JP6041977B2 - パルス状ｃｏ２出力−パルス成形および電力制御 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、無線周波（ＲＦ）励起式パルス状二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス放電レーザにおける出力電力制御に関する。本発明は、特に、あるレーザ出力パルスから次のレーザ出力パルスへと一定電力を提供し、また、そのようなレーザの出力パルスの時間的形状を制御することに関する。

ＲＦ励起式密閉拡散冷却パルス状ＣＯ_２ガス放電レーザでは、パルス間の時間が、十分に短い場合、拡散冷却が、抑えられ、ＣＯ_２レーザ発振ガス混合物中に温度上昇をもたらし得る。これは、出力パルスの特性、特に、出力パルスの上昇および降下に影響を及ぼし得る。これは、パルス毎の電力の非一貫性、故に、平均電力のばらつきにつながり得る。典型的レーザ発振ガス混合物は、約８０：１０：１０の割合において、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）、およびＣＯ_２を含む。

図１Ａおよび図１Ｂは、先行技術の拡散冷却ＣＯ_２ガス放電レーザを励起させるＲＦパルス（図１Ａ）と、レーザから結果として生じるレーザ出力パルス（図１Ｂ）との間の関係を比較するタイミング図を提供する。レーザは、約１０．６マイクロメートル（μｍ）の波長で動作（レーザ発振）するように同調されると仮定される。ＲＦパルスは、時間ｔ_０において開始され、時間ｔ_３において終了される。ここに描写されるように、ＲＦパルスは、約１００マイクロ秒以上の持続時間を有する。

最初は、レーザ出力は存在しないが、時間の経過に伴って、レーザ発振ガス混合物中のＮ_２が、ＲＦによって励起され、次いで、衝突によって、そのエネルギーがＣＯ_２に移送される。比較的に短時間後、レーザ発振ガス混合物中に初期利得スパイク（電力スパイク）が現れ、時間ｔ_１において、ほぼゼロに降下する。非常に短い持続時間のため、本電力スパイク中のエネルギーは、プロセスの観点から有意ではない。電力スパイクに続いて、レーザ出力電力は、徐々に上昇する。本電力上昇周期は、図１Ｂでは、τ_Ｒとして指定される。本時間の間、ガス混合物の温度は、上昇し、時間ｔ_２において、（レーザが同調される１０．６μｍＣＯ_２波長における）利得は、１０．６μｍ波長および（レーザ共振器が同調されないと仮定される）約９．６μｍにおける別のレーザ発振波長に対するエネルギー遷移間の競合の結果、徐々に降下し始める。利得低減の物理特性の詳細な説明は、本発明の原理を理解するために必要ではなく、本明細書には提示されない。レーザ発振ガス混合物の加熱による１０．６μｍ電力の徐々に降下する本周期は、図１Ｂでは、周期τ_Ｈとして指定される。時間ｔ_３において、ＲＦパルスが終了されると、利得、故に、レーザパルス電力は、図１Ｂでは、周期τ_Ｆとして指定される降下時間にかけて、ゼロに向かって指数関数的に降下する。

パルスＲＦパルス持続時間が、十分に短くされる場合、図１Ｂに描写されるような個々のレーザパルスにおけるガス加熱効果は、回避され得る。しかしながら、パルス間に十分に短い持続時間を伴うレーザパルス列では、ガス加熱は、依然として、生じるが、効果は、以下に論じられる異なる方法で現れる。

図２Ａおよび図２Ｂは、３つのＲＦパルス列Ａ_ＲＦ、Ｂ_ＲＦ、およびＣ_ＲＦ（図２Ａ）と、それぞれ、結果として生じるレーザ出力パルスＡ_Ｌ、Ｂ_Ｌ、およびＣ_Ｌとの間の関係を比較する、タイミング図を提供する。ここでは、ＲＦパルスは、パルス約０．１５ミリ秒（ｍｓ）間に時間Ｔを提供するパルス繰り返し周波数Ｆで送達されると仮定される。パルス持続時間（Ｔ_Ｐ）は、約２５マイクロ秒（μｓ）であると仮定される。本パルス持続時間は、図１Ｂのｔ_Ｈ効果が回避されるほど十分に短い。しかしながら、パルス間の時間は、レーザ発振ガスが、次のパルスが開始される前に、あるパルスが開始される温度に戻らないほど十分に短い。この結果、パルスＢ_Ｌのピーク電力Ｐ_Ｌ２は、パルスＡ_Ｌのピーク電力Ｐ_Ｌ１未満であって、パルスＣ_Ｌのピーク電力Ｐ_Ｌ３は、パルスＢ_Ｌのピーク電力Ｐ_Ｌ２未満である。あるパルスから次のパルスへの本ピーク電力低減は、定常状態ガス加熱条件に達するまで継続する。パルス間の例示的０．１５ｍｓおよび約１００トルのレーザ発振ガス圧力の場合、これは、約７パルスが送達されるまで生じ得ることはない。

図３は、従来技術の拡散冷却ＣＯ_２レーザ中のパルス間の時間の関数として、隔離されたレーザ出力パルス対間の測定された振幅比（菱形によって示される）を図式的に図示するグラフである。円形は、３キロヘルツ（ｋＨｚ）のパルス繰り返し周波数に対応する、パルス分離時間を示す。この場合のＲＦパルス持続時間（励起パルス）は、約２５μｓであったが、類似結果は、５０μｓの持続時間を有するＲＦパルスでも得られた。連続パルスの振幅は、パルス間の時間が、約７５０〜１０００マイクロ秒以上であるとき、ほぼ等しくなることが分かる。

印刷基板（ＰＣＢ）におけるビア孔のレーザ穿孔等の繊細なレーザ機械加工動作のために、パルス間の一貫性を維持することは、非常に重要である。パルスの非一貫性の発現は、使用され得るパルス繰り返し率の上限、故に、動作の処理量の限界を定義することになる。ほとんどの場合、定常状態条件は、特定の穿孔シーケンスが、不規則な間隔において、要望に応じたパルスを要求するため、選択肢とならない。故に、その間に比較的に短い間隔を伴って、要望に応じてトリガされるレーザ出力パルスのパルス間の一貫性を維持することができる、方法および装置の必要がある。

本発明は、レーザ出力パルスの形態においてレーザ出力を提供するためのガス放電レーザを動作させる方法を対象とする。レーザは、無線周波電力供給源（ＲＦＰＳ）によって給電される、離間されたガス放電電極とともに、放電電極間に形成されるレーザ共振器を含む。

本発明の一側面では、本方法は、レーザ共振器を励起するために、ＲＦＰＳからガス放電電極に第１のＲＦパルス列を送達するステップを含む。その第１の列中のＲＦパルスは、第１のＲＦパルス列が単一ＲＦパルスであるかのように、レーザ共振器が第１のＲＦパルス列に応答するほど十分に短い時間だけ時間的に離間され、それによって、レーザ共振器は、第１のＲＦパルス列による励起に応答して、第１のレーザ出力パルスを送達する。

別の側面では、本方法はさらに、第１のＲＦパルス列の送達に続いて、レーザ共振器を励起させるために、ＲＦＰＳからガス放電電極に第２のＲＦパルス列を送達するステップを含んでもよい。第２のＲＦパルス列中のＲＦパルスはまた、第２のＲＦパルス列が単一ＲＦパルスであるかのように、レーザ共振器が第２のＲＦパルス列に応答するほど十分に短い時間だけ時間的に離間され、それによって、第１の単一レーザ出力パルスの送達に続いて、レーザ共振器は、第２のＲＦパルス列による励起に応答して、第２のレーザ出力パルスを送達する。その第２の列中のＲＦパルスの持続時間および数のうちの１つは、第１および第２のレーザ出力パルスがほぼ等しい電力を有するように選択される。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
レーザ出力パルスの形態においてレーザ出力を提供するためのガス放電レーザを動作させる方法であって、前記レーザは、無線周波電力供給源（ＲＦＰＳ）によって給電される、離間されたガス放電電極とともに、前記放電電極間に形成されるレーザ共振器を含み、
前記方法は、
前記レーザ共振器を励起するために、前記ＲＦＰＳから前記ガス放電電極に第１のＲＦパルス列を送達するステップであって、前記列中の各パルスは、複数のサイクルのＲＦエネルギーを含み、前記第１のＲＦパルス列内のＲＦパルスは、前記第１のＲＦパルス列が単一ＲＦパルスであるかのように、前記レーザ共振器が前記第１のＲＦパルス列に応答するほど十分に短い時間だけ時間的に離間され、それによって、前記レーザ共振器は、前記第１のＲＦパルス列による励起に応答して、第１のレーザ出力パルスを送達する、ステップ
を含む、方法。
（項目２）
前記第１のＲＦパルス列は、第１の持続時間を有する初期パルスに続いて、前記第１の持続時間より短い第２の持続時間を有する複数のパルスを含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
その前記第１の列中のＲＦパルスは全て、同一の持続時間を有する、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記第１のＲＦパルス列の送達に続いて、前記レーザ共振器を励起させるために、前記ＲＦＰＳから前記ガス放電電極に第２のＲＦパルス列を送達するステップであって、前記第２の列中の各パルスは、複数のサイクルのＲＦエネルギーを含み、前記第２のＲＦパルス列中のＲＦパルスは、前記第２のＲＦパルス列が、単一ＲＦパルスであるかのように、前記レーザ共振器が前記第２のＲＦパルス列に応答するほど十分に短い時間だけ時間的に離間され、それによって、前記第１の単一レーザ出力パルスの送達に続いて、前記レーザ共振器は、前記第２のＲＦパルス列による励起に応答して、第２のレーザ出力パルスを送達し、その前記第２の列中のＲＦパルスの持続時間および数のうちの１つは、前記第１および第２のレーザ出力パルスがほぼ等しい電力を有するように選択される、ステップ
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記第１および第２のＲＦパルス列は、ほぼ同一の持続時間を有する、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記第１および第２のＲＦパルス列は、同一のパルス数をその中に有する、項目５に記載の方法。
（項目７）
その前記第１の列中のＲＦパルスは、第１の持続時間を有し、その前記第２の列中のＲＦパルスは、第２の持続時間を有し、前記第２の持続時間は、前記第１の持続時間より長い、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記第１のＲＦパルス列は、第１の持続時間を有する初期パルスに続き、それぞれ、第２の持続時間を有する複数のパルスを含み、第２のＲＦパルス列は、第３の持続時間を有する初期パルスに続き、それぞれ、第４の持続時間を有する複数のパルスを含み、前記第３の持続時間は、前記第１の持続時間より長く、前記第４の持続時間は、前記第２の持続時間より長い、項目６に記載の方法。
（項目９）
その前記第１および第２の列中のＲＦパルスの持続時間は、同一であり、その前記第２の列中のパルス数は、その前記第１の列中のパルス数より多い、項目５に記載の方法。
（項目１０）
その前記第２の列中のＲＦパルスの数または持続時間の選択は、前記第１のレーザ出力パルスの終了と前記第２のレーザ出力パルスの開始との間の時間に依存する、項目４に記載の方法。
（項目１１）
ガス放電レーザ装置であって、
離間された放電電極と、
前記放電電極間に延在するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器を励起するために、前記放電電極に接続された無線周波電力供給源（ＲＦＰＳ）と、
前記ＲＦＰＳに接続された電子回路であって、前記電子回路は、第１のコマンドパルスを受信し、前記コマンドパルスを第１のコマンドパルス列に変換し、前記第１のコマンドパルス列を前記ＲＦＰＳに送達し、それによって、前記ＲＦＰＳに、第１の励起パルス列が単一ＲＦ励起パルスであるかのように、前記レーザ共振器が前記第１の励起パルス列に応答するほど十分に短い前記ＲＦ励起パルス間の時間的間隔を伴って、対応する第１のＲＦ励起パルス列を前記レーザ共振器に送達させるように構成および配列され、それによって、前記レーザ共振器は、前記第１のＲＦ励起パルス列による励起に応答して、第１の単一レーザ出力パルスを送達する、電子回路と
を備える、装置。
（項目１２）
前記電子回路はさらに、前記第１のコマンドパルスの受信に続いて、第２のコマンドパルスを受信し、前記第１のコマンドパルスの終了と前記第２のコマンドパルスの開始との間の時間を判定し、前記第２のコマンドパルスを第２のコマンドパルス列に変換し、前記第２のコマンドパルス列を前記ＲＦＰＳに送達し、それによって、前記ＲＦＰＳに、第２の励起パルス列が、単一ＲＦ励起パルスであるかのように、前記レーザ共振器が前記第２の励起パルス列に応答するほど十分に短い前記ＲＦ励起パルス間の時間的間隔を伴って、対応する第２のＲＦ励起パルス列を前記レーザ共振器に送達させるように構成および配列され、それによって、前記レーザ共振器は、前記第２のＲＦ励起パルス列による励起に応答して、第２の単一レーザ出力パルスを送達し、前記第２のコマンドパルス列中と、それに対応して、前記第２のＲＦ励起パルス列中のパルスの数および持続時間のうちの１つは、前記第１のコマンドパルスの終了と前記第２のコマンドパルスの開始との間の前記判定された時間に基づいて、前記第１および第２のレーザ出力パルスが、ほぼ等しい電力を有するように選択される、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
ガスレーザを動作させる方法であって、前記レーザは、電極間でガスを励起させるために、無線周波（ＲＦ）電力供給源に接続された電極を含み、
前記方法は、
第１のレーザパルスを産生するために、コマンドを生成するステップと、
第１のレーザパルスを産生するための前記コマンドに応答して、ＲＦ電力の第１のエンベロープを前記電極に送達し、前記第１のエンベロープは、第１のパルス列を含み、前記列中の各パルスは、複数のサイクルのＲＦエネルギーを含む、ステップと、
第２のレーザパルスを産生するためのコマンドを生成するステップと、
第２のレーザパルスを産生するための前記コマンドに応答して、ＲＦ電力の第２のエンベロープを前記電極に送達し、前記第１および第２のエンベロープは、ほぼ同一の持続時間を有し、前記第２のエンベロープは、第２のパルス列を含み、前記列中の各パルスは、複数のサイクルのＲＦエネルギーを含み、前記第２のレーザパルスを産生するための前記第１のレーザパルスの終了と前記第２のコマンドの開始との間の時間が、所定の周期より短い場合、前記第２のレーザパルス中のエネルギーが、前記第１のレーザパルス中のエネルギーにより密接に一致するように、前記第２のパルス列中のパルスのデューティサイクルを増加させるステップと を含む、方法。
（項目１４）
前記第２のパルス列中のデューティサイクルは、前記第１のレーザパルスの終了と前記第２のレーザパルスを産生するための第２のコマンドの生成との間の時間に逆比例する量だけ増加される、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記所定の周期は、前記第１および第２のパルス列中のデューティサイクルが不変のままである場合、前記第２のレーザパルスは、依然として、前記第１のレーザパルスとほぼ同一のエネルギーを有するであろう、最短時間に対応する、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記第２のパルス列のデューティサイクルは、前記第２のパルス列中のパルス数を増加させることによって増加される、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
前記第２のパルス列のデューティサイクルは、前記第２のパルス列中のパルスの長さを増加させることによって増加される、項目１３に記載の方法。
（項目１８）
各パルス列中の前記第１のパルスは、前記列中のパルスの残りより長い、項目１３に記載の方法。
（項目１９）
前記レーザパルスは、孔をワークピース内に穿孔するために使用される、項目１３に記載の方法。
（項目２０）
前記レーザパルスは、ビア孔を印刷基板内に穿孔するために使用される、項目１３に記載の方法。

図１Ａおよび図１Ｂは、従来技術の拡散冷却ＣＯ_２レーザにおけるＲＦパルスおよび対応するレーザ出力パルスの時間の関数としての電力間の関係を図式的に図示する、タイミング図を形成する。 図２Ａおよび図２Ｂは、従来技術の拡散冷却ＣＯ_２レーザにおけるＲＦパルス列および対応するレーザ出力パルス列の時間の関数としての電力間の関係を図式的に図示する、タイミング図を形成し、ピークパルス電力は、ＲＦパルスによるレーザ発振ガス加熱の結果として、あるパルスから次のパルスに低減される。 図３は、従来技術の拡散冷却ＣＯ_２レーザにおけるパルス間の時間の関数としての隔離されたレーザ出力パルス対間の測定された振幅比を図式的に図示する、グラフである。 図４Ａは、対応するレーザ出力パルスにおいて、図２Ｂのピーク電力低減を生じさせるほど、その間に十分に短い時間を有すると仮定される、第１および第２の連続する従来技術のＲＦ励起パルスを図式的に図示する、グラフである。図４Ｂは、本発明による、パルス内変調を図式的に図示する、グラフであって、図４Ａの従来技術のレーザパルスは、同様に、等しい持続時間であるが、第１の列より第２の列中により短いパルスを含めることによって、第２のより短いパルス列のパルス繰り返し周波数が増加され、図２Ｂのピーク電力低減効果を補償する、より短いパルスの連続する第１および第２の等しい持続時間列と置換される。図４Ｃは、本発明による、パルス内変調を図式的に図示する、グラフであって、図４Ａの従来技術のレーザパルスは、各列中に同一のパルス数を伴うが、第２の列中のパルスは、第１の列中のパルスより長い持続時間を有し、図２Ｂのピーク電力低減効果を補償する、より短いパルスの連続する第１および第２の等しい持続時間列と置換される。図４Ｄは、本発明による、パルス内変調を図式的に図示する、グラフであって、図４Ｃの方式に類似するが、その各列中の第１のパルスは、パルス列によって生成される対応するレーザパルスの上昇時間を低下させるために、その列中の他のパルスより長い持続時間を有する。 図５は、図４Ｄのパルス列に類似するが、より長い第１のサブパルスに続いて、１２のサブパルスが存在する、２５マイクロ秒長のＲＦパルス列によって生成される測定されたレーザパルスを図式的に図示する、オシロスコープトレースの複製である。 図６は、図５のレーザパルスの生成のために使用される実験装置を図式的に図示する、高レベル回路図である。 図７は、本発明による、パルス内変調によってパルス電力制御を実装するための回路の一実施例を図式的に図示する、高レベル回路図である。 図７Ａは、図７の回路を組み込む、ガス放電レーザを図式的に図示する。 図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、および８Ｄは、図７の回路内のある動作モードを図式的に図示する、グラフである。

図４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄは、本発明による、ＲＦ励起パルスのパルス間変調の３つの異なる実施形態を図式的に図示する。図４Ａは、図４Ｂ−Ｄとの比較のために提供され、第１および第２の連続する非変調（従来技術の）ＲＦパルスＰ１およびＰ２を図式的に図示し、図４Ｂ−Ｄの変調パルス列と比較され得る。図４Ａでは、従来技術の非変調パルスはそれぞれ、同一の持続時間Ｔ_Ａを有する。パルスＰ１の終了とパルスＰ２の開始との間には、時間Ｔ_Ｂが存在する。パルス繰り返し周期は、１／（Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｂ）のＰＲＦに相当するＴ_Ａ＋Ｔ_Ｂである。ＴＡの好ましい値は、約２５μｓ〜約５０μｓである。ＴＢの好ましい値は、約２００μｓ以上である。

本説明の目的のために、時間Ｔ_Ｂは、レーザ出力パルスの電力が、直前のパルスの生成の間の前述のガス加熱によって低減される、約７５０μｓ以下の範囲内であると仮定される（図３参照）。図３に描写されるように、パルス間周期ＴＢの関数として、連続するパルスの測定された電力比を表化することによって、ルックアップテーブルが形成されると仮定される。

本発明のパルス間変調方式では、その全実施形態において、先行技術の非変調（連続）パルスは、列が単一連続パルスであるかのように、レーザがパルス列に応答するほど十分に短いサブパルス間の時間を伴う、サブパルスのバーストまたは列によって置換される。これが生じるために、サブパルスのパルス間周期は、約１μｓであるべきである。パルス列は、正方変調エンベロープおよび１００％変調深度を伴うパルス列の持続時間を有する、変調パルスと見なされ得る。これは、パルス幅変調またはＰＲＦ変動によって、そのように変調されたパルス中の電力を便宜的に変動させることをもたらす。

図４Ｂの実施形態では、図４Ａの連続パルスＰ１は、等しい振幅の５つのサブパルス列ＰＴ_Ａによって置換される。パルスは全て、１００＊Ｔ_Ｄ／（Ｔ_Ｄ＋Ｔ_Ｅ）のパルス列の変調のためのパーセントデューティサイクルに対して、同一の（サブパルスオン）持続時間Ｔ_Ｄおよび同一のパルス間（サブパルスオフ）周期Ｔ_Ｅを有する。実験的に判定されたルックアップテーブルおよびＴ_Ｂの知識から、連続するパルス列によって生成される連続するレーザパルスが同一の電力を有するように、どれだけの付加的電力が連続するパルス列ＰＴ_Ｂ（列ＰＴ_Ａと同一の持続時間を有する）中になければならないかが判定される。ここでは、ＰＴ_Ｂは、対応するレーザパルスが等しい電力を有するために、ＰＴ_Ａの電力の１．２倍を有していなければならないと仮定される。これを達成するために、ＰＴ_Ｂは、ＰＴ_Ａのサブパルスと同一の持続時間および振幅ならびに列の持続時間を有する、６つのサブパルス列となる。これは、余剰サブパルスを提供し、効果的に、ＰＴ_Ｂのデューティサイクルを１．２倍（有理分数の観点では、６／５）増加させることによって、列中に付加的電力を提供する。

図４Ｃの実施形態では、図４Ａの連続パルスＰ１は、再び、前述のように、等しい振幅および持続時間の５つのサブパルス列ＰＴ_Ａによって置換される。第２のパルス列ＰＴ_Ｃは、列ＰＴ_Ａ中と同一のＰＲＦにおいて、同一のサブパルス数を有するが、ＰＴ_Ｃ中のサブパルスの持続時間（時間的「幅」）は、レーザパルス電力を一定に保つために、１．２倍増加され、付加的ＲＦ電力を提供する。再び、ＰＴ_Ｃの持続時間は、ＰＴ_Ａと同一であるため、ＰＴ_Ｃにおけるデューティサイクルは、ＰＴ_Ａの１．２倍である。

図４Ｄの実施形態では、パルスＰ１は、列の持続時間と比較して比較的に長い、例えば、列の持続時間の約半分長い、持続時間Ｔ_Ｇを有する初期サブパルスＳＰ１を含む、パルス列ＰＴ_Ｄによって置換される。残りのサブパルスは、図４Ｂおよび４Ｃの実施形態におけるサブパルスパルスの持続時間およびデューティサイクルに匹敵する持続時間およびデューティサイクルを有する。ここでは、サブパルスは、持続時間Ｔ_Ｄを有するように指定される。

比較的に長いサブパルスを伴う列ＰＴ_Ｄから開始する理由は、対応するレーザパルスの前縁における電力を増加させ、図２Ｂの「ピーク状」パルスと比較して、「正方形」または「長方形」の時間的形状をレーザパルスに提供するためである。そのような「正方形」または「長方形」パルスは、あるレーザ処理動作において望ましい。本パルス内変調方式は、レーザ出力パルスの時間的分離が、同一の変調が後続パルスに印加され得るほど十分に長い場合でも有用である。しかしながら、補正が要求される場合、これは、次の励起パルス列中の全サブパルスの持続時間を比例して増加させることによって提供されることができる。これは、図４Ｄに図示され、列ＰＴ_Ｅ中の全サブパルスの持続時間は、１．２倍増加される。

ここで、図４Ａ−Ｄに図式的に描写されるパルスおよびサブパルスは、実際には、電力供給源のＲＦ周波数発振のエンベロープ（図示せず）であることに留意されたい。本ＲＦ周波数は、典型的には、約１００メガヘルツ（ＭＨｚ）、すなわち、発振周期は、約０．０１μｓである。

図５は、６５％のデューティサイクルで送達される、１３μｓの持続時間を有する初期サブパルスに続いて、１２のサブパルスから成る、２５マイクロ秒長のＲＦパルス列によって生成される測定されたレーザパルスを図式的に図示する、オシロスコープトレースの複製である。パルス開始時の前述の「利得スパイク」効果は、明らかに明白であって、実質的である。パルスの「平坦」部分の見掛け変調は、パルス測定のために使用される検出器における電子雑音または「リンギング」であって、実際には、レーザパルス中には存在しない。これは、変調されたＲＦパルス列に対するレーザ応答ではない。

図５のパルスを生成するために使用される実験装置１００は、図６に図式的に図示される。パルス遅延発生器１０２が、それぞれ、端子ＡおよびＢから２つの同期パルス１０４および１０６を生成するために使用された。パルス持続時間およびパルスの分離は、調節可能である。遅延発生器は、Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）製モデルＤＧ５３５発生器であった。パルス１０４は、パルス１０６より早期に放出される。端子Ａからのパルスの持続時間は、パルス列中の初期長サブパルスの所望の持続時間（図４Ｄにおける列ＰＴ_Ｄの観点における持続時間Ｔ_Ｇ）となるように選択された。

パルス１０６は、関数発生器１００をトリガするために使用される。使用された関数発生器は、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｉｎｃ（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から利用可能なモデル番号３３２２０Ａ関数発生器であった。関数発生器は、Ｔ_Ｇより短い持続時間（図４Ｄにおける列ＰＴ_Ｄの観点における持続時間Ｔ_Ｄ）を有するパルス列（ここでは、３つのパルス）を放出するように調節された。持続時間Ｔ_Ｄならびにパルス列の選定されたデューティサイクルおよび持続時間は、パルス内持続時間（図４Ｄにおける列ＰＴ_Ｄの観点における持続時間Ｔ_Ｅ）を決定する。パルス列は、ｔ_０後の時間ＴＧ＋ＴＥにおいて、パルス１０６によってトリガされ、図５においてパルス列１１２として現れる。パルス１０４およびパルス列１１２は、反対に接続されたダイオード１０８および１１４に接続される。パルス列は、ダイオード間のノード１１６において加算され、パルス列１１８（図４Ｄにおけるパルス列ＰＴ_Ｄに相当する）を提供し、これは、レーザの放電電極に接続されたＲＦＰＳ１２０からのＲＦパルスを命令するために使用される。

ここで、図６の実験回路は、単に、レーザ出力パルスを「正方化」するために、図４Ｄに描写されるタイプの変調されたパルス（パルス列）を形成することが可能であることに留意されたい。回路は、図４Ｂ−Ｄのモードのいずれかにおいて、本発明のパルス内変調によってパルス間出力電力制御を実装するためのいかなる規定も有していない。

図７は、本発明による、パルス内変調によるパルス間パルス電力制御を実装するための回路の一実施例を図式的に図示する、高レベル回路図１３０である。回路の説明は、図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、および８Ｄに加え、図４Ａおよび図４Ｄを参照して、以下に説明される。本説明では、図４Ｄに描写される「平方化」タイプのサブパルス列、例えば、サブパルス列ＰＴ_Ｄが、既に生成されていると仮定する。

端子１３２において、ユーザ提供（ＰＣ、マイクロプロセッサ、または同等物から）パルスコマンド１３４が、提供される。コマンド１３４は、前に送達された図４ＡのパルスＰ１に対応する類似コマンドを伴う、図４Ａの従来技術の（非変調）パルスＰ２に等しくあり得る。パルス１３４は、ノード１３６において分割され、ある部分は、ＡＮＤゲート１３８のある入力に接続され、別の部分は、オフ時間測定回路１４０に接続され、別の部分は、前述のように、パルス列デューティサイクルに対するパルスコマンド間のデータ関連時間を含むルックアップテーブル（ＬＵＴ）を含む、勾配発生器１４２に接続される。コマンドパルスのさらに別の部分は、高周波パルス発生器１４４および起動タイマ１４６の両方に接続される。コマンドパルス１３４の持続時間は、コマンドに対応するサブパルス列、例えば、図４Ｄのサブパルス列ＰＴ_Ｅの持続時間を決定する。

オフ時間測定回路１４０は、前のパルスコマンドの終了以降の経過した時間ｔ_ｏｆｆを測定する。これは、回路１４２に伝送され、記憶されたＬＵＴからデューティサイクル値を判定する。デューティサイクル値は、送達されるべきサブパルス列（図４ＤのＰＴ_Ｅ）中の電力と前のサブパルス列（図４ＤのＰＴ_Ｄ）によって送達されたその電力とを等しくするために要求されるものである。要求されるデューティサイクル値は、高周波パルス発生器１４４に通信される。デューティサイクル値は、列中のサブパルスのＰＲＦの要求される増加として（図４Ｂに描写されるように）、または列中のサブパルスの持続時間の増加として（図４Ｃおよび４Ｄ）、解釈される。いずれの方法が実装される場合でも、パルス発生器１４４は、コマンドパルス１３４の一部の受信に応答して、所望のサブパルス列中のパルスの選択されたＰＲＦ、またはそのパルス間周期に対応する持続時間を有する、立ち下りパルス列１４８（要求されるサブパルスに対応する）を放出する。

コマンドパルス１３４の一部の受信に応答して、起動タイマ１４６は、サブパルス列中の延長初期パルスに対応する持続時間を有する、立ち上りパルス１５０を生成する。パルス１５０の持続時間は、サブパルス列毎に一定である、または高周波パルス発生器１４４から中継される、ＬＵＴ１１０からのデューティサイクルまたはパルス持続時間データを使用して、パルス列毎に調節されることができる。立ち下りパルス列１４８およびパルス１５０は、ＯＲゲート１５２の別個の入力に接続される。いずれかのパルスからの信号が、ＯＲゲートの２つの入力のうちの一方に存在すると、ＡＮＤゲートの他方の入力への出力信号が、提供される。ＡＮＤゲートの出力は、図４ＤのサブパルスＰＴＥに類似するサブパルス列１５４である。本サブパルス列は、コマンドパルス１３４の立ち下りエッジによって終了され、これはまた、別のパルスコマンドを見込んで、パルス発生器１４４および起動タイマ１４６をリセットする。

図７Ａは、本発明による、ガス放電レーザ１６０内に組み込まれた図７Ａのコマンドパルス変調回路を図式的に図示する。回路１３０からのパルス列（変調されたコマンドパルス）１５４は、ＲＦＰＳ１６２に送達される。変調されたコマンドパルスの受信に応答して、ＲＦＰＳは、対応するＲＦサブパルス列、すなわち、変調されたＲＦパルスを、ライブまたは「ホット」電極１６８および接地電極１７０を含む、電極アセンブリ１６６に送達する。本列中のパルスは、励起パルスとして特徴付けられ得る。ＲＦＰＳ１６２は、インピーダンス整合ネットワークを含み、当技術分野において公知のように、ＲＦＰＳの出力インピーダンスと電極のインピーダンスを整合させる。レーザ共振器（ここでは、不安定レーザ共振器）が、鏡１７２と１７４との間に形成される。電極および共振器は、同様に、当技術分野において公知のように、レーザ発振ガス混合物を含む、筐体（図示せず）内にある。前述のように、本発明の方法では、サブパルス間の時間は、サブパルス列が、連続パルスであるかのように、サブパルス列によって励起されたレーザ発振ガス混合物が応答するほど十分に短くされる。その結果、単一レーザ出力パルス１７６のみ、サブパルス列１６４による励起に応答して、レーザ共振器によって送達される。

ここで、図７の回路実施例は、本発明のパルス内変調方法を実装するための回路の一実施例にすぎないことに留意されたい。本回路説明および本明細書に提示される本発明のパルス内変調方法の説明から、電子技術の当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の方法を実装するための他の回路も考案し得る。

要するに、本発明は、本明細書では、好ましい実施形態および他の実施形態の観点から説明される。しかしながら、本発明は、本明細書に説明および描写される実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、本明細書に添付の請求項によってのみ限定される。

Claims (18)

1. レーザ出力パルスの形態においてレーザ出力を提供するためのガス放電レーザを動作させる方法であって、前記レーザは、無線周波電力供給源（ＲＦＰＳ）によって給電される、離間されたガス放電電極とともに、前記放電電極間に形成されるレーザ共振器を含み、
   前記方法は、
   前記レーザ共振器を励起するために、前記ＲＦＰＳから前記ガス放電電極に第１のＲＦサブパルス列を送達することであって、前記列中の各サブパルスは、複数のサイクルのＲＦエネルギーを含み、前記第１のＲＦサブパルス列内のＲＦサブパルスは、前記第１のＲＦサブパルス列が単一ＲＦパルスであるかのように、前記レーザ共振器が前記第１のＲＦサブパルス列に応答するほど十分に短い時間だけ時間的に離間され、それによって、前記レーザ共振器は、前記第１のＲＦサブパルス列による励起に応答して、第１のレーザ出力パルスを送達する、ことと、
   前記第１のＲＦサブパルス列の送達に続いて、前記レーザ共振器を励起させるために、前記ＲＦＰＳから前記ガス放電電極に第２のＲＦサブパルス列を送達することであって、前記第２の列中の各サブパルスは、複数のサイクルのＲＦエネルギーを含み、前記第２のＲＦパルス列中のＲＦサブパルスは、前記第２のＲＦサブパルス列が単一ＲＦパルスであるかのように、前記レーザ共振器が前記第２のＲＦサブパルス列に応答するほど十分に短い時間だけ時間的に離間され、それによって、前記第１の単一レーザ出力パルスの送達に続いて、前記レーザ共振器は、前記第２のＲＦサブパルス列による励起に応答して、第２のレーザ出力パルスを送達し、前記第２のサブパルス列中のＲＦサブパルスの持続時間および数のうちの１つは、前記第２のレーザパルス中のエネルギーが前記第１のレーザパルス中のエネルギーにより密接に一致するように選択される、ことと
   を含む、方法。
2. 前記第１のＲＦサブパルス列は、第１の持続時間を有する初期サブパルスに続いて、前記第１の持続時間より短い第２の持続時間を有する複数のサブパルスを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のＲＦサブパルス列中のＲＦサブパルスは全て、同一の持続時間を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１および第２のＲＦサブパルス列は、ほぼ同一の持続時間を有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１および第２のＲＦサブパルス列は、同一のサブパルス数をその中に有する、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１のＲＦサブパルス列中のＲＦサブパルスは、第１の持続時間を有し、前記第２のＲＦサブパルス列中のＲＦサブパルスは、第２の持続時間を有し、前記第２の持続時間は、前記第１の持続時間より長い、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１のＲＦサブパルス列は、第１の持続時間を有する初期サブパルスに続き、それぞれが第２の持続時間を有する複数のサブパルスを含み、前記第２のＲＦサブパルス列は、第３の持続時間を有する初期サブパルスに続き、それぞれが第４の持続時間を有する複数のサブパルスを含み、前記第３の持続時間は、前記第１の持続時間より長く、前記第４の持続時間は、前記第２の持続時間より長い、請求項５に記載の方法。
8. 前記第１および第２のＲＦサブパルス列中のＲＦサブパルスの持続時間は、同一であり、前記第２のサブパルス列中のサブパルス数は、前記第１のサブパルス列中のサブパルス数より多い、請求項４に記載の方法。
9. 前記第２のＲＦサブパルス列中のＲＦサブパルスの数または持続時間の選択は、前記第１のレーザ出力パルスの終了と前記第２のレーザ出力パルスの開始との間の時間に依存する、請求項１に記載の方法。
10. ガス放電レーザ装置であって、
    離間された放電電極と、
    前記放電電極間に延在するレーザ共振器と、
    前記レーザ共振器を励起するために、前記放電電極に接続された無線周波電力供給源（ＲＦＰＳ）と、
    前記ＲＦＰＳに接続された電子回路であって、前記電子回路は、第１のコマンドパルスを受信し、前記コマンドパルスを第１のコマンドサブパルス列に変換し、前記第１のコマンドサブパルス列を前記ＲＦＰＳに送達し、それによって、前記ＲＦＰＳに、第１の励起サブパルス列が単一ＲＦ励起パルスであるかのように、前記レーザ共振器が前記第１の励起サブパルス列に応答するほど十分に短い前記ＲＦ励起サブパルス間の時間的間隔を伴って、対応する第１のＲＦ励起サブパルス列を前記レーザ共振器に送達させるように構成および配列され、それによって、前記レーザ共振器は、前記第１のＲＦ励起サブパルス列による励起に応答して、第１の単一レーザ出力パルスを送達し、前記電子回路はさらに、前記第１のコマンドパルスの受信に続いて、第２のコマンドパルスを受信し、前記第１のコマンドパルスの終了と前記第２のコマンドパルスの開始との間の時間を判定し、前記第２のコマンドパルスを第２のコマンドサブパルス列に変換し、前記第２のコマンドサブパルス列を前記ＲＦＰＳに送達し、それによって、前記ＲＦＰＳに、第２の励起サブパルス列が単一ＲＦ励起パルスであるかのように、前記レーザ共振器が前記第２の励起サブパルス列に応答するほど十分に短い前記ＲＦ励起サブパルス間の時間的間隔を伴って、対応する第２のＲＦ励起サブパルス列を前記レーザ共振器に送達させるように構成および配列され、それによって、前記レーザ共振器は、前記第２のＲＦ励起サブパルス列による励起に応答して、第２の単一レーザ出力パルスを送達し、前記第２のコマンドサブパルス列と、それに対応した前記第２のＲＦ励起サブパルス列との中のサブパルスの数および持続時間のうちの１つは、前記第１のコマンドパルスの終了と前記第２のコマンドパルスの開始との間の前記判定された時間に基づいて、前記第２のレーザパルス中のエネルギーが前記第１のレーザパルス中のエネルギーにより密接に一致するように選択される、電子回路と
    を備える、装置。
11. ガスレーザを動作させる方法であって、前記レーザは、電極を含み、前記電極は、前記電極間でガスを励起させるために、無線周波（ＲＦ）電力供給源に接続されており、
    前記方法は、
    第１のレーザパルスを産生するために、第１のコマンドを生成するステップと、
    第１のレーザパルスを産生するための前記第１のコマンドに応答して、ＲＦ電力の第１のエンベロープを前記電極に送達するステップであって、前記第１のエンベロープは、第１のサブパルス列を含み、前記列中の各サブパルスは、複数のサイクルのＲＦエネルギーを含む、ステップと、
    第２のレーザパルスを産生するための第２のコマンドを生成するステップと、
    第２のレーザパルスを産生するための前記第２のコマンドに応答して、ＲＦ電力の第２のエンベロープを前記電極に送達するステップであって、前記第１および第２のエンベロープは、ほぼ同一の持続時間を有し、前記第２のエンベロープは、第２のサブパルス列を含み、前記列中の各サブパルスは、複数のサイクルのＲＦエネルギーを含み、前記第１のレーザパルスを産生するための前記第１のコマンドの終了と前記第２のレーザパルスを産生するための前記第２のコマンドの開始との間の時間が所定の周期より短い場合、前記第２のレーザパルス中のエネルギーが前記第１のレーザパルス中のエネルギーにより密接に一致するように、前記第２のパルス列中のサブパルスのデューティサイクルを増加させる、ステップと
    を含む、方法。
12. 前記第２のサブパルス列におけるデューティサイクルは、前記第１のレーザパルスの終了と前記第２のレーザパルスを産生するための前記第２のコマンドの生成との間の時間に逆比例する量だけ増加される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記所定の周期は、前記第１および第２のサブパルス列のデューティサイクルが不変のままである場合、前記第２のレーザパルスが依然として前記第１のレーザパルスとほぼ同一のエネルギーを有する最短時間に対応する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記第２のサブパルス列のデューティサイクルは、前記第２のパルス列中のサブパルス数を増加させることによって増加される、請求項１１に記載の方法。
15. 前記第２のサブパルス列のデューティサイクルは、前記第２のパルス列中のサブパルスの長さを増加させることによって増加される、請求項１１に記載の方法。
16. 各パルス列中の第１のサブパルスは、前記列中のサブパルスの残りより長い、請求項１１に記載の方法。
17. 前記レーザパルスは、孔をワークピース内に穿孔するために使用される、請求項１１に記載の方法。
18. 前記レーザパルスは、ビア孔を印刷基板内に穿孔するために使用される、請求項１１に記載の方法。

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