JP2527299Y2 - Excitation laser device - Google Patents

Excitation laser device

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JP2527299Y2
JP2527299Y2 JP2557691U JP2557691U JP2527299Y2 JP 2527299 Y2 JP2527299 Y2 JP 2527299Y2 JP 2557691 U JP2557691 U JP 2557691U JP 2557691 U JP2557691 U JP 2557691U JP 2527299 Y2 JP2527299 Y2 JP 2527299Y2
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pulse
generator
laser
pulse train
pitch
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志頭真 栗林
修 野田
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、自由電子レーザ及び電
子加速器等に使用される励起用レーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pumping laser device used for a free electron laser and an electron accelerator.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6にRF(高周波)引出フォトカソー
ドの概念図を示す。この方式は電子銃の一種であり、レ
ーザ01から放射したレーザ光hνをカソード材02に
照射し、このレーザ光の照射によりカソード材02から
飛び出す光電子eを、RFキャビティ03においてRF
発生器04からの高周波信号により加速する構成となっ
ている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a conceptual diagram of an RF (high frequency) extraction photocathode. This method is a kind of an electron gun, and irradiates a cathode material 02 with a laser beam hν emitted from a laser 01, and emits photoelectrons e ejected from the cathode material 02 by the irradiation of the laser beam in an RF cavity 03.
It is configured to accelerate by a high frequency signal from the generator 04.

【0003】上記のようにカソード材02を励起する従
来の励起用レーザは、図7に示すような短パルス(モー
ドロック)レーザが用いられている。このレーザは、レ
ーザ媒質(例えばYAGレーザのYAGロッドに相当)
20を用いたファブリ・ペロー共振器として、出力鏡
(透過率が10〜90%程度の範囲で設定され、他は反
射する鏡)08と全反射鏡(透過率0%、反射率100
%)09及び短パルスを発生するための可飽和吸収体1
0とから構成され、出力として図8のような特性を有す
るものである。パルスの幅はt2 で可飽和吸収体10の
特性に依存するが、パルスピッチt1 は共振器長(出力
鏡08と全反射鏡09との間隔L)に比例した値で、
As a conventional excitation laser for exciting the cathode material 02 as described above, a short pulse (mode locked) laser as shown in FIG. 7 is used. This laser is a laser medium (e.g., equivalent to a YAG rod of a YAG laser)
As a Fabry-Perot resonator using the mirror 20, an output mirror (a mirror whose transmittance is set in a range of about 10 to 90% and the other is a reflecting mirror) 08 and a total reflection mirror (a transmittance of 0% and a reflectance of 100)
%) Saturable absorber 1 for generating 09 and short pulses
0, and has a characteristic as shown in FIG. 8 as an output. Although the pulse width depends on the characteristics of the saturable absorber 10 at t2, the pulse pitch t1 is a value proportional to the resonator length (the interval L between the output mirror 08 and the total reflection mirror 09).

【0004】[0004]

【数1】 (Equation 1)

【0005】(但し、cは光速) で表現できる。このタイプのレーザは、一般に可飽和吸
収体などを共振器内に含んでいるので、Lが比較的長く
なり、このためパルスピッチt1 は10nsec程度と
なる。
(Where c is the speed of light). Since this type of laser generally includes a saturable absorber or the like in the resonator, L is relatively long, and the pulse pitch t1 is about 10 nsec.

【0006】[0006]

【考案が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
レーザパルスピッチt1 は10nsecで広すぎるた
め、RFの周波数とのマッチングを考えると100MH
z(100MHz=1/10nsec)帯のRF源しか
利用できず、電子加速に長尺のRFキャビティを必要と
する不具合があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above conventional method,
Since the laser pulse pitch t1 is too wide at 10 nsec, considering the matching with the RF frequency, 100 MH
Only a z (100 MHz = 1/10 nsec) band RF source can be used, and there is a problem that a long RF cavity is required for electron acceleration.

【0007】本考案は上記実情に鑑みてなされたもの
で、レーザ発生器から出力されたパルス間隔を小さくし
てフォトカソードより数GHzの光電子を引出すことが
でき、RFキャビティのコンパクト化を図り得る励起用
レーザ装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to extract a photoelectron of several GHz from a photocathode by reducing the pulse interval output from a laser generator, thereby achieving a compact RF cavity. An object of the present invention is to provide an excitation laser device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本考案は、モードロック
されたレーザ発生器から出力される各レーザパルスをパ
ルス列発生器に入力して数GHzのパルス列を発生する
ようにしたことを特徴とするものである。また、本考案
は、必要に応じてパルス列発生器の出力側に1/2パル
スピッチ発生器を設け、パルスピッチが所定のパルスピ
ッチより大きい場合にパルスピッチを1/2にして数G
Hzのパルス列が得られるようにしている。
The present invention is characterized in that each laser pulse output from a mode-locked laser generator is input to a pulse train generator to generate a pulse train of several GHz. Things. Further, according to the present invention, if necessary, a 1/2 pulse pitch generator is provided on the output side of the pulse train generator, and when the pulse pitch is larger than a predetermined pulse pitch, the pulse pitch is reduced by half to several Gs.
Hz pulse train is obtained.

【0009】[0009]

【作用】モードロックされたレーザ発生器から例えば1
0nsec間隔のレーザパルスが出力される。このレー
ザパルスはパルス列発生器に入力されて数GHzの連続
パルス列に変換される。このパルス列のピッチが予め設
定された値より大きい場合は、そのピッチが1/2パル
スピッチ発生器により1/2に変更される。従って、こ
のパルス列によりフォトカソードから数GHzの光電子
が引出され、RFキャビティのコンパクト化を図ること
が可能となる。
Function: For example, from the mode locked laser generator,
Laser pulses are output at 0 nsec intervals. This laser pulse is input to a pulse train generator and converted into a continuous pulse train of several GHz. When the pitch of the pulse train is larger than a preset value, the pitch is changed to 1/2 by a 1/2 pulse pitch generator. Accordingly, photoelectrons of several GHz are extracted from the photocathode by this pulse train, and the RF cavity can be made compact.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照して本考案の一実施例を説
明する。図1は本考案の励起用レーザ装置の概念を示す
ものである。レーザ発生器05は図7に示した従来の短
パルス(モードロック)レーザと同様であり、レーザを
モードロックし、数10nsec間隔のレーザルスを発
生し、パルス列発生器06に入力する。このパルス列発
生器06は、短パルス一つから連続パルス列を発生し、
即ち、短パルスの発生間隔である数10nsecの間に
数GHzのパルス列を発生し、1/2パルスピッチ発生
器07に入力する。この1/2パルスピッチ発生器07
は、連続パルス列のピッチが予め設定されたパルスピッ
チより大きい場合に、つまり、パルス列発生器06で発
生したパルス列のピッチが未だ不十分な場合に使用され
るもので、入力されたパルスのピッチを1/2にしてカ
ソード材02に出力する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the concept of the excitation laser device of the present invention. The laser generator 05 is the same as the conventional short-pulse (mode-locked) laser shown in FIG. 7, locks the mode of the laser, generates laser pulses at intervals of several tens of nanoseconds, and inputs the laser pulses to the pulse train generator 06. This pulse train generator 06 generates a continuous pulse train from one short pulse,
That is, a pulse train of several GHz is generated within several tens of nanoseconds, which is a short pulse generation interval, and is input to the 1 / pulse pitch generator 07. This 1/2 pulse pitch generator 07
Is used when the pitch of the continuous pulse train is larger than a preset pulse pitch, that is, when the pitch of the pulse train generated by the pulse train generator 06 is still insufficient. The output is made to the cathode material 02 after being halved.

【0011】上記パルス列発生器06は、図2に示すよ
うに構成される。すなわち、パルス列発生器06は、レ
ーザ発生器05から入射した光hν(短パルス)を凸面
鏡11で反射し、反射鏡12の中央部孔12aを通過さ
せ、更に反射鏡13で反射させて増幅器14により入射
する。この増幅器14は、上記入射光を増幅し、反射鏡
15、16に反射させて上記反射鏡12に導く。この反
射鏡12に入射した光は、その一部が反射鏡12の中央
部孔12aを通って外部に取り出されるが、その他の光
は反射鏡12で反射して再び反射鏡13に向かう。この
ようにしてレーザ発生器05から凸面鏡11に入射した
光hνは、反射鏡12→反射鏡13→増幅器14→反射
鏡15→反射鏡16→反射鏡12のリング共振光路を巡
回して増幅され、その一部が反射鏡12の中央部孔12
aを介して外部に取り出されるという動作を繰り返す。
これにより図3に示すように光順路長に比例したパルス
ピッチでパルス列を発生する。
The pulse train generator 06 is configured as shown in FIG. That is, the pulse train generator 06 reflects the light hν (short pulse) incident from the laser generator 05 on the convex mirror 11, passes through the central hole 12 a of the reflecting mirror 12, further reflects on the reflecting mirror 13, and amplifies the amplifier 14. Incident. The amplifier 14 amplifies the incident light, reflects the light on the reflecting mirrors 15 and 16, and guides the light to the reflecting mirror 12. A part of the light incident on the reflecting mirror 12 is extracted to the outside through the central hole 12a of the reflecting mirror 12, but the other light is reflected by the reflecting mirror 12 and travels to the reflecting mirror 13 again. The light hν incident on the convex mirror 11 from the laser generator 05 in this way is amplified by circulating through the ring resonance optical path of the reflecting mirror 12 → reflecting mirror 13 → amplifier 14 → reflecting mirror 15 → reflecting mirror 16 → reflecting mirror 12. A part of which is a central hole 12 of the reflecting mirror 12.
The operation of being taken out to the outside via a is repeated.
As a result, a pulse train is generated at a pulse pitch proportional to the optical path length as shown in FIG.

【0012】今、反射鏡13と反射鏡15との間の光路
長をL1 、反射鏡15と反射鏡16との間の光路長をL
2 、パルスピッチをt3 とすると、 t3 =2(L1 +L2 )/c (cは光速) となる。
Now, the optical path length between the reflecting mirror 13 and the reflecting mirror 15 is L1, and the optical path length between the reflecting mirror 15 and the reflecting mirror 16 is L1.
2. If the pulse pitch is t3, t3 = 2 (L1 + L2) / c (c is the speed of light).

【0013】この巡回する光束は緩い広がり角を有して
いるため、やがて鏡外径よりも大きくなり、ロスが増加
する。一方、増幅器14による増幅もあるので、ロス
(反射鏡12の孔を通過する光によるロス分を含む)と
利得とがバランスする。(図2において、光束を示す破
線は第1回目の光路、実線は定常光路を示している。
[0013] Since the circulating light beam has a gentle spread angle, it eventually becomes larger than the mirror outer diameter and the loss increases. On the other hand, since there is amplification by the amplifier 14, the loss (including the loss due to the light passing through the hole of the reflecting mirror 12) and the gain are balanced. (In FIG. 2, the broken line indicating the light flux indicates the first optical path, and the solid line indicates the stationary optical path.

【0014】図3はパルス列発生器06の出力例を示し
たものである。図2において、
FIG. 3 shows an output example of the pulse train generator 06. In FIG.

【0015】[0015]

【数2】 (Equation 2)

【0016】とするのが短い方の一般的値であると考え
られるので、パルスピッチt3 は、
Is considered to be a general value of the shorter one, so that the pulse pitch t3 is

【0017】[0017]

【数3】 (Equation 3)

【0018】となる。これは、1.5GHz相当する。## EQU1 ## This corresponds to 1.5 GHz.

【0019】ここで、上記パルス列発生器06で発生し
た連続パルス列のパルスピッチが予め設定されたパルス
ピッチより大きい場合は、1/2パルスピッチ発生器0
7が使用される。この1/2パルスピッチ発生器07
は、図4に示すように、入射したレーザ光をビームスプ
リット19により分け、直進する一方の光はレンズ18
により集光してカソード材02に照射し、90°屈折さ
せた他方の光は凹面鏡17で集光し、カソード材02に
照射する。
Here, if the pulse pitch of the continuous pulse train generated by the pulse train generator 06 is larger than a preset pulse pitch, the 1/2 pulse pitch generator 0
7 is used. This 1/2 pulse pitch generator 07
As shown in FIG. 4, the incident laser light is split by a beam splitter 19, and
And the other light, which is refracted by 90 °, is condensed by the concave mirror 17 and irradiated on the cathode material 02.

【0020】このときビームスプリット19とカソード
材02との間の光路長をLL1 、ビームスプリット19
と凹面鏡17との間の光路長をLL2 、凹面鏡17とカ
ソード材02との間の光路長をLL3 、1/2パルスピ
ッチ発生器07から出力されるパルスのピッチをt4 と
すると、このパルスピッチt4 は、 となる。今、「LL2 +LL3 」と「LL1 」の光路差
を例えば「LL2 +LL3 −LL1 =100mm」とす
ると、パルスピッチt4 は、
At this time, the optical path length between the beam split 19 and the cathode material 02 is LL1, and the beam split 19 is
Assuming that the optical path length between the concave mirror 17 and the concave mirror 17 is LL2, the optical path length between the concave mirror 17 and the cathode material 02 is LL3, and the pitch of the pulse output from the 1/2 pulse pitch generator 07 is t4. t4 is Becomes Now, assuming that the optical path difference between “LL2 + LL3” and “LL1” is, for example, “LL2 + LL3−LL1 = 100 mm”, the pulse pitch t4 becomes

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】となる。## EQU1 ##

【0023】以上のようにしてレーザパルスの間隔を狭
めることができ、これによりフォトカソードから数GH
zの光電子が引出される。この結果、RFキャビティを
コンパクト化した励起用レーザ装置を実現できる。
As described above, the interval between the laser pulses can be narrowed, so that several GH
The z photoelectrons are extracted. As a result, a pump laser device having a compact RF cavity can be realized.

【0024】[0024]

【考案の効果】以上詳記したように本考案によれば、レ
ーザ発生器からの各レーザパルスをパルス列発生器によ
り数GHzのパルス列に変換しているので、フォトカソ
ードからの光電子引出を数GHzとすることができる。
また、パルス列発生器より発生されたパルス列が、予め
設定されたパルスピッチより大きい場合は、1/2パル
ス列発生器によりパルスピッチを1/2としているの
で、数GHzの目的とするレーザパルス列を確実に発生
でき、フォトカソードからの光電子引出を数GHzとし
て、RFキャビティをコンパクト化することができる。
As described above in detail, according to the present invention, since each laser pulse from the laser generator is converted into a pulse train of several GHz by the pulse train generator, the photoelectron extraction from the photocathode is performed by several GHz. It can be.
When the pulse train generated by the pulse train generator is larger than a preset pulse pitch, the pulse pitch is reduced to に よ り by the パ ル ス pulse train generator. The RF cavity can be made compact by setting the photoelectron extraction from the photocathode to several GHz.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案に係る励起用レーザ装置の基本構成を示
すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an excitation laser device according to the present invention.

【図2】同実施例におけるパルス列発生器の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a pulse train generator in the embodiment.

【図3】図2に示すパルス列発生器の特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram of the pulse train generator shown in FIG.

【図4】図1における1/2パルスピッチ発生器の構成
図。
FIG. 4 is a configuration diagram of a 1/2 pulse pitch generator in FIG. 1;

【図5】図4に示す1/2パルスピッチ発生器の特性
図。
FIG. 5 is a characteristic diagram of the パ ル ス pulse pitch generator shown in FIG. 4;

【図6】RF引出フォトカソードの概念図。FIG. 6 is a conceptual diagram of an RF extraction photocathode.

【図7】従来のモードロックレーザの構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional mode-locked laser.

【図8】図7に示すモードロックレーザの特性図。8 is a characteristic diagram of the mode-locked laser shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

01…レーザ、02…カソード材、03…RFキャビテ
ィ、04…RF発生器、05…レーザ発生器、06…パ
ルス列発生器、07…1/2パルスピッチ発生器、11
…凸面鏡、12…反射鏡、13…反射鏡、14…増幅
器、15…反射鏡、16…反射鏡、17…凹面鏡、18
…レンズ、19…ビームスプリット。
01 laser, 02 cathode material, 03 RF cavity, 04 RF generator, 05 laser generator, 06 pulse train generator, 07 1/2 pulse pitch generator, 11
... Convex mirror, 12 ... Reflector, 13 ... Reflector, 14 ... Amplifier, 15 ... Reflector, 16 ... Reflector, 17 ... Concave mirror, 18
... Lens, 19 ... Beam split.

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 モードロックされたレーザ発生器と、こ
のレーザ発生器から出力される各レーザパルスに対して
数GHzのパルス列を発生するパルス列発生器とを具備
したことを特徴とする励起用レーザ装置。
1. An excitation laser comprising: a mode-locked laser generator; and a pulse train generator for generating a pulse train of several GHz for each laser pulse output from the laser generator. apparatus.
【請求項2】 モードロックされたレーザ発生器と、こ
のレーザ発生器から出力される各レーザパルスに対して
連続したパルス列を発生するパルス列発生器と、このパ
ルス列発生器から出力されるパルス列のピッチを1/2
にする1/2パルスピッチ発生器とを具備したことを特
徴とする励起用レーザ装置。
2. A mode-locked laser generator, a pulse train generator for generating a continuous pulse train for each laser pulse output from the laser generator, and a pitch of a pulse train output from the pulse train generator 1/2
And a 1/2 pulse pitch generator.
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