JP2006344731A - Method and device for laser beam circulation - Google Patents

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Hiroyuki Nose
裕之 野瀬
Onori Ishida
大典 石田
Namio Kaneko
七三雄 金子
Hisaharu Sakae
久晴 栄
一 ▲桑▼原
Hajime Kuwabara
Tomohiko Yamamoto
智彦 山本
風太郎 ▲えび▼名
Futaro Ebina
Mitsuru Kamisaka
充 上坂
Katsuhiro Dobashi
克広 土橋
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National Institute of Radiological Sciences
University of Tokyo NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for laser beam circulation capable of confining laser beam in a specified optical path for circulation so that the same laser beam is condensed a plurality of times on the same laser beam focusing point, while the laser beam focusing point is easily and accurately fine-adjusted, resulting in significantly improved usage of laser beam. <P>SOLUTION: Laser beam 3 is introduced from outside and confined in a circulation circuit 5. It is made to pass repeatedly a laser beam focusing point 9 in the circulation circuit. The laser beam focusing point is adjusted so that the same laser beam is condensed a plurality of times on the same laser beam focusing point. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、同一のレーザー光を同一のレーザー光集光点に複数回集光させ、レーザー光の利用効率を高めるためのレーザー光周回装置及びレーザー光周回方法に関する。   The present invention relates to a laser beam circulating device and a laser beam circulating method for condensing the same laser beam at the same laser beam focusing point a plurality of times and improving the utilization efficiency of the laser beam.

X線は波長が約0.1〜100Å(10-11〜10-m)程度の電磁波であり、このうち波長の短いX線(10〜100keV,λ=1〜0.1Å)を硬X線、波長の長いX線(0.1〜10keV,λ=100〜1Å)を軟X線という。また、物質に電子線などを当てた時に、物質の構成元素固有の波長をもつX線を特性X線という。 X-ray is an electromagnetic wave having a wavelength of about of about 0.1~100Å (10- 11 ~10- 8 m) , short X-ray of these wavelengths (10~100keV, λ = 1~0.1Å) hard X X-rays with long wavelengths and wavelengths (0.1 to 10 keV, λ = 100 to 1Å) are called soft X-rays. In addition, when an electron beam or the like is applied to a substance, an X-ray having a wavelength specific to the constituent element of the substance is called a characteristic X-ray.

X線を用いた装置としてX線透過装置、X線CT装置、X線回折装置、X線分光装置等が、医療、生命科学、材料科学など広い分野で利用されている。例えば、心筋梗塞の治療には、50keV程度のX線を用いた冠状動脈血管造影(IVCAG)が一般に行なわれている。また、X線CT装置は、測定する物体に異なる方向からX線を照射してその吸収を測定し、コンピュータによって画像を再構築して物体の二次元断面画像を得る装置である。   An X-ray transmission device, an X-ray CT device, an X-ray diffraction device, an X-ray spectroscopic device, and the like are used in a wide range of fields such as medicine, life science, and material science as devices using X-rays. For example, for the treatment of myocardial infarction, coronary artery angiography (IVCAG) using X-rays of about 50 keV is generally performed. The X-ray CT apparatus is an apparatus that obtains a two-dimensional cross-sectional image of an object by irradiating the object to be measured with X-rays from different directions, measuring absorption thereof, and reconstructing an image by a computer.

X線の発生源としては、X線管とシンクロトロン放射光が広く知られている。
X線管は、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高電圧で加速して金属陽極(ターゲット)に衝突させて、X線を発生させる装置である。X線管から発生するX線は、電子の制動放射による連続X線と、輝線スペクトルである特性X線とからなる。連続X線は特定の波長のX線を必要としない用途、例えば医療用や工業用の透過法の光源として用いられる。また特性X線は、特定の波長のX線を必要とする用途、例えばX線回折や蛍光X線分光等に用いられる。
X-ray tubes and synchrotron radiation are widely known as X-ray generation sources.
An X-ray tube is an apparatus that generates X-rays by accelerating thermoelectrons obtained by heating a filament in a vacuum at a high voltage to collide with a metal anode (target). X-rays generated from the X-ray tube are composed of continuous X-rays due to bremsstrahlung of electrons and characteristic X-rays that are emission line spectra. Continuous X-rays are used as light sources for applications that do not require X-rays of a specific wavelength, for example, medical and industrial transmission methods. Characteristic X-rays are used for applications that require X-rays of a specific wavelength, such as X-ray diffraction and fluorescent X-ray spectroscopy.

一方、シンクロトロン放射光(SR光)は、環状加速器(シンクロトロン)において、光速に近い速度まで加速した電子ビームの軌道を強力な磁石で変化させ、その軌道変化の際に発生するX線である。SR光は、X線管に比べて桁違い(10倍以上)に強力なX線源であり(例えばX線強度(光子数):約1014photons/s、パルス幅:約100ps)、高いX線強度を必要とする分野で用いられる。 On the other hand, synchrotron radiation (SR light) is an X-ray generated when the orbit of an electron beam accelerated to a speed close to the speed of light is changed by a powerful magnet in a ring accelerator (synchrotron). is there. SR light is an extremely powerful X-ray source (10 3 times or more) compared to an X-ray tube (for example, X-ray intensity (number of photons): about 10 14 photons / s, pulse width: about 100 ps), Used in fields that require high X-ray intensity.

しかし、シンクロトロンを用いた放射光施設は、シンクロトロンの長径が例えば50m以上、軌道長が100m以上に達する大型設備であるため、研究や医療用であっても容易には導入できない問題がある。   However, synchrotron facilities using synchrotrons are large facilities with a synchrotron length of, for example, 50 m or more and an orbital length of 100 m or more, and therefore cannot be easily introduced even for research and medical purposes. .

そこで、小型の装置でX線を発生させる手段として、特許文献1、2が提案されている。
また、本発明と関連する先行技術として、非特許文献1、2が開示されている。
Therefore, Patent Documents 1 and 2 have been proposed as means for generating X-rays with a small apparatus.
Non-patent documents 1 and 2 are disclosed as prior arts related to the present invention.

特許文献1の「X線発生装置」は、図15に示すように、一部が相互に共有された複数の周回電子軌道を画定し、該軌道の共有部分に、電子ビーム71のエネルギーを増減させる加速器72が配置されたマイクロトロン73と、前記マイクロトロンの周回電子軌道に電子ビーム71を入射させる電子ビーム源74と、前記マイクロトロンの軌道の共有部分を飛翔する電子に衝突するようにレーザービーム75を出射するレーザー光源76とを有するものである。   As shown in FIG. 15, the “X-ray generator” of Patent Document 1 defines a plurality of orbiting electron orbits that are partially shared with each other, and increases or decreases the energy of the electron beam 71 in the common part of the orbits. A microtron 73 in which an accelerator 72 is disposed, an electron beam source 74 that causes an electron beam 71 to enter the orbiting electron orbit of the microtron, and a laser that collides with electrons flying in a shared portion of the microtron orbit. And a laser light source 76 that emits a beam 75.

特許文献2の「短パルス電子ビームの加速及び圧縮の方法とその装置」は、パルス状電子ビームのパルス幅を圧縮する手段に係わり、入射した電子ビームを電子軌道に沿って周回させながら加速管で加速しつつ、電子ビームのパルス幅を圧縮するものである。   Patent Document 2 “Acceleration and compression method and apparatus for short pulse electron beam” relates to a means for compressing the pulse width of a pulsed electron beam, and an accelerating tube while circulating an incident electron beam along an electron trajectory. The pulse width of the electron beam is compressed while accelerating.

非特許文献1の「小型X線発生装置」は、図16に示すように、小型の加速器81(Xバンド加速管)で加速された電子ビーム82をレーザー83と衝突させてX線84を発生させるものである。RF電子銃85(熱RFガン)で生成されたマルチバンチ電子ビーム82はXバンド加速管81で加速され、パルスレーザー光83と衝突する。コンプトン散乱により、時間幅10nsの硬X線84が生成される。
この装置は、一般に線形加速器で用いられるSバンド(2.856GHz)の4倍の周波数にあたるXバンド(11.424GHz)をRFとして用いて小型化を図っており、例えばX線強度(光子数):約1×10photons/s、パルス幅:約10psの強力な硬X線の発生が予測されている。
As shown in FIG. 16, the “small X-ray generator” of Non-Patent Document 1 generates an X-ray 84 by colliding an electron beam 82 accelerated by a small accelerator 81 (X-band accelerator tube) with a laser 83. It is something to be made. The multi-bunch electron beam 82 generated by the RF electron gun 85 (thermal RF gun) is accelerated by the X-band accelerator tube 81 and collides with the pulse laser beam 83. The hard X-ray 84 having a time width of 10 ns is generated by Compton scattering.
This device is miniaturized by using an X band (11.424 GHz), which is four times the frequency of the S band (2.856 GHz) generally used in a linear accelerator, as RF, for example, X-ray intensity (number of photons). : About 1 × 10 9 photons / s, pulse width: generation of intense hard X-rays of about 10 ps is predicted.

非特許文献2は、図17に示すように、多数の反射鏡を用いてレーザー光を閉じ込めて周回させ、反応領域における衝突率を高めるものである。   In Non-Patent Document 2, as shown in FIG. 17, a laser beam is confined and circulated by using a large number of reflecting mirrors to increase the collision rate in the reaction region.

特開2002−280200号公報、「X線発生装置及び発生方法」Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-280200, “X-ray generation apparatus and generation method” 特許第3201585号公報、「短パルス電子ビームの加速及び圧縮の方法とその装置」Japanese Patent No. 3151585, “Method and apparatus for accelerating and compressing short pulse electron beam”

土橋克広、他、「Xバンドリニアックを用いた小型硬X線源の開発」、2002Katsuhiro Dobashi, et al., “Development of small hard X-ray source using X-band linac”, 2002 Yasuo SUZUKI,et al.“A NEW LASER MASS SPECTROMETRY FOR CHEMICAL ULTRATRACE ANALYSIS ENHANCED WITH MULTI-MIRROR SYSTEM (RIMMPA)”, ANALITICAL SCIENCE 2001 Vol.17 SupplementYasuo SUZUKI, et al. “A NEW LASER MASS SPECTROMETRY FOR CHEMICAL ULTRATRAC ANALYSIS ENHANCED WITH MULTI-MIRROR SYSTEM (RIMMPA)”, ANALYTIC SCIENCE 2001 Vol. 17 Supplement

特許文献1、2の装置では、マイクロトロンで電子ビームを周回させているが、電子ビームを周回させる方法では、電子ビームとレーザー光が正面衝突できないため、X線の発生効率(すなわちレーザー光の利用効率)が低い。また、電子ビームを周回させるために大型の磁石を多数使用するため、X線発生部が大型になる。   In the devices of Patent Documents 1 and 2, the electron beam is circulated by the microtron. However, in the method of rotating the electron beam, since the electron beam and the laser beam cannot collide head-on, the X-ray generation efficiency (that is, the laser beam) Usage efficiency is low. In addition, since a large number of large magnets are used to circulate the electron beam, the X-ray generation unit becomes large.

これに対し、非特許文献1の装置では、マルチバンチ電子ビームとパルスレーザー光が正面衝突するため、レーザー光の利用効率を高めることができる。この場合、X線の発生量は、電子ビームの電流とレーザー光の光子数に比例する。
しかし、電子ビームのパルス幅(例えば数100ns〜数1000ns)に対し、パルスレーザー光のパルス幅は非常に短い(例えばNd:YAGレーザーの場合10ns)ため、X線の発生に寄与するのは全体のごく一部にすぎずレーザー光の利用効率が低い問題点があった。
また、例えばレーザー光を希薄なガスの分子とレーザー光の相互作用に利用するような場合、レーザー光の利用効率が低い問題点があった。
On the other hand, in the apparatus of Non-Patent Document 1, since the multi-bunch electron beam and the pulse laser beam collide head-on, the utilization efficiency of the laser beam can be increased. In this case, the amount of X-ray generation is proportional to the current of the electron beam and the number of photons of the laser beam.
However, the pulse width of the pulse laser beam is very short (for example, 10 ns in the case of a Nd: YAG laser) with respect to the pulse width of the electron beam (for example, several hundred ns to several thousand ns). There is a problem that the utilization efficiency of laser light is low.
Further, for example, when laser light is used for interaction between a rare gas molecule and laser light, there is a problem that the utilization efficiency of laser light is low.

さらに、仮に、非特許文献2のように、多数(例えば32枚)の反射鏡を用いてレーザー光を閉じ込めても、電子ビームとレーザー光が正面衝突できないためレーザー光の利用効率が低い。
また、この場合、多数の反射鏡を微調整して光の軌道を調整するため、調整が非常に困難であり、電子ビームとレーザー光の位置ずれが起こりやすく、非常に細い電子ビーム(例えば直径100μm程度)を同様に非常に細いレーザー光(例えば直径100μm程度)に正確に衝突させることがほとんど不可能に近い問題点があった。
Further, as in Non-Patent Document 2, even if the laser beam is confined using a large number (for example, 32) of reflecting mirrors, the electron beam and the laser beam cannot collide head-on, so the utilization efficiency of the laser beam is low.
Also, in this case, since the light trajectory is adjusted by finely adjusting a number of reflecting mirrors, the adjustment is very difficult, the position of the electron beam and the laser beam is likely to shift, and a very thin electron beam (for example, a diameter) Similarly, there is a problem that it is almost impossible to accurately collide with a very thin laser beam (for example, about 100 μm in diameter).

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、レーザー光を所定の光路内に閉じ込めて周回させ同一のレーザー光を同一のレーザー光集光点に複数回集光させることができ、かつレーザー光集光点の位置を容易かつ正確に微調整することができ、これによりレーザー光の利用効率を大幅に高めることができるレーザー光周回装置及びレーザー光周回方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to confine and circulate laser light in a predetermined optical path so that the same laser light can be condensed at the same laser light condensing point multiple times, and the position of the laser light condensing point. It is an object of the present invention to provide a laser beam circulating apparatus and a laser beam circulating method which can finely adjust the laser beam easily and accurately, and thereby can greatly increase the utilization efficiency of the laser beam.

本発明によれば、レーザー光を外部から導入し、該レーザー光を周回する周回路内に閉じ込めて、該周回路内のレーザー光集光点を繰り返し通過させるレーザー光周回光学系と、
前記レーザー光集光点の位置を調整するレーザー光集光点調整装置とを備え、これにより同一のレーザー光を同一のレーザー光集光点に複数回集光させる、ことを特徴とするレーザー光周回装置が提供される。
According to the present invention, a laser beam circulating optical system that introduces a laser beam from the outside, confines the laser beam in a circuit that circulates the laser beam, and repeatedly passes through a laser beam condensing point in the circuit,
A laser beam condensing point adjusting device that adjusts the position of the laser beam condensing point, thereby condensing the same laser beam at the same laser beam condensing point multiple times An orbiting device is provided.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記レーザー光集光点調整装置は、レーザー光集光点の上流側に位置する第1凸レンズと、レーザー光集光点の下流側に位置する第2凸レンズと、前記第1凸レンズと第2凸レンズを光軸に直交する方向に移動可能な第1レンズ位置調整装置とを備える。   According to a preferred embodiment of the present invention, the laser beam condensing point adjusting device includes a first convex lens located upstream of the laser beam condensing point and a second convex lens located downstream of the laser beam condensing point. And a first lens position adjusting device capable of moving the first convex lens and the second convex lens in a direction perpendicular to the optical axis.

前記レーザー光集光点調整装置は、更に、前記第1凸レンズと第2凸レンズとで2つの区画に分割される半周回路の内、レーザー光集光点を含まない側の半周回路において上流側に位置する第4凸レンズと下流側に位置する第3凸レンズを、第2凸レンズと第3凸レンズの間の周回路長d23と、第4凸レンズと第1凸レンズの間の周回路長d41とを等しく設け、さらに前記第3凸レンズと第4凸レンズを光軸に直交する方向に移動可能な第2レンズ位置調整装置を備える。 The laser beam condensing point adjusting device further includes an upstream side in a half circuit that does not include the laser beam condensing point among the half circuit divided into two sections by the first convex lens and the second convex lens. The fourth convex lens positioned and the third convex lens positioned on the downstream side include a circumferential circuit length d 23 between the second convex lens and the third convex lens, and a circumferential circuit length d 41 between the fourth convex lens and the first convex lens. A second lens position adjusting device is provided that is equally provided and is capable of moving the third convex lens and the fourth convex lens in a direction orthogonal to the optical axis.

第4凸レンズの焦点距離fと第1凸レンズの焦点距離fの和は、第4凸レンズと第1凸レンズの間の周回路長d41に等しく、かつ
第2凸レンズの焦点距離fと第3凸レンズの焦点距離fの和は、第2凸レンズと第3凸レンズの間の周回路長d23に等しく設定されている。
The focal length f 4 of the fourth lens sum of the focal length f 1 of the first convex lens is equal to the circumferential circuit length d 41 between the fourth convex lens and the first convex lens, and the focal length f 2 of the second convex lens first 3 the sum of the focal length f 3 of the convex lens is set equal to the circumferential circuit length d 23 between the second convex lens and the third lens.

また、 前記レーザー光集光点調整装置は、更に、2つの同焦点距離の第3凸レンズと第4凸レンズを互いに焦点距離だけ離して設け、その中央に凹レンズを設け、
該凹レンズの焦点距離fは、焦点距離fの1/4と焦点距離fの1/4に等しく、かつ
第3凸レンズと凹レンズの間の周回路長d35と、凹レンズと第4凸レンズとの間の周回路長d54は、焦点距離fの1/2に等しく設定されている。
In addition, the laser beam condensing point adjusting device is further provided with a third convex lens and a fourth convex lens having two same focal lengths apart from each other by a focal length, and a concave lens is provided at the center thereof.
The focal length f 5 of the concave lens is equal to 1/4 of the 1/4 and the focal length f 4 of the focal length f 3, and a peripheral circuit length d 35 between the third convex lens and a concave lens, a concave lens and a fourth lens peripheral circuit length d 54 between are set equal to 1/2 of the focal length f 3.

前記レーザー光周回光学系は、第1直線偏光をそのまま通し、これに直交する第2直線偏光を直角に反射する偏光ビームスプリッターと、
該偏光ビームスプリッターを出たレーザー光を複数回反射して前記偏光ビームスプリッターに周回させる複数の反射ミラーと、
前記周回路内に位置し電圧の印加時に通過するレーザー光の偏光方向を90度回転するポッケルスセルと、
偏光ビームスプリッターに周回するレーザー光が常に第2直線偏光となるようにポッケルスセルを制御する制御装置とを備え、
前記偏光ビームスプリッターによりレーザー光を直角に反射して、レーザー光を周回する周回路内に閉じ込める。
The laser beam circulating optical system passes through the first linearly polarized light as it is, and reflects the second linearly polarized light orthogonal to the polarized light beam splitter,
A plurality of reflection mirrors that reflect the laser beam emitted from the polarization beam splitter a plurality of times and circulate around the polarization beam splitter;
A Pockels cell that is located in the peripheral circuit and rotates the polarization direction of the laser beam that passes when a voltage is applied;
A control device that controls the Pockels cell so that the laser beam circulating around the polarization beam splitter is always the second linearly polarized light,
Laser light is reflected at right angles by the polarization beam splitter and confined in a circuit that circulates the laser light.

本発明の好ましい一実施形態によれば、前記レーザー光は、パルスレーザー光であり、
更に、前記ポッケルスセルの上流側に位置し通過するパルスレーザー光の偏光面を90度回転させる2分の1波長板を備え、
前記制御装置により、パルスレーザー光の最初の周回時には、ポッケルスセルに電圧を印加せずに第2直線偏光をそのまま通し、2周目以降はポッケルスセルに電圧を印加し第1直線偏光を第2直線偏光にして通す。
According to a preferred embodiment of the present invention, the laser beam is a pulsed laser beam,
Furthermore, a half-wave plate that rotates the polarization plane of the pulsed laser light that is located upstream of the Pockels cell and rotates 90 degrees,
The control device allows the second linearly polarized light to pass without applying a voltage to the Pockels cell during the first round of the pulsed laser beam, and applies the voltage to the Pockels cell for the second and subsequent rounds. Pass through linearly polarized light.

また本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記レーザー光は、パルスレーザー光であり、
前記制御装置により、パルスレーザー光の最初の周回時に、ポッケルスセルに電圧を印加し第1直線偏光を第2直線偏光にして通し、2周目以降はポッケルスセルに電圧を印加せずに第2直線偏光をそのまま通す。
According to another preferred embodiment of the present invention, the laser beam is a pulsed laser beam,
The control device applies a voltage to the Pockels cell during the first round of the pulsed laser beam to change the first linearly polarized light to the second linearly polarized light, and the second and subsequent cycles without applying a voltage to the Pockels cell. Pass linearly polarized light as it is.

また、本発明によれば、レーザー光を外部から導入し、該レーザー光を周回する周回路内に閉じ込めて、該周回路内のレーザー光集光点を繰り返し通過させ、
かつレーザー光集光点の位置を調整し、同一のレーザー光を同一のレーザー光集光点に複数回集光させる、ことを特徴とするレーザー光周回方法が提供される。
In addition, according to the present invention, laser light is introduced from the outside, confined in a peripheral circuit that circulates the laser light, and repeatedly passes through the laser light condensing point in the peripheral circuit,
And the position of a laser beam condensing point is adjusted and the same laser beam is condensed to the same laser beam condensing point several times, The laser beam circulation method characterized by the above-mentioned is provided.

本発明の好ましい実施形態によれば、レーザー光集光点の上流側に第1凸レンズを位置決めし、レーザー光集光点の下流側に第2凸レンズを位置決めし、第1凸レンズと第2凸レンズを光軸に直交する方向に移動してレーザー光集光点の位置を調整する。   According to a preferred embodiment of the present invention, the first convex lens is positioned upstream of the laser beam condensing point, the second convex lens is positioned downstream of the laser beam condensing point, and the first convex lens and the second convex lens are arranged. The position of the laser beam condensing point is adjusted by moving in the direction perpendicular to the optical axis.

更に、第1凸レンズの上流側に第3凸レンズを位置決めし、第2凸レンズの下流側に第4凸レンズを位置決めし、前記第1乃至第4の凸レンズを光軸に直交する方向に移動してレーザー光集光点の位置と入射角度を調整する。   Further, the third convex lens is positioned upstream of the first convex lens, the fourth convex lens is positioned downstream of the second convex lens, and the first to fourth convex lenses are moved in a direction orthogonal to the optical axis to move the laser. Adjust the position of the light condensing point and the incident angle.

また、前記第3凸レンズと第4凸レンズの間に凹レンズを設け、これにより周回路を小型化し、かつ第3凸レンズと第4凸レンズの間のレーザー光の集光強度を低減する。   Further, a concave lens is provided between the third convex lens and the fourth convex lens, thereby reducing the size of the peripheral circuit and reducing the intensity of condensing laser light between the third convex lens and the fourth convex lens.

また、第1直線偏光のレーザー光を偏光ビームスプリッターを通して外部から導入し、
該偏光ビームスプリッターを出たレーザー光を同一平面内で複数回反射して前記偏光ビームスプリッターに周回させる周回路を形成し、
前記周回路内に位置するポッケルスセルを用いて、偏光ビームスプリッターに周回するレーザー光が常に第1直線偏光と直交する第2直線偏光となるようにポッケルスセルを制御し、
偏光ビームスプリッターによりレーザー光を直角に反射して、レーザー光を周回する周回路内に閉じ込める。
In addition, the first linearly polarized laser light is introduced from the outside through the polarization beam splitter,
Forming a peripheral circuit for reflecting the laser beam emitted from the polarization beam splitter a plurality of times in the same plane and circulating around the polarization beam splitter;
Using the Pockels cell located in the circumference circuit, the Pockels cell is controlled so that the laser light circulating around the polarization beam splitter is always a second linearly polarized light orthogonal to the first linearly polarized light,
The laser beam is reflected at a right angle by the polarization beam splitter and confined in a circuit around the laser beam.

上記本発明の装置及び方法によれば、レーザー光周回光学系によりレーザー光を外部から導入し、該レーザー光を周回する周回路内に閉じ込めて、該周回路内のレーザー光集光点を繰り返し通過させるので、レーザー光を所定の光路内に閉じ込めて周回させ同一のレーザー光を同一のレーザー光集光点に複数回集光させることができる。   According to the apparatus and method of the present invention, a laser beam is introduced from the outside by a laser beam circulating optical system, confined in a circuit that circulates the laser beam, and a laser beam condensing point in the circuit is repeated. Since the laser beam is allowed to pass, the laser beam can be confined in a predetermined optical path and circulated so that the same laser beam can be condensed at the same laser beam condensing point a plurality of times.

また、レーザー光集光点の位置を調整するレーザー光集光点調整装置を有するので、レーザー光集光点の位置を容易かつ正確に微調整することができ、これによりレーザー光の利用効率を大幅に高めることができる。   In addition, since it has a laser beam condensing point adjustment device that adjusts the position of the laser beam condensing point, the position of the laser beam condensing point can be easily and accurately fine-tuned, thereby improving the laser light utilization efficiency. Can greatly increase.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明によるレーザー光周回装置を備えたX線発生装置の全体構成図である。このX線発生装置は、電子ビーム発生装置10、レーザー発生装置20およびレーザー光周回装置30を備える。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of an X-ray generator equipped with a laser beam circulating apparatus according to the present invention. The X-ray generator includes an electron beam generator 10, a laser generator 20, and a laser beam circulating device 30.

電子ビーム発生装置10は、電子ビームを加速してパルス電子ビーム1を発生し所定の直線軌道2を通過させる機能を有する。
この例において、電子ビーム発生装置10は、RF電子銃11、α‐磁石12、加速管13、ベンディング磁石14、Q−磁石15、減速管16、およびビームダンプ17を備える。
The electron beam generator 10 has a function of accelerating the electron beam to generate a pulsed electron beam 1 and passing it through a predetermined linear trajectory 2.
In this example, the electron beam generator 10 includes an RF electron gun 11, an α-magnet 12, an acceleration tube 13, a bending magnet 14, a Q-magnet 15, a reduction tube 16, and a beam dump 17.

RF電子銃11と加速管13は、Xバンド(11.424GHz)の高周波電源18により駆動される。RF電子銃11から引き出された電子ビームは、α‐磁石12により軌道を変えて加速管13に入射する。加速管13は、小型のXバンド加速管であり、電子ビームを加速し、好ましくは約50MeV前後の高エネルギーの電子ビームを形成する。この電子ビームは、例えば約1μs前後のパルス電子ビーム1である。
特にパルス電子ビーム1は、1つの電子の塊に、周回するレーザー光を何度も衝突させるため、レーザー光の周回時間(約10ns)よりも、大きな電子ビームを発生する必要があるため、マルチバンチパルス電子ビームであるのが良い。
The RF electron gun 11 and the acceleration tube 13 are driven by an X-band (11.424 GHz) high-frequency power source 18. The electron beam extracted from the RF electron gun 11 changes its orbit by the α-magnet 12 and enters the acceleration tube 13. The accelerating tube 13 is a small X-band accelerating tube that accelerates the electron beam and forms a high energy electron beam, preferably around 50 MeV. This electron beam is, for example, a pulsed electron beam 1 of about 1 μs.
In particular, the pulsed electron beam 1 needs to generate an electron beam larger than the circulation time of the laser beam (about 10 ns) in order to collide the laser beam which circulates many times with one electron mass. A bunch pulsed electron beam is preferable.

ベンディング磁石14は、パルス電子ビーム1の軌道を磁場で曲げて所定の直線軌道2を通過させ、通過後のパルス電子ビーム1をビームダンプ17まで導く。Q−磁石15はパルス電子ビーム1の収束具合を調整する。減速管16は、パルス電子ビーム1を減速する。ビームダンプ17は、直線軌道2を通過した後のパルス電子ビーム1を捕捉して、放射線の漏洩を防止する。   The bending magnet 14 bends the trajectory of the pulsed electron beam 1 with a magnetic field, passes the pulsed electron beam 1 through the predetermined linear trajectory 2, and guides the pulsed electron beam 1 after passing to the beam dump 17. The Q-magnet 15 adjusts the degree of convergence of the pulsed electron beam 1. The decelerating tube 16 decelerates the pulsed electron beam 1. The beam dump 17 captures the pulsed electron beam 1 after passing through the linear trajectory 2 to prevent radiation leakage.

同期装置19は、電子ビーム発生装置10とレーザー発生装置20の同期をとり、パルス電子ビーム1のタイミングと後述するパルスレーザー光3とのタイミングを合わせ、パルス電子ビーム1とパルスレーザー光3が所定の直線軌道2上の衝突点2aで衝突するように制御する。   The synchronizer 19 synchronizes the electron beam generator 10 and the laser generator 20 to synchronize the timing of the pulsed electron beam 1 and the timing of a pulsed laser beam 3 to be described later, so that the pulsed electron beam 1 and the pulsed laser beam 3 are predetermined. It controls so that it may collide at the collision point 2a on the straight track 2 of.

上述した電子ビーム発生装置10により、例えば、約50MeV前後、約1μs前後のパルス電子ビーム1を発生し、これを所定の直線軌道2を通過させることができる。   With the electron beam generator 10 described above, for example, a pulsed electron beam 1 of about 50 MeV and about 1 μs can be generated and passed through a predetermined linear trajectory 2.

レーザー発生装置20は、レーザー装置21と可変ビームエキスパンダ22を有し、レーザー光を発生し、これを所定のビーム径に拡大して照射する機能を有する。
レーザー装置21は、例えば波長1064nmのNd−YAGレーザーである。またパルスレーザー光3は、この例に限定されず、エキシマレーザーのArF(波長193nm),KrF(波長248nm),XeCl(波長308nm),XeF(波長351nm),F2(波長157nm)やYAGレーザーの第3高調波(波長355nm)、第4高調波(波長266nm)、第5高調波(波長213nm)、その他を用いてもよい。
The laser generator 20 has a laser device 21 and a variable beam expander 22, and has a function of generating laser light and irradiating it with a predetermined beam diameter.
The laser device 21 is an Nd-YAG laser with a wavelength of 1064 nm, for example. Further, the pulse laser beam 3 is not limited to this example, and ArF (wavelength 193 nm), KrF (wavelength 248 nm), XeCl (wavelength 308 nm), XeF (wavelength 351 nm), F2 (wavelength 157 nm), or YAG laser of an excimer laser is used. Third harmonic (wavelength 355 nm), fourth harmonic (wavelength 266 nm), fifth harmonic (wavelength 213 nm), and others may be used.

なお、本発明において、レーザー光が連続レーザー光であり、レーザー装置21が連続レーザー装置であってもよいが、レーザー光がパルスレーザー光3であり、レーザー装置21がパルスレーザー装置であるのが好ましい。
以下、レーザー光がパルスレーザー光3であり、レーザー装置21がパルスレーザー装置である場合について説明する。
In the present invention, the laser beam may be a continuous laser beam and the laser device 21 may be a continuous laser device. However, the laser beam is a pulse laser beam 3 and the laser device 21 is a pulse laser device. preferable.
Hereinafter, the case where the laser beam is the pulse laser beam 3 and the laser device 21 is a pulse laser device will be described.

図2は、本発明によるレーザー光周回光学系の第1実施形態図である。
レーザー光周回装置30は、レーザー光周回光学系32を有し、パルスレーザー光3(p偏光3a)を外部のレーザー発生装置20から反射ミラー31を介して周回路5内に導入し、このパルスレーザー光3を周回する周回路5内に閉じ込めて、周回路内のレーザー光集光点9を繰り返し通過させるようになっている。周回路5は、この例では同一平面上の位置a,b,c,dを通る矩形光路である。
レーザー光集光点9は、図1の例における電子ビームとの衝突位置(直線軌道2上の衝突点2a)に相当する。しかし、本発明は、電子ビームとの衝突に限定されず、ガス等にも適用できる。
FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of a laser beam circulating optical system according to the present invention.
The laser beam circulating device 30 has a laser beam circulating optical system 32, and introduces the pulse laser beam 3 (p-polarized light 3 a) into the peripheral circuit 5 from the external laser generator 20 through the reflection mirror 31. The laser light 3 is confined in a peripheral circuit 5 that circulates, and the laser light condensing point 9 in the peripheral circuit is repeatedly passed. The peripheral circuit 5 is a rectangular optical path passing through positions a, b, c, and d on the same plane in this example.
The laser beam condensing point 9 corresponds to the collision position with the electron beam (collision point 2a on the straight track 2) in the example of FIG. However, the present invention is not limited to the collision with the electron beam, but can be applied to gas or the like.

この図において、レーザー光周回光学系32は、偏光ビームスプリッター34、3枚の反射ミラー36a,36b,36c、ポッケルスセル38、および制御装置40を備える。   In this figure, the laser beam circulating optical system 32 includes a polarizing beam splitter 34, three reflecting mirrors 36a, 36b, 36c, a Pockels cell 38, and a control device 40.

偏光ビームスプリッター34は、第1直線偏光3a(p偏光)をそのまま通し、これに直交する第2直線偏光3b(S偏光)を直角に反射する。
3枚の反射ミラー36a,36b,36cは、偏光ビームスプリッター34を出たパルスレーザー光3を複数回(この例では3回)反射して、偏光ビームスプリッター34に周回させ、同一平面上の矩形光路である周回路5を構成する。
なお、本発明において、周回路5は同一平面上の矩形光路に限定されず、3次元光路でも、3角形又は5角以上の多角形でもよい。
The polarization beam splitter 34 passes the first linearly polarized light 3a (p-polarized light) as it is, and reflects the second linearly polarized light 3b (S-polarized light) orthogonal thereto at right angles.
The three reflecting mirrors 36a, 36b, and 36c reflect the pulsed laser light 3 emitted from the polarizing beam splitter 34 a plurality of times (in this example, three times), and circulate around the polarizing beam splitter 34 to form a rectangular shape on the same plane. The peripheral circuit 5 which is an optical path is configured.
In the present invention, the peripheral circuit 5 is not limited to a rectangular optical path on the same plane, and may be a three-dimensional optical path, a triangle, or a polygon having five or more corners.

反射ミラー36a,36b,36cは、全反射ミラーである。単色硬X線4の放射方向がパルス電子ビーム1と同一方向である場合、単色硬X線4の放射方向に位置する反射ミラー36aは、好ましくX線透過率の高い材料(例えば石英ガラス)の表面に反射膜をコーティングしたものであり、単色硬X線4が通過できかつその損失が十分小さいように薄く作られているのがよい。
なお、この構成は必須ではなく、単色硬X線4の放射方向がパルス電子ビーム1と異なる場合には、反射ミラー36a,36b,36cをX線透過率の低い材料(例えば金属)で構成してもよい。
The reflection mirrors 36a, 36b, and 36c are total reflection mirrors. When the radiation direction of the monochromatic hard X-ray 4 is the same as that of the pulsed electron beam 1, the reflection mirror 36a positioned in the radiation direction of the monochromatic hard X-ray 4 is preferably made of a material having a high X-ray transmittance (for example, quartz glass). The surface is coated with a reflective film, and is preferably made thin so that the monochromatic hard X-ray 4 can pass through and its loss is sufficiently small.
Note that this configuration is not essential. When the radiation direction of the monochromatic hard X-ray 4 is different from that of the pulsed electron beam 1, the reflection mirrors 36a, 36b, and 36c are made of a material having a low X-ray transmittance (for example, metal). May be.

ポッケルスセル38は、周回路5内の位置d,aの間に位置し、電圧の印加時に通過する偏光の偏光方向を90度回転する。ポッケルスセルは、光ビームの偏光方向を素早くスイッチングできる非線形光学結晶である。
制御装置40は、偏光ビームスプリッター34に周回して入るパルスレーザー光3が常に第2直線偏光3b(S偏光)となるようにポッケルスセル38を制御する。
The Pockels cell 38 is located between the positions d and a in the peripheral circuit 5 and rotates the polarization direction of the polarized light that passes when a voltage is applied by 90 degrees. A Pockels cell is a nonlinear optical crystal that can quickly switch the polarization direction of a light beam.
The control device 40 controls the Pockels cell 38 so that the pulsed laser light 3 that circulates and enters the polarization beam splitter 34 always becomes the second linearly polarized light 3b (S-polarized light).

図2の例において、レーザー光周回光学系32は、2分の1波長板41(λ/2波長板)を有する。このλ/2波長板41は、この例では、ポッケルスセル38の上流側の位置c,dの間に位置し、通過するパルスレーザー光3(3a又は3b)の偏光面を常に90度回転させる。   In the example of FIG. 2, the laser beam circulating optical system 32 includes a half-wave plate 41 (λ / 2 wavelength plate). In this example, the λ / 2 wavelength plate 41 is positioned between positions c and d on the upstream side of the Pockels cell 38, and always rotates the polarization plane of the passing pulse laser beam 3 (3a or 3b) by 90 degrees. .

また、制御装置40は、パルスレーザー光3の最初の周回時には、ポッケルスセル38に電圧を印加せずに第2直線偏光3bをそのまま通し、2周目以降はポッケルスセル38に電圧を印加し第1直線偏光3aを第2直線偏光3bにして通すように制御する。   Further, the control device 40 passes the second linearly polarized light 3b as it is without applying a voltage to the Pockels cell 38 during the first round of the pulse laser beam 3, and applies a voltage to the Pockels cell 38 after the second round. Control is performed so that the first linearly polarized light 3a passes as the second linearly polarized light 3b.

上述した装置を用い、本発明の方法では、第1直線偏光3aのパルスレーザー光3を偏光ビームスプリッター34を通して外部から導入し、偏光ビームスプリッター34を出たパルスレーザー光3を同一平面内で複数回反射して偏光ビームスプリッター34に周回させる周回路5を形成し、周回路5内に位置する2分の1波長板58及びポッケルスセル38を用いて、偏光ビームスプリッター34に周回するパルスレーザー光3が常に第1直線偏光3aと直交する第2直線偏光3bとなるように制御し、偏光ビームスプリッター34によりパルスレーザー光3を直角に反射して、パルスレーザー光3を周回する周回路5内に閉じ込める。   In the method of the present invention using the apparatus described above, the pulse laser beam 3 of the first linearly polarized light 3a is introduced from the outside through the polarization beam splitter 34, and a plurality of pulse laser beams 3 emitted from the polarization beam splitter 34 are arranged in the same plane. A pulsed laser beam that forms a circumference circuit 5 that is reflected and circulated around the polarization beam splitter 34, and circulates around the polarization beam splitter 34 using the half-wave plate 58 and the Pockels cell 38 that are located in the circumference circuit 5. 3 is controlled so that it always becomes the second linearly polarized light 3b orthogonal to the first linearly polarized light 3a, and the pulsed laser beam 3 is reflected by the polarizing beam splitter 34 at a right angle so as to circulate the pulsed laser light 3. Enclose in.

上述した装置及び方法により、パルスレーザー光3の最初の周回時には、2分の1波長板58を通過して偏向面が90度回転した第2直線偏光3bをポッケルスセル38に電圧を印加せずにそのまま通し、2周目以降は2分の1波長板58を通過して偏向面が90度回転した第1直線偏光3aをポッケルスセル38に電圧を印加し第2直線偏光3bにして通すことで、偏光ビームスプリッター34に入るパルスレーザー光3が常に第2直線偏光3b(S偏光)となり、パルスレーザー光3を周回する周回路5内に閉じ込めることができる。   By the above-described apparatus and method, the voltage of the second linearly polarized light 3b that has passed through the half-wave plate 58 and rotated the deflection surface by 90 degrees is not applied to the Pockels cell 38 during the first round of the pulse laser beam 3. In the second and subsequent passes, the first linearly polarized light 3a having the deflecting surface rotated 90 degrees through the half-wave plate 58 is applied to the Pockels cell 38 as a second linearly polarized light 3b. Thus, the pulsed laser light 3 entering the polarization beam splitter 34 is always the second linearly polarized light 3b (S-polarized light), and can be confined in the peripheral circuit 5 that circulates the pulsed laser light 3.

図2において、レーザー光周回装置30は、さらに、周回路5内のレーザー光集光点9におけるパルスレーザー光3の位置及び角度を調整するレーザー光集光点調整装置50を有する。   In FIG. 2, the laser beam circulating device 30 further includes a laser beam focusing point adjusting device 50 that adjusts the position and angle of the pulse laser beam 3 at the laser beam focusing point 9 in the peripheral circuit 5.

レーザー光集光点調整装置50は、この例では、第1〜第4の凸レンズ51,52,53,54と第1、第2のレンズ位置調整装置58、59とからなる。第1〜第4凸レンズ51,52,53,54は、それぞれ焦点距離f,f,f,fを有する。これらの凸レンズは単レンズでも複合レンズでもよい。 In this example, the laser beam condensing point adjusting device 50 includes first to fourth convex lenses 51, 52, 53, and 54 and first and second lens position adjusting devices 58 and 59. The first to fourth lens 51, 52, 53 and 54 each have a focal length f 1, f 2, f 3 , f 4. These convex lenses may be single lenses or compound lenses.

第1凸レンズ51及び第2凸レンズ52は、レーザー光集光点9を挟んでその上流側と下流側に位置する。
第3凸レンズ53及び第4凸レンズ54は、ポッケルスセル38を挟んでその上流側と下流側に位置する。
The first convex lens 51 and the second convex lens 52 are positioned on the upstream side and the downstream side of the laser beam condensing point 9.
The third convex lens 53 and the fourth convex lens 54 are located on the upstream side and the downstream side of the Pockels cell 38.

第1レンズ位置調整装置58は、第1凸レンズ51と第2凸レンズ52を光軸に直交する方向に移動可能な調整移動機構である。また、第2レンズ位置調整装置59は、第3凸レンズ53と第4凸レンズ54を光軸に直交する方向に移動可能な調整移動機構である。これらの機構は、トラバース装置であり、手動又は電動機等のアクチュエータで各レンズの位置を微調整するようになっている。   The first lens position adjusting device 58 is an adjustment moving mechanism that can move the first convex lens 51 and the second convex lens 52 in a direction perpendicular to the optical axis. The second lens position adjusting device 59 is an adjustment moving mechanism that can move the third convex lens 53 and the fourth convex lens 54 in a direction orthogonal to the optical axis. These mechanisms are traverse devices, and the position of each lens is finely adjusted manually or by an actuator such as an electric motor.

第1レンズ位置調整装置58により、第1凸レンズ51と第2凸レンズ52を周回路5に直交する方向に微調整することにより、レーザー光集光点9を通過するパルスレーザー光3の位置を容易かつ正確に微調整することができる。
また、第1〜第4凸レンズ51,52,53,54を第1レンズ位置調整装置58と第2レンズ位置調整装置59で周回路5に直交する方向に微調整することにより、入射角度と位置の両方を容易かつ正確に微調整することができ、これによりX線の発生効率(すなわちレーザー光の利用効率)を大幅に高めることができる。
By finely adjusting the first convex lens 51 and the second convex lens 52 in the direction orthogonal to the peripheral circuit 5 by the first lens position adjusting device 58, the position of the pulse laser beam 3 passing through the laser beam condensing point 9 can be easily adjusted. And fine adjustment can be made accurately.
Further, the first to fourth convex lenses 51, 52, 53, 54 are finely adjusted in the direction orthogonal to the peripheral circuit 5 by the first lens position adjusting device 58 and the second lens position adjusting device 59, so that the incident angle and position are adjusted. Both of these can be finely adjusted easily and accurately, whereby the X-ray generation efficiency (that is, the utilization efficiency of laser light) can be greatly increased.

この例において、第1凸レンズ51と第2凸レンズ52とで2つの区画に分割される半周回路の内、レーザー光集光点9を含まない側の半周回路において上流側に位置する第4凸レンズ54と下流側に位置する第3凸レンズ53を、第2凸レンズ52と第3凸レンズ53の間の周回路長d23と、第4凸レンズ54と第1凸レンズ51の間の周回路長d41とを等しく設けている。
また、この例において、第4凸レンズの焦点距離fと第1凸レンズの焦点距離fの和(f+f)は、第4凸レンズと第1凸レンズの間の周回路長d41に等しく設定されている。
また、同様に、第2凸レンズの焦点距離fと第3凸レンズの焦点距離fの和(f+f)は、第2凸レンズと第3凸レンズの間の周回路長d23に等しく設定されている。
この2つの関係は、レーザー光の周回条件である。
In this example, the fourth convex lens 54 located on the upstream side in the half-circular circuit that does not include the laser light condensing point 9 out of the half-circular circuit divided into two sections by the first convex lens 51 and the second convex lens 52. And a third convex lens 53 located on the downstream side, a peripheral circuit length d 23 between the second convex lens 52 and the third convex lens 53, and a peripheral circuit length d 41 between the fourth convex lens 54 and the first convex lens 51. Equally provided.
In this example, the sum (f 4 + f 1 ) of the focal length f 4 of the fourth convex lens and the focal length f 1 of the first convex lens is equal to the peripheral circuit length d 41 between the fourth convex lens and the first convex lens. Is set.
Similarly, the sum (f 2 + f 3 ) of the focal length f 2 of the second convex lens and the focal length f 3 of the third convex lens is set equal to the peripheral circuit length d 23 between the second convex lens and the third convex lens. Has been.
These two relations are the laser light circulation conditions.

例えば、後述する例のように、焦点距離f,fを1000mm,焦点距離f,fを500mmとし、第1凸レンズ51と第2凸レンズ52から1000mmの位置にレーザー光集光点9を設定した場合、レーザー光集光点9と第3凸レンズ53と第4凸レンズ54の間の2箇所でレーザー光を集光させることができる。
レーザー光集光点9でレーザー光を集光させることにより、パルス電子ビーム1との衝突により発生するX線の強度(すなわちレーザー光の利用効率)を高めることができる。
また、第3凸レンズ53と第4凸レンズ54の間でレーザー光を集光させることにより、ポッケルスセル38の応答性を高めることができる。なおポッケルスセル38に位置は、その保護のため、焦点位置から任意にずらすこともできる。
For example, as in an example to be described later, the focal lengths f 1 and f 2 are set to 1000 mm, the focal lengths f 3 and f 4 are set to 500 mm, and the laser beam condensing point 9 is positioned at 1000 mm from the first convex lens 51 and the second convex lens 52. Is set, the laser beam can be condensed at two locations between the laser beam condensing point 9, the third convex lens 53, and the fourth convex lens 54.
By condensing the laser light at the laser light condensing point 9, the intensity of X-rays generated by the collision with the pulsed electron beam 1 (that is, the utilization efficiency of the laser light) can be increased.
Further, by condensing the laser light between the third convex lens 53 and the fourth convex lens 54, the responsiveness of the Pockels cell 38 can be enhanced. The position of the Pockels cell 38 can be arbitrarily shifted from the focal position for protection.

図3は、本発明によるレーザー光周回光学系の第2実施形態図である。
この例においてλ/2波長板41は、ポッケルスセル38とその上流側の位置dとの間に位置し、通過するパルスレーザー光3(3a又は3b)の偏光面を常に90度回転させるようになっている。その他の構成は、第1実施形態図と同様である。
この構成によっても、パルスレーザー光3の最初の周回時には、2分の1波長板58を通過して偏向面が90度回転した第2直線偏光3bをポッケルスセル38に電圧を印加せずにそのまま通し、2周目以降は2分の1波長板58を通過して偏向面が90度回転した第1直線偏光3aをポッケルスセル38に電圧を印加し第2直線偏光3bにして通すことで、偏光ビームスプリッター34に入るパルスレーザー光3が常に第2直線偏光3b(S偏光)となり、パルスレーザー光3を周回する周回路5内に閉じ込めることができる。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the laser beam circulating optical system according to the present invention.
In this example, the λ / 2 wavelength plate 41 is located between the Pockels cell 38 and the position d on the upstream side thereof, and always rotates the polarization plane of the passing pulse laser beam 3 (3a or 3b) by 90 degrees. It has become. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
Even with this configuration, the second linearly polarized light 3b that has passed through the half-wave plate 58 and whose deflection surface is rotated by 90 degrees is applied as it is without applying a voltage to the Pockels cell 38 during the first round of the pulse laser beam 3. Through the second and subsequent rounds, by applying a voltage to the Pockels cell 38 and passing the first linearly polarized light 3a having the deflection surface rotated 90 degrees after passing through the half-wave plate 58, the second linearly polarized light 3b is passed, The pulse laser beam 3 entering the polarization beam splitter 34 always becomes the second linearly polarized light 3b (S-polarized light), and can be confined in the peripheral circuit 5 that circulates the pulse laser beam 3.

また、λ/2波長板41がポッケルスセル38とその上流側の位置dとの間に位置するので、2周目以降は、常に第2直線偏光3b(S偏光)を各ミラー36a,36b,36cで反射させることが可能となる。これにより、S偏光はP偏光に比べて反射率が大きいので、周回時のエネルギー効率を上げることができる。   Further, since the λ / 2 wave plate 41 is located between the Pockels cell 38 and the position d on the upstream side, the second linearly polarized light 3b (S-polarized light) is always applied to each mirror 36a, 36b, after the second round. It is possible to reflect at 36c. As a result, since the S-polarized light has a higher reflectance than the P-polarized light, the energy efficiency at the time of rotation can be increased.

図4は、本発明によるレーザー光周回光学系の第3実施形態図である。
この例において、本発明のレーザー光集光点調整装置50は、さらに2つの同焦点距離の第3凸レンズ53と第4凸レンズ54を互いに焦点距離だけ離して設け、その中央に凹レンズ55を備える。この凹レンズ55は単レンズでも複合レンズでもよい。
またこの例において、凹レンズ55の焦点距離fは、焦点距離fの1/4と焦点距離fの1/4に等しい。また、第3凸レンズ53と凹レンズ55の間の周回路長d35と、凹レンズ55と第4凸レンズ54との間の周回路長d54は、焦点距離fの1/2に等しく設定されている。この2つの関係は、この構成におけるレーザー光の周回条件である。
その他の構成は、一部を省略して示しているが第1実施形態図と同様である。
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the laser beam circulating optical system according to the present invention.
In this example, the laser beam condensing point adjusting device 50 of the present invention further includes two third convex lenses 53 and fourth convex lenses 54 having the same focal length separated from each other by a focal length, and a concave lens 55 at the center thereof. The concave lens 55 may be a single lens or a compound lens.
In this example, the focal length f 5 of the concave lens 55 is equal to 1/4 of the 1/4 and the focal length f 4 of the focal length f 3. Further, the peripheral circuit length d 35 between the third convex lens 53 and the concave lens 55 and the peripheral circuit length d 54 between the concave lens 55 and the fourth convex lens 54 are set equal to ½ of the focal length f 3. Yes. These two relationships are the laser light circulation conditions in this configuration.
Other parts of the configuration are omitted, but are the same as those in the first embodiment.

この構成により、第3凸レンズ53と第4凸レンズ54の間でレーザー光が焦点を結ぶのを凹レンズ55によって防ぐことができ、特にレーザー光が高出力な場合に発生する可能性がある空気のプラズマ化を防止することができる。   With this configuration, the concave lens 55 can prevent the laser light from focusing between the third convex lens 53 and the fourth convex lens 54, and in particular, air plasma that may be generated when the laser light has a high output. Can be prevented.

図5は、本発明によるレーザー光周回光学系の第4実施形態図である。
この例では、図4の第4実施形態図における偏光ビームスプリッター34と反射ミラー36cの位置を逆にしたものである。
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the laser beam circulating optical system according to the present invention.
In this example, the positions of the polarizing beam splitter 34 and the reflection mirror 36c in the fourth embodiment of FIG. 4 are reversed.

偏光ビームスプリッター34は、第1直線偏光3a(p偏光)をそのまま通し、これに直交する第2直線偏光3b(S偏光)を直角に反射する。
また、3枚の反射ミラー36a,36b,36cは、偏光ビームスプリッター34を出たパルスレーザー光3を複数回(この例では3回)反射して、偏光ビームスプリッター34に周回させ、同一平面上の矩形光路である周回路5を構成する。
The polarization beam splitter 34 passes the first linearly polarized light 3a (p-polarized light) as it is, and reflects the second linearly polarized light 3b (S-polarized light) orthogonal thereto at right angles.
The three reflecting mirrors 36a, 36b, and 36c reflect the pulse laser beam 3 emitted from the polarizing beam splitter 34 a plurality of times (in this example, three times), and circulate around the polarizing beam splitter 34 so that they are on the same plane. The peripheral circuit 5 is a rectangular optical path.

また、この例では、制御装置40により、パルスレーザー光の最初の周回時に、ポッケルスセルに電圧を印加し第1直線偏光3a(p偏光)を第2直線偏光3b(S偏光)にして通し、2周目以降はポッケルスセルに電圧を印加せずに第2直線偏光をそのまま通すようになっている。
その他の構成は、一部を省略して示しているが第3実施形態図と同様である。
In this example, the controller 40 applies a voltage to the Pockels cell during the first round of the pulsed laser light to pass the first linearly polarized light 3a (p-polarized light) as the second linearly polarized light 3b (S-polarized light). From the second round onward, the second linearly polarized light is passed as it is without applying a voltage to the Pockels cell.
Other parts of the configuration are omitted, but are the same as those in the third embodiment.

この構成によってもパルスレーザー光の最初の周回時に、ポッケルスセルに電圧を印加し第1直線偏光3a(p偏光)を第2直線偏光3b(S偏光)にして通し、2周目以降はポッケルスセルに電圧を印加せずに第2直線偏光をそのまま通すことで、偏光ビームスプリッター34に入るパルスレーザー光3が常に第2直線偏光3b(S偏光)となり、パルスレーザー光3を周回する周回路5内に閉じ込めることができる。
Even with this configuration, during the first round of the pulsed laser beam, a voltage is applied to the Pockels cell to pass the first linearly polarized light 3a (p-polarized light) into the second linearly polarized light 3b (S-polarized light), and the Pockels cell after the second round. By passing the second linearly polarized light as it is without applying a voltage to the pulse laser beam 3, the pulsed laser light 3 entering the polarization beam splitter 34 always becomes the second linearly polarized light 3 b (S-polarized light), and the circuit 5 that circulates the pulsed laser light 3. Can be trapped inside.

以下、本発明の実施例を説明する。
従来使用されて来たS-band(2856MHz、波長10.5cm)の1/4の波長であるX-band(11.424GHz、波長2.6cm)ライナックからの電子ビームと高強度パルスレーザー光との衝突(逆Compton散乱)により単色硬X線を発生させる場合、上述したように、レーザー光のパルス幅(10ns,FWHM)が電子ビームのパルス幅(1μs)に比べ短いため、X線発生に寄与するのは電子ビームのごく一部である問題点があった。
そこで、レーザーパルスをある周回路中に閉じ込め、繰り返し利用することでX線強度を増強する方法として本発明のレーザー光周回装置及び方法を創案した。
Examples of the present invention will be described below.
An electron beam and a high-intensity pulsed laser beam from an X-band (11.424 GHz, wavelength 2.6 cm) linac, which is a quarter wavelength of S-band (2856 MHz, wavelength 10.5 cm) that has been conventionally used When generating monochromatic hard X-rays by collision (inverse Compton scattering) of the laser beam, as described above, the pulse width (10 ns, FWHM) of the laser beam is shorter than the pulse width (1 μs) of the electron beam. There was a problem that only a part of the electron beam contributed.
Therefore, the laser beam circulating apparatus and method of the present invention have been invented as a method for enhancing the X-ray intensity by confining a laser pulse in a certain circuit and repeatedly using it.

図6は、本発明による複数回衝突のイメージ図である。レーザー光周回装置の周回距離(光路長さ)が例えば後述する例のように6mである場合、レーザー光の周期は約20nsとなる。従ってこの図に示すように、同一のパルスレーザー光3に同一のパルス電子ビーム2に複数回(例えば50回)衝突させることができる。   FIG. 6 is an image diagram of multiple collisions according to the present invention. When the circulating distance (optical path length) of the laser beam circulating device is 6 m as in an example described later, for example, the period of the laser beam is about 20 ns. Therefore, as shown in this figure, the same pulsed laser beam 3 can be caused to collide with the same pulsed electron beam 2 a plurality of times (for example, 50 times).

(原理実証実験)
原理実証実験の構成図を図7に示す。この図において、各符号は、図1と共通であり、6はCCD、7はバイプラナー光電管である。
実験に使用したパルスレーザー光3はQ-switch Nd:YAGの2倍波(λ=532nm)でエネルギーは25mJ/pulse、パルス幅は8ns(FWHM)である。原理実証実験では、1周が6mである。よって、レーザーパルスが1周する時間は20nsである。
(Principle experiment)
A block diagram of the principle proof experiment is shown in FIG. In this figure, each reference numeral is the same as in FIG. 1, 6 is a CCD, and 7 is a biplanar phototube.
The pulse laser beam 3 used in the experiment is Q-switch Nd: YAG second harmonic (λ = 532 nm), energy is 25 mJ / pulse, and pulse width is 8 ns (FWHM). In the proof-of-principle experiment, one round is 6m. Therefore, the time for one round of the laser pulse is 20 ns.

この実験において確認することは、(1)レーザー光周回によるエネルギー増幅と、(2)光学系によるレーザー光の位置調整である。
周回の原理について述べる。レーザー装置21から出たレーザー光3はビームステアラーと入射レンズ群によってサイズ傾きなどが調整される。拡大されたレーザー光は偏光ビームスプリッター34を通して周回路5中に入射される。レーザー光3はλ/2波長板41により、S偏光3bとなって衝突点2aに導かれ再度偏光ビームスプリッター34に向かう。S偏光3bは偏光ビームスプリッター34により反射されるから、レーザー光3は周回路5に戻る。再び、λ/2波長板41を通過しp偏光3aとなってしまうため、偏光ビームスプリッターを透過し周回しない。そこで、2周目以降はポッケルスセル38に電圧を印加し、p偏光をS偏光として偏光ビームスプリッターで反射させ、レーザー光を周回させる。
What is confirmed in this experiment is (1) energy amplification by laser light circulation and (2) position adjustment of laser light by an optical system.
The principle of lap is described. The laser beam 3 emitted from the laser device 21 is adjusted in size inclination by a beam steerer and an incident lens group. The expanded laser light is incident on the peripheral circuit 5 through the polarization beam splitter 34. The laser beam 3 is converted to S-polarized light 3b by the λ / 2 wavelength plate 41 and guided to the collision point 2a, and is again directed to the polarization beam splitter 34. Since the S-polarized light 3 b is reflected by the polarization beam splitter 34, the laser light 3 returns to the peripheral circuit 5. Again, since it passes through the λ / 2 wavelength plate 41 and becomes p-polarized light 3a, it passes through the polarizing beam splitter and does not go around. Therefore, in the second and subsequent rounds, a voltage is applied to the Pockels cell 38, p-polarized light is reflected as S-polarized light by the polarization beam splitter, and the laser light is circulated.

(レーザー光周回によるエネルギー増幅)
本発明のレーザー光周回装置及び方法では、図6に示したように同一のパルスレーザー光3を同一のパルス電子ビーム2に複数回衝突させる。これによるX線強度の増幅を見積もった。
(Energy amplification by laser beam circulation)
In the laser beam circulating apparatus and method of the present invention, the same pulsed laser beam 3 is caused to collide with the same pulsed electron beam 2 a plurality of times as shown in FIG. The amplification of the X-ray intensity due to this was estimated.

図8は図7における第3ミラー36bの透過光をバイプラナー光電管7によってレーザー光強度を測定した結果である。
レーザーパルスのエネルギーは周回によって等比数列的に減衰していくため、N 周目のエネルギーIは1周目のエネルギーをIとすれば、I=AN-1となる。そこで、図8から透過率Aを求めるとA=0:91となり、見かけ上の総エネルギー増幅は等比数列の和の公式(1)(数1に示す)より、電子ビームのパルス幅1μsであるのでN=50として計算すると約10倍になると見積もられた。なお、レーザーパルス単発と電子ビームの衝突では10photons/secであると算出されるので、レーザー光周回システムの導入によりX線発生量は10photons/secに達すると見込まれる。
FIG. 8 shows the result of measuring the laser light intensity of the light transmitted through the third mirror 36 b in FIG. 7 using the biplanar phototube 7.
Since the energy of the laser pulse is attenuated in a geometric sequence by the circulation, the energy I N in the Nth cycle becomes I N = A N−1 I 0 if the energy in the first cycle is I 0 . Therefore, when the transmittance A is obtained from FIG. 8, A = 0: 91, and the apparent total energy amplification is obtained with the pulse width of 1 μs of the electron beam from the formula (1) (shown in Formula 1) of the geometric sequence sum. Therefore, when N = 50 is calculated, it is estimated to be about 10 times. Since the collision between the single laser pulse and the electron beam is calculated to be 10 8 photons / sec, it is expected that the amount of X-ray generation will reach 10 9 photons / sec by introducing the laser light circulation system.

Figure 2006344731
Figure 2006344731

(光学系によるレーザー光の位置調整)
効率の良いX線発生のためには衝突点におけるレーザー光の位置、光軸の傾き、スポットサイズ、広がり(ダイバージェンス)を電子ビームにあわせて調整しなくてはならない。さらに、周回するレーザー光が繰り返し同じ条件で衝突点に導かれる必要がある。以下、これを「周回の条件」と呼ぶことにする。
(Position adjustment of laser beam by optical system)
In order to generate X-rays efficiently, the position of the laser beam at the collision point, the tilt of the optical axis, the spot size, and the spread (divergence) must be adjusted according to the electron beam. Furthermore, the circulating laser beam needs to be repeatedly guided to the collision point under the same conditions. Hereinafter, this is referred to as “circulation condition”.

周回の条件を満たすためには、周回路1周のトランスファーマトリックス(trasfermatrix)が単位行列になればよい。図7のトランスファーマトリックスは第1凸レンズ51を起点として数2の式(2)で表せるからレンズ間隔d(第2凸レンズ52と第3凸レンズ53、あるいは第4凸レンズ54と第1凸レンズ51の光路長)は周回の条件を満たすために2種類の凸レンズの焦点距離fCP、fPCの和になっていれば良い。 In order to satisfy the condition of the circulation, the transfer matrix (transfermatrix) of the circumference of the circumference circuit may be a unit matrix. Since the transfer matrix of FIG. 7 can be expressed by the formula (2) of Formula 2 with the first convex lens 51 as a starting point, the lens interval d (the optical path length of the second convex lens 52 and the third convex lens 53 or the fourth convex lens 54 and the first convex lens 51). ) Needs to be the sum of the focal lengths f CP and f PC of the two types of convex lenses in order to satisfy the condition of the circulation.

つまり、数2の式(3)となればよく、実験体系はこの条件を満たすべくfCP=1000mm,fPC=500mm,d=1500mm,とした。 In other words, Equation (3) of Equation 2 is sufficient, and the experimental system is set to f CP = 1000 mm, f PC = 500 mm, and d = 1500 mm in order to satisfy this condition.

Figure 2006344731
Figure 2006344731

図9、図10は周回の条件を崩すことのない調整法である。図9は本発明による光軸の傾きの調整手段の説明図である。第1凸レンズ51への入射位置で調整をするが、ビームサイズなどは周回路外で行われるため、周回の条件を崩すことはない。
図10は本発明による衝突点の位置調整手段の説明図である。調整は周回路中のレンズの位置で行う。
FIG. 9 and FIG. 10 are adjustment methods that do not break the conditions of the circulation. FIG. 9 is an explanatory view of the optical axis inclination adjusting means according to the present invention. Adjustment is performed at the incident position on the first convex lens 51, but the beam size and the like are performed outside the peripheral circuit, so that the conditions for the circulation are not lost.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the collision point position adjusting means according to the present invention. Adjustment is performed at the position of the lens in the circuit.

第1凸レンズ51の調整で生じた光軸の傾きの変化は第2凸レンズ52を同量移動させて補正する。さらに、第3凸レンズ53と第4凸レンズ54を同量移動させることで位置の変化を打ち消す。この構成によりレーザー光の状態は第1凸レンズ51の入射時と常に一致し、周回の条件を保つことができる。   The change in the inclination of the optical axis caused by the adjustment of the first convex lens 51 is corrected by moving the second convex lens 52 by the same amount. Further, the third convex lens 53 and the fourth convex lens 54 are moved by the same amount to cancel the position change. With this configuration, the state of the laser beam always coincides with the time of incidence of the first convex lens 51, and the circulation condition can be maintained.

図11は衝突点におけるレーザー光の位置(重心)の調整をx軸方向(水平方向)に対して周回路中の4枚の凸レンズを用いて行った結果である。第1凸レンズ51の調整量とレーザー光の位置の移動量はほぼ1:1に対応しており、調整後もレーザー光は集まった状態を維持していた。なお、y軸方向(鉛直方向)にも同様の結果が得られている。   FIG. 11 shows the result of adjustment of the position (center of gravity) of the laser beam at the collision point using four convex lenses in the circumferential circuit with respect to the x-axis direction (horizontal direction). The amount of adjustment of the first convex lens 51 and the amount of movement of the position of the laser light correspond to approximately 1: 1, and the laser light remains in a collected state even after adjustment. Similar results are also obtained in the y-axis direction (vertical direction).

さらに、衝突点における位置調整を行った際に、第1凸レンズ51から50cmの地点でのレーザー光位置を測定した結果が図12である。
レーザー光位置は第1凸レンズ51の調整量に比例していて、しかもレーザー光は集まった状態を維持していた。
この2つの位置調整の結果から、凸レンズ4枚を同量移動させることでレーザー光の位置をすべての周回において同じにすることができるということが確認できた。
以上からこの手段によってレーザー光の周回の条件を崩すことのない調整法が確立されたと言える。
Furthermore, FIG. 12 shows the result of measuring the laser beam position at a point 50 cm from the first convex lens 51 when the position adjustment at the collision point is performed.
The laser beam position was proportional to the adjustment amount of the first convex lens 51, and the laser beam was kept in a gathered state.
From the results of these two position adjustments, it was confirmed that the position of the laser beam can be made the same in all the turns by moving the four convex lenses by the same amount.
From the above, it can be said that this method has established an adjustment method that does not break the conditions of the laser light circulation.

(実証機導入体系)
実証機に導入するレーザー光はQ-switch Nd:YAGの2倍波(λ=532nm)、エネルギーは1.4J/pulse、パルス幅は10ns(FWHM) と高出力である。すると、実験体系と同様の体系では、ポッケルスセル側の凸レンズ
の焦点で空気のプラズマ化が問題となる。
(Demonstration system introduction system)
The laser beam introduced into the demonstration machine is Q-switch Nd: YAG double wave (λ = 532 nm), energy is 1.4 J / pulse, pulse width is 10 ns (FWHM), and high output. Then, in a system similar to the experimental system, the plasma of air becomes a problem at the focal point of the convex lens on the Pockels cell side.

そこで、図13のようなポッケルスセル側に凹レンズを組み込むことが好ましい。この構成では1周が7mとなっている。
この構成では図14で示す通り、ポッケルスセル側の凸レンズ間中央に凹レンズを挿入している。凹レンズによってレーザー光の集光を防ぐことができる。さらに、凹レンズの焦点距離を凸レンズの焦点距離の1/4にすることで、レンズ間距離dがトランスファーマトリックスで2d分となり小型化ができる。
しかし、この体系では、1周のトランスファーマトリックスが数3の式(4)となるため、入射光の条件を変更した場合は周回路内の再調整が必要となる。しかし、凸レンズが4枚あるため、調整の自由度は実験の体系と同様であり、実験で用いた調整法が可能である。
Therefore, it is preferable to incorporate a concave lens on the Pockels cell side as shown in FIG. In this configuration, one round is 7 m.
In this configuration, as shown in FIG. 14, a concave lens is inserted in the center between the convex lenses on the Pockels cell side. Condensation of laser light can be prevented by the concave lens. Furthermore, by setting the focal length of the concave lens to ¼ of the focal length of the convex lens, the inter-lens distance d becomes 2d in the transfer matrix, and the size can be reduced.
However, in this system, since the transfer matrix for one round is expressed by Equation (4), the read circuit needs to be readjusted when the condition of the incident light is changed. However, since there are four convex lenses, the degree of freedom of adjustment is the same as in the experimental system, and the adjustment method used in the experiment is possible.

Figure 2006344731
Figure 2006344731

上述したように、X線強度増強のためのレーザー光周回システムの原理実証実験において、X線発生量はレーザー光周回システムを導入しないときと比べて10倍の10photons/secであると見込まれた。
また、周回路中の凸レンズを同量移動させることで周回の条件を崩すことなくレーザー光を衝突点に導けるという手段が確立できた。この手段により比較的容易にレーザー光を電子ビームに衝突させることができ、X線を発生できる。
さらに、実際の単色硬X線源に導入するレーザー光周回システムにおいて、空気のプラズマ化などを衝突や周回に影響の出るものを防止する策として、凸レンズ間に凹レンズを挿入することにより、周回の条件を崩すことのない調整方法を用いることができる。
従ってこのレーザー光周回システムの導入によりX線強度の増幅が可能となり、X線の応用利用の幅が広がることが期待できる。
As described above, in the proof-of-principle experiment of the laser beam circulation system for enhancing the X-ray intensity, the X-ray generation amount is expected to be 10 9 photons / sec, which is 10 times that when the laser beam circulation system is not introduced. It was.
In addition, it was possible to establish a means for guiding the laser beam to the collision point without breaking the circulation condition by moving the convex lens in the circuit around by the same amount. By this means, the laser beam can collide with the electron beam relatively easily, and X-rays can be generated.
Furthermore, in a laser light circulation system that is introduced into an actual monochromatic hard X-ray source, as a measure to prevent the impact of air impact on the collision and circulation, by inserting a concave lens between the convex lenses, An adjustment method that does not break the conditions can be used.
Therefore, the introduction of this laser beam circulation system makes it possible to amplify the X-ray intensity, and it can be expected that the application range of X-rays will be widened.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明によるレーザー光周回装置を備えたX線発生装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an X-ray generator provided with a laser beam circulating apparatus according to the present invention. 本発明によるレーザー光周回光学系の第1実施形態図である。It is 1st Embodiment figure of the laser beam circulation optical system by this invention. 本発明によるレーザー光周回光学系の第2実施形態図である。It is 2nd Embodiment figure of the laser beam circulation optical system by this invention. 本発明によるレーザー光周回光学系の第3実施形態図である。It is 3rd Embodiment figure of the laser beam circulation optical system by this invention. 本発明によるレーザー光周回光学系の第4実施形態図である。It is a 4th embodiment figure of a laser beam circulation optical system by the present invention. 本発明による複数回衝突のイメージ図である。It is an image figure of the multiple collision by this invention. 原理実証実験の構成図である。It is a block diagram of a principle proof experiment. 第3ミラーの透過光のレーザー光強度測定結果である。It is a laser beam intensity | strength measurement result of the transmitted light of a 3rd mirror. 本発明による光軸の傾きの調整手段の説明図ある。It is explanatory drawing of the adjustment means of the inclination of the optical axis by this invention. 本発明による衝突点の位置調整手段の説明図ある。It is explanatory drawing of the position adjustment means of the collision point by this invention. 衝突点におけるレーザー光の位置及びビームサイズとx軸方向レンズ調整量との関係図である。It is a relationship diagram of the position and beam size of the laser beam at the collision point, and the x-axis direction lens adjustment amount. 第1凸レンズから50cmの地点でのレーザー光の位置及びビームサイズとx軸方向レンズ調整量との関係図である。It is a relationship figure of the position and beam size of a laser beam in the point of 50 cm from a 1st convex lens, and an x-axis direction lens adjustment amount. ポッケルスセル側に凹レンズを組み込んだ構成図である。It is the block diagram which incorporated the concave lens in the Pockels cell side. 図13の詳細図である。FIG. 14 is a detailed view of FIG. 13. 特許文献1の「X線発生装置」の模式図である。1 is a schematic diagram of an “X-ray generator” in Patent Document 1. FIG. 非特許文献1の「小型X線発生装置」の模式図である。1 is a schematic diagram of a “small X-ray generator” in Non-Patent Document 1. FIG. 非特許文献2の周回装置の模式図である。It is a schematic diagram of the circulation device of Non-Patent Document 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 パルス電子ビーム、2 直線軌道、2a 衝突点、
3 レーザー光(パルスレーザー光)、3a 第1直線偏光(p偏光)、
3b 第2直線偏光(S偏光)、4 単色硬X線、5 周回路、
6 CCD、7 バイプラナー光電管、9 レーザー光集光点
10 電子ビーム発生装置、11 RF電子銃、12 α‐磁石、
13 加速管、14 ベンディング磁石、15 Q−磁石、
16 減速管、17 ビームダンプ、18 高周波電源、
19 同期装置、20 レーザー発生装置、
21 レーザー装置、22 可変ビームエキスパンダ、
30 レーザー光周回装置、31 反射ミラー、
32 レーザー光周回光学系、34 偏光ビームスプリッター、
36a,36b,36c 反射ミラー、38 ポッケルスセル、
40 制御装置、41 2分の1波長板(λ/2波長板)、
50 レーザー光集光点調整装置、
51 第1凸レンズ、52 第2凸レンズ、53 第3凸レンズ、
54 第4凸レンズ、55 凹レンズ、
58 第1レンズ位置調整装置(調整移動機構)
59 第2レンズ位置調整装置(調整移動機構)
1 pulse electron beam, 2 linear trajectory, 2a collision point,
3 Laser light (pulse laser light), 3a First linearly polarized light (p-polarized light),
3b Second linearly polarized light (S-polarized light), 4 monochromatic hard X-ray, 5 circuit,
6 CCD, 7 Biplanar phototube, 9 Laser light focusing point 10 Electron beam generator, 11 RF electron gun, 12 α-magnet,
13 acceleration tube, 14 bending magnet, 15 Q-magnet,
16 decelerator, 17 beam dump, 18 high frequency power supply,
19 Synchronizer, 20 Laser generator,
21 laser equipment, 22 variable beam expander,
30 laser beam circulating device, 31 reflecting mirror,
32 laser beam circulating optical system, 34 polarization beam splitter,
36a, 36b, 36c Reflective mirror, 38 Pockels cell,
40 control device, 41 half-wave plate (λ / 2 wave plate),
50 Laser beam condensing point adjustment device,
51 1st convex lens, 52 2nd convex lens, 53 3rd convex lens,
54 4th convex lens, 55 concave lens,
58 First lens position adjusting device (adjustment moving mechanism)
59 Second lens position adjustment device (adjustment movement mechanism)

Claims (14)

レーザー光を外部から導入し、該レーザー光を周回する周回路内に閉じ込めて、該周回路内のレーザー光集光点を繰り返し通過させるレーザー光周回光学系と、
前記レーザー光集光点の位置を調整するレーザー光集光点調整装置とを備え、これにより同一のレーザー光を同一のレーザー光集光点に複数回集光させる、ことを特徴とするレーザー光周回装置。
A laser beam circulating optical system that introduces a laser beam from the outside, confines the laser beam in a circular circuit that circulates the laser beam, and repeatedly passes through a laser beam condensing point in the circular circuit;
A laser beam condensing point adjusting device that adjusts the position of the laser beam condensing point, thereby condensing the same laser beam at the same laser beam condensing point multiple times Orbiting device.
前記レーザー光集光点調整装置は、レーザー光集光点の上流側に位置する第1凸レンズと、レーザー光集光点の下流側に位置する第2凸レンズと、前記第1凸レンズと第2凸レンズを光軸に直交する方向に移動可能な第1レンズ位置調整装置とを備える、ことを特徴とする請求項1に記載のレーザー光周回装置。   The laser beam condensing point adjusting device includes a first convex lens positioned upstream of the laser beam condensing point, a second convex lens positioned downstream of the laser beam condensing point, the first convex lens, and the second convex lens. And a first lens position adjusting device capable of moving in a direction orthogonal to the optical axis. 前記レーザー光集光点調整装置は、更に、前記第1凸レンズと第2凸レンズとで2つの区画に分割される半周回路の内、レーザー光集光点を含まない側の半周回路において上流側に位置する第4凸レンズと下流側に位置する第3凸レンズを、第2凸レンズと第3凸レンズの間の周回路長d23と、第4凸レンズと第1凸レンズの間の周回路長d41とを等しく設け、さらに前記第3凸レンズと第4凸レンズを光軸に直交する方向に移動可能な第2レンズ位置調整装置を備えたことを特徴とする請求項2に記載のレーザー光周回装置。 The laser beam condensing point adjusting device further includes an upstream side in a half circuit that does not include the laser beam condensing point among the half circuit divided into two sections by the first convex lens and the second convex lens. The fourth convex lens positioned and the third convex lens positioned on the downstream side include a circumferential circuit length d 23 between the second convex lens and the third convex lens, and a circumferential circuit length d 41 between the fourth convex lens and the first convex lens. 3. The laser beam circulating apparatus according to claim 2, further comprising a second lens position adjusting device that is provided equally and is capable of moving the third convex lens and the fourth convex lens in a direction orthogonal to the optical axis. 第4凸レンズの焦点距離fと第1凸レンズの焦点距離fの和は、第4凸レンズと第1凸レンズの間の周回路長d41に等しく、かつ
第2凸レンズの焦点距離fと第3凸レンズの焦点距離fの和は、第2凸レンズと第3凸レンズの間の周回路長d23に等しく設定されている、ことを特徴とする請求項3に記載のレーザー光周回装置。
The focal length f 4 of the fourth lens sum of the focal length f 1 of the first convex lens is equal to the circumferential circuit length d 41 between the fourth convex lens and the first convex lens, and the focal length f 2 of the second convex lens first 4. The laser beam circulating apparatus according to claim 3, wherein the sum of the focal lengths f 3 of the three convex lenses is set equal to a circumferential circuit length d 23 between the second convex lens and the third convex lens.
前記レーザー光集光点調整装置は、更に、2つの同焦点距離の第3凸レンズと第4凸レンズを互いに焦点距離だけ離して設け、その中央に凹レンズを設け、
該凹レンズの焦点距離fは、焦点距離fの1/4と焦点距離fの1/4に等しい、ことを特徴とする請求項3に記載のレーザー光周回装置。
The laser beam condensing point adjusting device further provides two third and fourth convex lenses having the same focal length apart from each other by a focal length, and a concave lens at the center thereof.
The focal length f 5 of the concave lens is equal to 1/4 of the 1/4 and the focal length f 4 of the focal length f 3, that the laser light circulator device according to claim 3, characterized in.
前記第3凸レンズと凹レンズの間の周回路長d35と、凹レンズと第4凸レンズとの間の周回路長d54は、焦点距離fの1/2に等しく設定されている、ことを特徴とする請求項5に記載のレーザー光周回装置。 The circumferential circuit length d 35 between the third convex lens and the concave lens and the circumferential circuit length d 54 between the concave lens and the fourth convex lens are set equal to ½ of the focal length f 3. The laser beam circulating apparatus according to claim 5. 前記レーザー光周回光学系は、第1直線偏光をそのまま通し、これに直交する第2直線偏光を直角に反射する偏光ビームスプリッターと、
該偏光ビームスプリッターを出たレーザー光を複数回反射して前記偏光ビームスプリッターに周回させる複数の反射ミラーと、
前記周回路内に位置し電圧の印加時に通過するレーザー光の偏光方向を90度回転するポッケルスセルと、
偏光ビームスプリッターに周回するレーザー光が常に第2直線偏光となるようにポッケルスセルを制御する制御装置とを備え、
前記偏光ビームスプリッターによりレーザー光を直角に反射して、レーザー光を周回する周回路内に閉じ込める、ことを特徴とする請求項1に記載のレーザー光周回装置。
The laser beam circulating optical system passes through the first linearly polarized light as it is, and reflects the second linearly polarized light orthogonal to the polarized light beam splitter,
A plurality of reflection mirrors that reflect the laser beam emitted from the polarization beam splitter a plurality of times and circulate around the polarization beam splitter;
A Pockels cell that is located in the peripheral circuit and rotates the polarization direction of the laser beam that passes when a voltage is applied;
A control device that controls the Pockels cell so that the laser beam circulating around the polarization beam splitter is always the second linearly polarized light,
The laser beam circulating apparatus according to claim 1, wherein the polarized beam splitter reflects the laser beam at a right angle and confines the laser beam in a circuit that circulates the laser beam.
前記レーザー光は、パルスレーザー光であり、
更に、前記ポッケルスセルの上流側に位置し通過するパルスレーザー光の偏光面を90度回転させる2分の1波長板を備え、
前記制御装置により、パルスレーザー光の最初の周回時には、ポッケルスセルに電圧を印加せずに第2直線偏光をそのまま通し、2周目以降はポッケルスセルに電圧を印加し第1直線偏光を第2直線偏光にして通す、ことを特徴とする請求項7に記載のレーザー光周回装置。
The laser beam is a pulsed laser beam,
Furthermore, a half-wave plate that rotates the polarization plane of the pulsed laser light that is located upstream of the Pockels cell and rotates 90 degrees,
The control device allows the second linearly polarized light to pass without applying a voltage to the Pockels cell during the first round of the pulsed laser beam, and applies the voltage to the Pockels cell for the second and subsequent rounds. 8. The laser beam circulating device according to claim 7, wherein the laser beam circulating device is linearly polarized light.
前記レーザー光は、パルスレーザー光であり、
前記制御装置により、パルスレーザー光の最初の周回時に、ポッケルスセルに電圧を印加し第1直線偏光を第2直線偏光にして通し、2周目以降はポッケルスセルに電圧を印加せずに第2直線偏光をそのまま通す、ことを特徴とする請求項7に記載のレーザー光周回装置。
The laser beam is a pulsed laser beam,
The control device applies a voltage to the Pockels cell during the first round of the pulsed laser beam to change the first linearly polarized light to the second linearly polarized light, and the second and subsequent cycles without applying a voltage to the Pockels cell. The laser beam circulating apparatus according to claim 7, wherein linearly polarized light is passed as it is.
レーザー光を外部から導入し、該レーザー光を周回する周回路内に閉じ込めて、該周回路内のレーザー光集光点を繰り返し通過させ、
かつレーザー光集光点の位置を調整し、同一のレーザー光を同一のレーザー光集光点に複数回集光させる、ことを特徴とするレーザー光周回方法。
Laser light is introduced from the outside, confined in a circuit that circulates the laser light, and repeatedly passes through a laser beam condensing point in the circuit,
A laser beam circulation method characterized by adjusting the position of the laser beam focusing point and focusing the same laser beam on the same laser beam focusing point multiple times.
レーザー光集光点の上流側に第1凸レンズを位置決めし、レーザー光集光点の下流側に第2凸レンズを位置決めし、第1凸レンズと第2凸レンズを光軸に直交する方向に移動してレーザー光集光点の位置を調整する、ことを特徴とする請求項10に記載のレーザー光周回方法。   The first convex lens is positioned upstream of the laser beam condensing point, the second convex lens is positioned downstream of the laser beam condensing point, and the first convex lens and the second convex lens are moved in a direction perpendicular to the optical axis. The laser beam circulating method according to claim 10, wherein the position of the laser beam focusing point is adjusted. 更に、第1凸レンズの上流側に第3凸レンズを位置決めし、第2凸レンズの下流側に第4凸レンズを位置決めし、前記第1乃至第4の凸レンズを光軸に直交する方向に移動してレーザー光集光点の位置と入射角度を調整する、ことを特徴とする請求項11に記載のレーザー光周回方法。   Further, the third convex lens is positioned upstream of the first convex lens, the fourth convex lens is positioned downstream of the second convex lens, and the first to fourth convex lenses are moved in a direction orthogonal to the optical axis to move the laser. The laser light circulating method according to claim 11, wherein the position of the light condensing point and the incident angle are adjusted. 前記第3凸レンズと第4凸レンズの間に凹レンズを設け、これにより周回路を小型化し、かつ第3凸レンズと第4凸レンズの間のレーザー光の集光強度を低減する、ことを特徴とする請求項12に記載のレーザー光周回方法。   A concave lens is provided between the third convex lens and the fourth convex lens, whereby the peripheral circuit is miniaturized, and the light collecting intensity of the laser light between the third convex lens and the fourth convex lens is reduced. Item 13. A laser beam circulating method according to Item 12. 第1直線偏光のレーザー光を偏光ビームスプリッターを通して外部から導入し、
該偏光ビームスプリッターを出たレーザー光を同一平面内で複数回反射して前記偏光ビームスプリッターに周回させる周回路を形成し、
前記周回路内に位置するポッケルスセルを用いて、偏光ビームスプリッターに周回するレーザー光が常に第1直線偏光と直交する第2直線偏光となるようにポッケルスセルを制御し、
偏光ビームスプリッターによりレーザー光を直角に反射して、レーザー光を周回する周回路内に閉じ込める、ことを特徴とする請求項10に記載のレーザー光周回方法。
The first linearly polarized laser beam is introduced from the outside through the polarization beam splitter,
Forming a peripheral circuit for reflecting the laser beam emitted from the polarization beam splitter a plurality of times in the same plane and circulating around the polarization beam splitter;
Using the Pockels cell located in the circumference circuit, the Pockels cell is controlled so that the laser light circulating around the polarization beam splitter is always a second linearly polarized light orthogonal to the first linearly polarized light,
11. The laser beam circulating method according to claim 10, wherein the laser beam is reflected at a right angle by the polarizing beam splitter and confined in a circuit that circulates the laser beam.
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