互直接連接，而第一四端口脈沖發生電路22a的第二端口B及其第四端口D相互連接，其中，峰化電容器13插接在第一端口A和第三端口C的結點與第二端口B和第四端口D的結點之間。
此外，可飽和變壓器24之初級繞組的一端連接至第一四端口脈沖發生電路22a的第一端口A，而該初級繞組的另一端連接到一個開關脈沖發生電路31的一端，后者作為脈沖發生裝置。其另一端與第一四端口脈沖發生電路22a的第二端口B連接。連接在開關脈沖發生電路31兩端的是第一充電電容器9。
可飽和變壓器24之次級繞組的一端連接到第二四端口脈沖發生電路23d的第一端口A，其另一端連接到該電路的第二端口B，其中，第二充電電容器12連接在第一與第二端口A與B之間，第二端口B又連接到接地的第四端口D。另外，第二可飽和電抗器21插接在第二四端口脈沖發生電路23d的第一端口A與第三端口C之間。
現在將參照圖9描述根據本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。首先，在時刻t(＝0)，由開關脈沖發生電路31產生一個脈沖狀電壓，由此向第一充電電容器9充電。在該時刻，可飽和變壓器24的鐵芯仍未飽和，在其次級繞組中因第一充電電容器9的充電而感應一個電壓。由于可飽和變壓器24呈現一個較大的電感量，對峰化電容器13的充電受到抑制。另一方面，第二充電電容器12由可飽和變壓器24之次級繞組中感應的電壓充電。然而，在此時刻第二可飽和電抗器21處于不飽和狀態。因此，第二充電電容器12的電壓被阻止加到輔助放電電極4。
現在，當放電進行到時刻t(＝Tsl)時，第一可飽和電抗器19的鐵芯變成磁飽和，結果如圖9所示，其電感量呈非線性陡峭下降。從圖9所示波形1可見，加在第一與第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓的上升速率取決于上述電感量陡峭下降的值。采用此方式，由于放電初始電壓(點火電位)VB的電路的低電感量增大了，加在第一與第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓即以高速率上升，這自然有助于增加注入主放電17的能量。從圖9所示波形2可見，由于第二可飽和電抗器21設置成飽和且其電感量陡峭降低，故隨著第一和第二主放電電極2與3之間所加電壓的上升，加在輔助放電電極4與第二主放電電極3之間的電壓也同時呈陡峭的上升。結果產生電暈放電，在第一和第二主放電電極2與3之間的空間形成預電離。
實施例8圖12是一個電路圖，它表示根據本發明第八個實施例的一種放電激發型脈沖激光裝置的構造。除了第二四端口脈沖發生電路的結構以外，現在涉及的放電激發型脈沖激光裝置類似于圖5所示裝置(第三個實施例)那樣實現。尤其是，在標號為23e的第二四端口脈沖發生電路的第一端口A與第三端口C之間插入了串聯連接的第二充電電容器12和同軸電纜20，后者用作一延遲電路。同軸電纜20的兩端分別通過第二和第四端口B和D連接到地電位。
接下來將參照圖13描述根據本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。如前面結合傳統脈沖激光裝置所述，第一和第二充電電容器9和12首先通過充電電抗器18充電。經過充電過程，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯置于一個極性的飽和狀態。當開關裝置8的火花隙在時刻t(＝0)點火時，第一和第二充電電容器9和12的每一個開始放電。在該時刻，電流流經第一和第二可飽和電抗器19和21的方向相對于充電期間電流所流經的方向相反。因此，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯變成不飽和。這樣，第一和第二可飽和電抗器19和21就起到了電抗器的作用，其每一個都呈現一個較大的容量，由此阻止第一和第二充電電容器9和12放電。與此同時，開關裝置8的火花隙變成全導通(換句話說，即開關裝置8為完全閉合)，其雜散電感和電阻分量減至最小。
在時刻t(＝Ts2)，第二可飽和電抗器21的鐵芯變成磁飽和，其電感量呈非性線陡峭下降。然而，在該時刻，第一可飽和電抗器19的電感量繼續處于較大值，開關裝置8的雜散電感和電阻分量為最小。為此，第二充電電容器12以高速率放電，結果，通過電暈放電16形成的預電離作用明顯加速。然而，由于存在用作延遲電路的同軸電纜20，在輔助放電電極4與第二主放電電極3之間出現的電壓仍然不能達到允許在該兩電極之間放電所需的電平。
現在，當放電過程進行到時刻t(＝Tsl)時，從圖13中可見，第一可飽和電抗器19的鐵芯變成磁飽和，結果，其電感量呈非線性陡峭下降。施加在第一和第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓的上升速率取決于上述陡峭下降的電感量值，如圖13中的波形1所示。采用此種方式，施加在第一和第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓以高速率上升，且放電初始電壓(點火電位)VB增高，該過程有助于增加注入主放電路徑17的能量。
此外，在該時刻，出現于第二充電電容器12兩端的電壓12(其時延與同軸電纜20有關)加到輔助放電電極4，結果，輔助放電電極4與第二主放電電極3之間的電壓陡峭地上升。這樣，波形2之脈沖狀電壓上升的時間與第一和第二主放電電極2與3之間的波形1之脈沖狀電壓的上升時間相符，由此，可以基本上防止在電暈放電作用下由預電離所產生的電子被激光氣體所吸收的這種不希望出現的現象。這樣，就可以實現從電暈放電(輔助放電)平穩地過渡到基本的或主放電。
實施例9圖14是一個電路圖，它表示根據本發明第九個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造，其與圖12所示裝置的區別在于第二四端口脈沖發生電路的結構，在圖14中用標號23f表示。尤其是從圖14可見，連接在第二四端口脈沖發生電路23f第一端口A與第三端口C之間的是依次串聯連接的第二充電電容器12、第三可飽和電抗器25以及用作延遲電路的同軸電纜20，其中，充電電抗器26和第一電荷轉移電容器27相互并聯連接在第二端口B與互連著第二充電電容器12和第三可飽和電抗器25的導線之間，而充電電抗器15a則插接在第二端口B與互連著第三可飽和電抗器25和同軸電纜20的導線之間。然而，采用這種結構時應當說明，充電電抗器15a也可以連接在第二主放電電極3與輔助放電電極4之間，以取代充電電抗器15a的上述接法。
接下來將參照圖13的波形圖，描述根據本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。如前面結合傳統脈沖激光裝置所述，第一和第二充電電容器9和12首先通過充電電抗器18充電。經過該充電過程，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯處于一個極性飽和的狀態。當開關裝置8的火花隙在時刻t(＝0)點火時，第一和第二充電電容器9和12的每一個開始放電。此時，流經第一和第二可飽和電抗器19和21的電流相對于充電期間流經這些電抗器的電流，其方向相反。因此，第一和第二可飽和電抗器19和21的鐵芯變成不飽和。這樣，第一和第二可飽和電抗器19和21就起到了電抗器的作用，其每一個都呈現較大的容量，用以抑制第一和第二充電電容器9和12的放電。與此同時，開關裝置8的火花隙變成全導通(換句話說，即開關裝置8為完全閉合)，其雜散電感和電阻分量減至最小。
在時刻t(＝Ts2)，第二可飽和電抗器21的鐵芯呈現磁飽和狀態，故其電感呈非線性陡峭下降。然而，在該時刻，第一可飽和電抗器19的電感量繼續具有較大值，故開關裝置8的雜散電感和電阻分量為最小。為此，電荷加速從第二充電電容器12轉移到第一電荷轉移電容器27。
其次，在時刻t(＝Ts3)，第三可飽和電抗器25的鐵芯變成磁飽和，其電感量急劇地非線性下降。由于使電荷經過已飽和的第三可飽和電抗器25轉移到同軸電纜20的環路，比之由開關裝置8的火花隙、第二可飽和電抗器21、第二充電電容器12和第一電荷轉移電容器27形成的環路具有更小的電感量，故使施加在同軸電纜20的電壓更陡峭地上升，由此加速了電暈放電16的預電離作用。然而，由于存在起到延遲電路作用的同軸電纜20，出現在輔助放電電極4與第二主放電電極3之間的電壓不能立刻增大到足夠高的電平使電暈放電產生。
現在，當放電過程進行到時刻t(＝Tsl)時，第一可飽和電抗器19的鐵芯變成磁飽和，如圖13可見，結果其電感量呈非線性陡峭下降。施加在第一和第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓的上升速率取決于陡峭下降的電感量值，這從圖13所示的波形1可見。采用此方式，位于第一和第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓以高速率上升，放電起始電壓(點火電位)VB增高，該過程有助于增加注入主放電17的能量。此外，在該時刻，出現在第二充電電容器12兩端且其時延與同軸電纜20有關的電壓施加給輔助放電電極4，結果使輔助放電電極4與第二主放電電極3之間的電壓陡峭地上升。這樣，波形2脈沖狀電壓的上升時間就與第一和第二主放電電極2與3之間波形1的脈沖狀電壓的上升時間相符，由此可以基本上防止因電暈放電的預電離作用產生的電子被激光氣體所吸收的這種不希望有的現象。這樣，就可以實現從電暈放電(輔助放電)平穩過渡到基本或主放電。
實施例10圖15是一個電路圖，它表示根據本發明第十個實施例的一個放電激發型脈沖激光裝置的構造。
除了圖15中用標號23g表示的第二四端口脈沖發生電路以外，現在所述的放電激發型脈沖激光裝置用類似于圖10所示(第三個實施例)的方法實現。參見該圖，插接在第二四端口脈沖發生電路23g第一端口A與第三端口C之間的是同軸電纜20，它用作一個延遲電路。同軸電纜20的兩端分別連接到第二和第四端口B和D，該兩個端口又連接到地電位。此外，可飽和變壓器24的次級繞組兩端分別連接到第二四端口脈沖發生電路23g的第一端口A和第二端口B。
接下來將參照圖13描述根據本發明本實施例的放電激發型脈沖激光裝置的工作原理。首先，第一充電電容器9通過充電電抗器18充電。由于此充電過程，可飽和變壓器24的鐵芯處于一個極性的磁飽和狀態。當開關裝置8的火花隙在時刻t(＝0)點火時，第一充電電容器9開始放電。由于在該時刻電流流經可飽和變壓器24的方向相對于充電期間電流流經該變壓器的方向相反，故可飽和變壓器24的鐵芯轉換為不飽和狀態。這樣，當開關裝置8的火花隙閉合時，在可飽和變壓器24的次級繞組感應一個邊沿陡峭上升的電壓。然而，由于用作延遲電路的同軸電纜20的存在，出現在輔助放電電極4與第二主放電電極3之間的電壓不能增大到足夠高。因此，不能產生電暈放電。在此時刻，可飽和變壓器24的電感量具有較大的值。因此，第一充電電容器9的放電受到抑制。與此同時，開關裝置8的火花隙變成全閉合。(即全導通)。這樣，其雜散電感和電阻分量就變成最小。
現在，當放電過程到達時刻t(＝Tsl)時，可飽和變壓器24的鐵芯變成磁飽和，結果，其電感量非線性陡峭下降，如圖13所示。施加在第一和第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓的上升速率取決于陡峭下降的電感量，如圖4中的波形1所示。采用此方式，位于第一和第二主放電電極2與3之間的脈沖狀電壓以高速率上升，且放電初始電壓(點火電位)VB增高，如同傳統裝置(見圖19)中的情況那樣，該過程有助于增加注入主放電路徑17的能量。此外，在該時刻，在可飽和變壓器24次級繞組兩端感應的電壓12加到輔助放電電極4，它的時延與同軸電纜20相關，結果，輔助放電電極4與第二主放電電極3之間的電壓呈陡峭地上升。于是，波形2之脈沖狀電壓上升的時間與出現在第一和第二主放電電極2與3之間的波形1之脈沖狀電壓的上升時間相符，由此，可以防止因電暈放電的預電離作用產生的電子被激光氣體所吸收的不希望的現象。這樣，就可以從電暈放電(輔助放電)平穩地過渡到基本或主放電。
各種變換從以上詳細描述中，可以看出本發明的許多特點和優點，申請人想在不超出本發明實際精神和范圍的情況下，通過所附的權利要求書來覆蓋此系統的所有這些特點和優點。此外，由于本領域的熟練人員在此基礎上還可以作出各種變換和組合，申請人不希望將本發明局限于上述精確的結構和工作原理。
舉例來說，盡管以上描述將同軸線(例如同軸電纜20)用作脈沖延遲電路，顯然，諸如帶狀線、LC電路或類似的脈沖延遲電路也可以達到實際相同的效果。此外，在不脫離本發明精神和范圍的情況下，也可以用諸如閘流管、半導體開關(例如晶閘管、SIT晶體管、FET管、IGBT管等等)、它們的串聯連接或并聯連接或軌隙開關等其它開關元件或電路取代火花隙開關作為開關裝置8。再者，在本發明上述各個實施例的描述中，都曾假定充電是從充電端6以正極性進行的，未曾提到充電可以用負極性進行。此外，用作充電電路元件的充電電抗器14、15a和26可以由諸如電阻器、二極管或實質上可以起到同樣作用的其它類似元件取代。再者，盡管本發明被描述成應用于準分子激光器，顯然本發明的技術同樣適用于其它放電激發型激光器。此外，結合圖5、6、8、10、12、14和15所示電路可見，其中的第一充電電容器9和第一可飽和電抗器19或可飽和變壓器24可以相對其位置而相互替換，以上同樣適用于第二充電電容器12和第二可飽和電抗器21之間的位置關系。
最后，應當附加說明，以上結合本發明各個實施例所述的電極均可以用圖16所示的這種結構來實現。尤其是，第二主放電電極3a可以用與第一主放電電極2相同的結構實現。其中，圖16中用4a表示的輔助放電電極可以設置在第二主放電電極3a的兩側或一側，在此情況下，輔助放電電極4a外周用絕緣件5a封裝。在此電極陣列情況下，電暈放電16可以在輔助放電電極4a與第二主放電電極3a之間產生，由此而在第一和第二主放電電極2和3之間的空間預先電離，故電暈放電可以平穩地過渡到主放電17。
此外，在本發明的精神和范圍內，還可以采用各種合適的變換和等同手段。
權利要求
1.一種放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于包括相互相對設置的一對第一和第二主放電電極，用以在其間產生主放電；設置在所述第二主放電電極附近的輔助放電電極，用以在所述第二主放電電極與所述輔助放電電極之間產生電暈放電；連接到所述第一和第二主放電電極的第一脈沖發生電路，用以在所述第一與第二主放電電極之間施加一個脈沖狀電壓以產生主放電；連接到所述第二主放電電極和所述輔助放電電極的第二脈沖發生電路，用以在所述第二主放電電極與所述輔助放電電極之間施加一個脈沖狀電壓以產生電暈放電；開關裝置，用以控制由所述第一脈沖發生電路施加到所述第一和第二主放電電極之電壓以及由所述第二脈沖發生電路施加到所述第二主放電電極和所述輔助放電電極之電壓的施加和切斷；連接在所述開關裝置與所述第一脈沖發生電路之間的第一可飽和電抗器；以及連接在所述開關裝置與所述第二脈沖發生電路之間的第二可飽和電抗器。
2.一種放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于包括相互相對設置的一對第一和第二主放電電極，用以在其間產生主放電；設置在所述第二主放電電極附近的輔助放電電極，用以在所述第二主放電電極和所述輔助放電電極之間產生電暈放電；連接到所述第一和第二主放電電極的第一脈沖發生電路，用以在所述第一和第二主放電電極之間施加一個脈沖狀電壓以產生主放電；連接到所述第二主放電電極與所述輔助放電電極的第二脈沖發生電路，用以在所述第二主放電電極與所述輔助放電電極之間施加脈沖狀電壓以產生電暈放電；開關裝置，用以控制由所述第一脈沖發生電路加到所述第一和第二主放電電極之電壓，以及由所述第二脈沖發生電路加到所述第二主放電電極和所述輔助放電電極之電壓的施加和切斷；以及插接在所述開關裝置與所述第一和第二脈沖發生電路之間的可飽和變壓器，其初級繞組連接在所述開關裝置與所述第一脈沖發生電路之間，其次級繞組連接到所述第二脈沖發生電路。
3.如權利要求1所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，所述第一脈沖發生電路包括串聯連接在所述第一主放電電極與所述第一可飽和電抗器之間、用于主放電的第一充電電容器，以及連接在所述第一主放電電極與所述第二主放電電極之間的并聯連接的第一充電電路元件和峰化電容器；所述第二脈沖發生電路包括連接在所述輔助放電電極與所述第二可飽和電抗器之間的第二充電電容器；所述裝置進一步包括連接在所述第二主放電電極與所述輔助放電電極之間的第二充電電路元件；其中，所述第一和第二充電電容器首先在所述開關裝置處于斷開的狀態下充電，然后隨著所述開關裝置的閉合，降低所述第二可飽和電抗器的電感量，由此允許加在所述輔助放電電極與所述第二主放電電極之間的電壓上升，使電暈放電在所述輔助放電電極與所述第二主放電電極之間發生，由此在位于所述第一主放電電極與所述第二主放電電極之間的空間產生預電離，之后，所述開關裝置為全閉合，允許所述第一可飽和電抗器的電感量下降，使主放電可以在所述第一主放電電極與所述第二主放電電極之間產生。
4.如權利要求1所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，所述第二脈沖發生電路包括串聯插接在所述第二可飽和電抗器與所述輔助放電電極之間的第二充電電容器；連接在所述輔助放電電極與串聯連接之所述第二可飽和電抗器和所述第二充電電容器之間的第三可飽和電抗器；插接在所述輔助放電電極與所述第二主放電電極之間的第三充電電路元件；以及并聯連接的第一電荷轉移電容器和第二充電電路元件，所述第一電荷轉移電容器的一端連接到所述串聯連接的第二可飽和電抗器和第二充電電容器與所述第三可飽和電抗器之間的結點上，其另一端連接到所述第二主放電電極。
5.如權利要求4所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，多個可飽和電抗器串聯連接在所述第三可飽和電抗器與所述輔助放電電極之間；與多個可飽和電抗器相同數量的電荷轉移電容器分別連接在所述第二主放電電極與所述第三可飽和電抗器和所述多個可飽和電抗器之一的結點以及所述多個可飽和電抗器的結點之間。
6.如權利要求2所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，所述第一脈沖發生電路包括串聯連接在所述第一主放電電極和所述可飽和變壓器之次級繞組之間的第一充電電容器，以及連接在所述第一主放電電極與所述第二主放電電極之間的并聯連接的第一充電電路元件和峰化電容器；所述第二脈沖發生電路包括插接在所述輔助放電電極與所述可飽和變壓器之間的連接導體；在所述開關裝置關斷狀態下向所述充電電容器充電之后，所述開關裝置閉合以允許電暈放電首先在所述輔助放電電極與所述第二主放電電極之間產生，由此在位于所述第一與第二主放電電極之間的空間產生預電離，之后，所述開關裝置為全閉合，允許所述可飽和和變壓器的電感量下降，使主放電可以在所述第一與第二主放電電極之間發生。
7.一種放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于包括相互相對設置的一對第一和第二主放電電極，用以在其間產生主放電；設置在所述第二主放電電極附近的輔助放電電極，用以在所述第二主放電電極與所述輔助放電電極之間產生電暈放電；連接到所述第一和第二主放電電極的第一脈沖發生電路，用以在所述第一和第二主放電電極之間施加脈沖狀電壓以產生主放電；連接到所述第二主放電電極和所述輔助放電電極的第二脈沖發生電路，用以在所述第二主放電電極與所述輔助放電電極之間施加脈沖狀電壓以產生電暈放電；開關脈沖發生裝置，用以控制由所述第一脈沖發生電路加到所述第一和第二主放電電極之電壓以及由所述第二脈沖發生電路加到所述第二主放電電極和所述輔助放電電極之電壓的施加和中斷；連接在所述脈沖發生裝置與所述第一和第二脈沖發生電路之間的可飽和變壓器；以及跨接在所述開關脈沖發生裝置兩端的第一充電電容器。
8.如權利要求7所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，所述第一脈沖發生電路包括一峰化電容器，其一端連接到所述可飽和變壓器初級繞組與所述第一主放電電極之間的結點，其另一端連接到所述開關脈沖發生裝置與所述第二主放電電極之間的結點；所述第二脈沖發生電路包括連接在所述可飽和變壓器次級繞組兩端之間的第二充電電容器，以及連接在所述可飽和變壓器次級繞組與所述輔助放電電極之間的可飽和電抗器；所述裝置進一步包括連接在所述第二主放電電極與所述輔助放電電極之間的充電電路元件；其中，在響應于由所述開關脈沖發生裝置提供的開關脈沖狀電壓，通過所述第一充電電容器和所述可飽和變壓器向所述第二充電電容器充電后，使所述可飽和變壓器的電感和所述可飽和電抗器的電感降低，允許電壓在所述輔助放電電極與所述第二主放電電極之間上升，同時允許電壓在所述第一主放電電極與所述第二主放電電極之間上升。
9.如權利要求3所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，所述第二脈沖發生電路進一步包括串聯連接在所述第二充電電容器與所述輔助放電電極之間的一延遲電路，用以使加在所述輔助放電電極與所述第二主放電電極之間的脈沖狀電壓的上升時間基本上與加在所述第一和第二主放電電極之間的脈沖狀電壓的上升時間相符。
10.如權利要求4所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，所述第二脈沖發生電路進一步包括串聯連接在所述第三可飽和電抗器與所述輔助放電電極之間的延遲電路，用以使加在所述輔助放電電極和所述第二主放電電極之間的脈沖狀電壓的上升時間基本上與加在所述第一和第二主放電電極之間的脈沖狀電壓的上升時間相符。
11.如權利要求2所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，所述第一脈沖發生電路包括串聯連接在所述第一主放電電極與所述可飽和變壓器初級繞組之間的第一充電電容器，以及連接在所述第一與第二主放電電極之間的第一充電電路元件；所述第二脈沖發生電路包括串聯連接在所述輔助放電電極與所述可飽和變壓器次級繞組之間的延遲電路，用以使加在所述輔助放電電極與所述第二主放電電極之間的脈沖狀電壓的上升時間基本上與加在所述第一與第二主放電電極之間的脈沖狀電壓的上升時間相符。
12.如權利要求1所述的放電激發型脈沖激光裝置，其特征在于，所述輔助放電電極用棒狀結構組成，外層包覆絕緣材料，并至少設置在所述第二主放電電極的一側，位于其附近并相對設置。
全文摘要
一種放電激發型脈沖激光裝置，包括主放電電極和輔助放電電極。一電抗器串聯連接到第一充電電容器，它由第一可飽和電抗器19構成，第二可飽和電抗器附加串接到第二充電電容器。在開關的雜散電感和電阻分量變成最小后，可飽和電抗器的電感首先降低，然后繼之以第一可飽和電抗器的電感量降低。用于電暈放電和主放電的電壓上升的陡峭度可以設置在一個較高的值，由此加速預電離，允許主放電均勻地產生。并使注入到主放電的能量增加，提高了激光輸出功率和振蕩效率。
文檔編號H01S3/038GK1126644SQ9511569
公開日1996年7月17日 申請日期1995年11月3日 優先權日1994年11月4日
發明者南谷靖史, 中谷元 申請人:三菱電機株式會社