JP2882165B2 - 荷電粒子ビーム励起ガスレーザー光の散乱光発生装置及びその方法 - Google Patents
荷電粒子ビーム励起ガスレーザー光の散乱光発生装置及びその方法Info
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- JP2882165B2 JP2882165B2 JP4645492A JP4645492A JP2882165B2 JP 2882165 B2 JP2882165 B2 JP 2882165B2 JP 4645492 A JP4645492 A JP 4645492A JP 4645492 A JP4645492 A JP 4645492A JP 2882165 B2 JP2882165 B2 JP 2882165B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザー光散乱用
の荷電粒子をガスレーザ励起用に再利用する、レーザー
散乱光発生装置に関する。
の荷電粒子をガスレーザ励起用に再利用する、レーザー
散乱光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザー光を荷電粒子で散乱しレーザー
光よりも短い波長の光を得ようとする場合、従来はレー
ザー光発生用の励起電源と散乱用電子ビーム発生・加速
用の電源はそれぞれ独立している。
光よりも短い波長の光を得ようとする場合、従来はレー
ザー光発生用の励起電源と散乱用電子ビーム発生・加速
用の電源はそれぞれ独立している。
【０００３】荷電粒子発生装置で発生する荷電粒子は加
速器で加速され、一方で同期をとってレーザーを発振さ
せる。このレーザーは固体レーザーでも、気体レーザー
でも、半導体レーザーでもよく、また励起方法も様々で
ある。一般的には、大出力が可能な炭酸ガスレーザーや
ＹＡＧレーザーが使用される。レーザー出力鏡から出射
するレーザー光に、ガイド磁界により案内される荷電粒
子ビームが入射されると、それらの相互作用によって波
長の短い散乱光が得られる。この散乱現象自体はコンプ
トン散乱、トムソン散乱として知られている。
速器で加速され、一方で同期をとってレーザーを発振さ
せる。このレーザーは固体レーザーでも、気体レーザー
でも、半導体レーザーでもよく、また励起方法も様々で
ある。一般的には、大出力が可能な炭酸ガスレーザーや
ＹＡＧレーザーが使用される。レーザー出力鏡から出射
するレーザー光に、ガイド磁界により案内される荷電粒
子ビームが入射されると、それらの相互作用によって波
長の短い散乱光が得られる。この散乱現象自体はコンプ
トン散乱、トムソン散乱として知られている。
【０００４】例えば、波長９．６μｍのＣＯ2 レーザー
を７００ｋＶで加速された電子で散乱すると、５００ｎ
ｍの散乱光を得ている。その例がフィジカル レビュウ
レター５２巻 ４２５頁（１９８４年）（Ｐｈｙｓｉ
ｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５
２，ｐ４２５（１９８４））に記載されている。
を７００ｋＶで加速された電子で散乱すると、５００ｎ
ｍの散乱光を得ている。その例がフィジカル レビュウ
レター５２巻 ４２５頁（１９８４年）（Ｐｈｙｓｉ
ｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５
２，ｐ４２５（１９８４））に記載されている。
【０００５】また、紫外域で発振するエキシマレーザー
を使用すれば、真空紫外域からの軟Ｘ線にいたる、短波
長の散乱光を得る事ができる。
を使用すれば、真空紫外域からの軟Ｘ線にいたる、短波
長の散乱光を得る事ができる。
【０００６】レーザー光がコヒーレントかつパワー密度
がしきい値よりも大きく、また電子のエネルギー分散が
小さくかつ発散角が小さい場合、荷電粒子がレーザー光
と散乱光の波数の和で表される波数で密度変調され、散
乱光と一定の位相関係でレーザー光を散乱するため（誘
導コンプトン散乱）、コヒーレントな散乱光を発生す
る。この散乱光は指数関数的に増幅される。
がしきい値よりも大きく、また電子のエネルギー分散が
小さくかつ発散角が小さい場合、荷電粒子がレーザー光
と散乱光の波数の和で表される波数で密度変調され、散
乱光と一定の位相関係でレーザー光を散乱するため（誘
導コンプトン散乱）、コヒーレントな散乱光を発生す
る。この散乱光は指数関数的に増幅される。
【０００７】この現象は、レーザー光の電磁界をウィグ
ラー磁界とする自由電子レーザーの発振としても説明で
きる。
ラー磁界とする自由電子レーザーの発振としても説明で
きる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は
レーザー光発生用の高圧電源と荷電粒子ビーム加速用の
高圧電源が独立しているため装置全体が大型となり、建
設コストも高くなる。また、荷電粒子はそのエネルギー
をほとんど損失しないことから、システム全体の動作効
率は低くなる。
レーザー光発生用の高圧電源と荷電粒子ビーム加速用の
高圧電源が独立しているため装置全体が大型となり、建
設コストも高くなる。また、荷電粒子はそのエネルギー
をほとんど損失しないことから、システム全体の動作効
率は低くなる。
【０００９】レーザー発振と荷電粒子ビーム発生の同期
は外部トリガーによって行われるが、ノイズの多い環境
化では技術的に困難で、誤動作しやすい。
は外部トリガーによって行われるが、ノイズの多い環境
化では技術的に困難で、誤動作しやすい。
【００１０】本発明の目的はこの様な従来の問題点を改
善し、同期のための信号系が不必要で構造が単純で、動
作効率がよく、小型で建設コストの低いレーザー散乱光
発生装置を提供することである。
善し、同期のための信号系が不必要で構造が単純で、動
作効率がよく、小型で建設コストの低いレーザー散乱光
発生装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の散乱光発生装置
は、荷電粒子発生装置と前記荷電粒子加速装置と、それ
らに対向配置されレーザー光を発生させるガスレーザー
管と、前記荷電粒子のガイド磁界発生装置から構成され
る。また本発明の方法は前記荷電粒子加速装置により加
速した荷電粒子を前記レーザー光と衝突させ前記レーザ
ー光を散乱させると同時に、前記衝突後の荷電粒子を前
記ガスレーザ菅に導入し、ガスレーザの励起に再利用す
ることを特徴としている。
は、荷電粒子発生装置と前記荷電粒子加速装置と、それ
らに対向配置されレーザー光を発生させるガスレーザー
管と、前記荷電粒子のガイド磁界発生装置から構成され
る。また本発明の方法は前記荷電粒子加速装置により加
速した荷電粒子を前記レーザー光と衝突させ前記レーザ
ー光を散乱させると同時に、前記衝突後の荷電粒子を前
記ガスレーザ菅に導入し、ガスレーザの励起に再利用す
ることを特徴としている。
【００１２】集光レンズや凹面反射鏡などの適当な光学
系によりレーザー光を集光し、レーザー光のビームウエ
スト付近で荷電粒子と衝突させると、前記レーザー光と
前記荷電粒子は強く相互作用し、散乱光が効率よく発生
する。
系によりレーザー光を集光し、レーザー光のビームウエ
スト付近で荷電粒子と衝突させると、前記レーザー光と
前記荷電粒子は強く相互作用し、散乱光が効率よく発生
する。
【００１３】また、荷電粒子としてエネルギー分散の小
さい電子を使用すると、質量が小さいためレーザー光と
の相互作用により容易に密度変調され、コヒーレントな
散乱光を発生する。
さい電子を使用すると、質量が小さいためレーザー光と
の相互作用により容易に密度変調され、コヒーレントな
散乱光を発生する。
【００１４】
【作用】本発明におていは、レーザー光との相互作用に
よる散乱光発生に使用された荷電粒子を、レーザー励起
用に再利用する。
よる散乱光発生に使用された荷電粒子を、レーザー励起
用に再利用する。
【００１５】散乱光発生後の荷電粒子はそのエネルギー
をほとんど失っていない。また、相互作用に使用する荷
電粒子は質量であることが必要であるのに対し、レーザ
ーガス励起用の電子ビームは質の制限が低いことから、
散乱光発生に使用された荷電粒子の再利用は充分可能で
ある。
をほとんど失っていない。また、相互作用に使用する荷
電粒子は質量であることが必要であるのに対し、レーザ
ーガス励起用の電子ビームは質の制限が低いことから、
散乱光発生に使用された荷電粒子の再利用は充分可能で
ある。
【００１６】本発明においては、荷電粒子のエネルギー
の使用効率を改善し、またレーザー励起用の高圧電源を
必要としないので、システム全体の動作効率が高く、装
置の構造が単純で小型化が可能である。また単一電源に
よる動作のため、従来方式の様な同期信号系が必要で、
誤動作に対する安全性も向上する。
の使用効率を改善し、またレーザー励起用の高圧電源を
必要としないので、システム全体の動作効率が高く、装
置の構造が単純で小型化が可能である。また単一電源に
よる動作のため、従来方式の様な同期信号系が必要で、
誤動作に対する安全性も向上する。
【００１７】
【実施例】以下、図面により本発明を詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明の荷電粒子ビーム励起ガス
レーザー光の散乱による光発生装置の一実施例を示す模
式的な図である。ここでは、荷電粒子ビームの中から電
子ビームを１例として説明する。
レーザー光の散乱による光発生装置の一実施例を示す模
式的な図である。ここでは、荷電粒子ビームの中から電
子ビームを１例として説明する。
【００１９】荷電粒子の発生及び加速装置は、電子銃と
高圧電源１と高圧電送系２から構成される。カソード３
とアノード４から構成される電子銃に、高圧電源１で発
生された高電圧を高圧電送系２を介して印加すると、カ
ソード３／アノード４間で、電子が発生・加速される。
電子はガイド磁界発生用コイル６で発生される磁界によ
り案内され、真空の相互作用管１８中を伝搬した後、ベ
ンディング磁界発生用コイル６で発生される磁界により
軌道を曲げられ、フォイル１１を通過してレーザー管１
７の中に入射される。電子銃を構成するカソード３とし
ては、例えば電界放出型カソード、プラズマカソード、
熱電子放出型カソード、光電子放出型カソードなどが使
用される。
高圧電源１と高圧電送系２から構成される。カソード３
とアノード４から構成される電子銃に、高圧電源１で発
生された高電圧を高圧電送系２を介して印加すると、カ
ソード３／アノード４間で、電子が発生・加速される。
電子はガイド磁界発生用コイル６で発生される磁界によ
り案内され、真空の相互作用管１８中を伝搬した後、ベ
ンディング磁界発生用コイル６で発生される磁界により
軌道を曲げられ、フォイル１１を通過してレーザー管１
７の中に入射される。電子銃を構成するカソード３とし
ては、例えば電界放出型カソード、プラズマカソード、
熱電子放出型カソード、光電子放出型カソードなどが使
用される。
【００２０】また加速手段としては、静電加速器、イン
ダクションライナック、ＲＦライナックが、動作電圧の
点から適当である。図１は静電加速器を示すものである
が、これらの他にもマイクロトロンなどのより大型の加
速器の使用も可能である。荷電粒子の最適なエネルギー
は、荷電粒子の質量、ガスレーザー媒質の種類と圧力、
レーザー管への荷電粒子の打込み方向、ガスレーザー管
の大きさなどによって決定されるが、数十ｋＶから数Ｍ
Ｖ程度である。また電流はカソードの種類、加速器の種
類等により制限される。パルスパワー技術を例にすれ
ば、ピーク電圧は数ＭＶまで、ピーク電流は数ｋＡまで
の範囲で変化させることができる。
ダクションライナック、ＲＦライナックが、動作電圧の
点から適当である。図１は静電加速器を示すものである
が、これらの他にもマイクロトロンなどのより大型の加
速器の使用も可能である。荷電粒子の最適なエネルギー
は、荷電粒子の質量、ガスレーザー媒質の種類と圧力、
レーザー管への荷電粒子の打込み方向、ガスレーザー管
の大きさなどによって決定されるが、数十ｋＶから数Ｍ
Ｖ程度である。また電流はカソードの種類、加速器の種
類等により制限される。パルスパワー技術を例にすれ
ば、ピーク電圧は数ＭＶまで、ピーク電流は数ｋＡまで
の範囲で変化させることができる。
【００２１】フォイル１１は、レーザーガス媒質が充填
されているレーザー管１７と真空の相互作用管１８を仕
切ることを目的としている。またフォイル１１は電子を
通過させるために、金属膜等で構成される。
されているレーザー管１７と真空の相互作用管１８を仕
切ることを目的としている。またフォイル１１は電子を
通過させるために、金属膜等で構成される。
【００２２】レーザー管１７中で電子は、レーザーガス
媒質と連続的に衝突を繰り返し、レーザーガス媒質を励
起する（電子ビーム励起）。ガイド磁界発生用コイル８
による磁界により、衝突による電子の散乱は抑制され、
案内される。電子の反射鏡１２への衝突を避けるために
は、ベンディング磁界発生用コイル９などにより電子の
軌道を曲げる方法がある。
媒質と連続的に衝突を繰り返し、レーザーガス媒質を励
起する（電子ビーム励起）。ガイド磁界発生用コイル８
による磁界により、衝突による電子の散乱は抑制され、
案内される。電子の反射鏡１２への衝突を避けるために
は、ベンディング磁界発生用コイル９などにより電子の
軌道を曲げる方法がある。
【００２３】一方、電子衝突により励起されたレーザー
ガス媒質からはレーザー光が放出され、その光は反射鏡
１２と出力鏡１３から構成される共振器間で折り返され
ながら、増幅される。レーザー光の一部は出力鏡１３を
透過し、反射鏡１４で折り返され、相互作用管１８中の
電子ビームの軌道上を電子銃に向かって入射される。こ
の際、後続の電子によりレーザー光は散乱され、レーザ
ー光よりも波長の短い散乱光１６が後方に放射される。
反射鏡１４にはレーザー光に対しては反射率が高く、そ
れよりも短波長の散乱光に対しては反射率の低い、波長
依存性のあるものを選択する。散乱光のほとんどは反射
鏡１４と出力鏡２１を通過して、外部に取りだされる。
ガス媒質からはレーザー光が放出され、その光は反射鏡
１２と出力鏡１３から構成される共振器間で折り返され
ながら、増幅される。レーザー光の一部は出力鏡１３を
透過し、反射鏡１４で折り返され、相互作用管１８中の
電子ビームの軌道上を電子銃に向かって入射される。こ
の際、後続の電子によりレーザー光は散乱され、レーザ
ー光よりも波長の短い散乱光１６が後方に放射される。
反射鏡１４にはレーザー光に対しては反射率が高く、そ
れよりも短波長の散乱光に対しては反射率の低い、波長
依存性のあるものを選択する。散乱光のほとんどは反射
鏡１４と出力鏡２１を通過して、外部に取りだされる。
【００２４】例えば、ピーク電圧５００ｋＶ、ピーク電
流１ｋＡの電子ビームとそれにより発振する波長２４８
ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー衝突により発生する誘導
散乱光について説明する。誘導散乱の場合、散乱光の波
長λS は次式で近似できる。
流１ｋＡの電子ビームとそれにより発振する波長２４８
ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー衝突により発生する誘導
散乱光について説明する。誘導散乱の場合、散乱光の波
長λS は次式で近似できる。
【００２５】λS ＝λ／（２γ2 ） ここで、λはＫｒＦエキシマレーザーの波長で２４８ｎ
ｍであり、γは電子のエネルギーＶ（ｋＶ）を電子の静
止エネルギーで規格化したもので、次式で表される。
ｍであり、γは電子のエネルギーＶ（ｋＶ）を電子の静
止エネルギーで規格化したもので、次式で表される。
【００２６】γ＝Ｖ／５１１＋１ 加速電圧が５００ｋＶの場合、γは約２となり、散乱光
の波長λS は３０ｎｍ程度となる。また加速器の電圧を
変化させれば散乱光の波長も変化する。電子の運動エネ
ルギーから散乱光へのエネルギー変換効率を０．１％と
すれば、散乱光のピーク出力は５００ｋＷ程度となる。
反射鏡１４は誘電体多層膜をコーティングしたもので、
波長２４８ｎｍ付近の光に対してだけ９０％程度の反射
率をもつため、散乱光１６は反射鏡１４を通過して、外
部に取りだされる。
の波長λS は３０ｎｍ程度となる。また加速器の電圧を
変化させれば散乱光の波長も変化する。電子の運動エネ
ルギーから散乱光へのエネルギー変換効率を０．１％と
すれば、散乱光のピーク出力は５００ｋＷ程度となる。
反射鏡１４は誘電体多層膜をコーティングしたもので、
波長２４８ｎｍ付近の光に対してだけ９０％程度の反射
率をもつため、散乱光１６は反射鏡１４を通過して、外
部に取りだされる。
【００２７】前記のエネルギーをほとんど損失していな
い電子ビームをレーザー光の励起に再利用することでシ
ステム全体の効率は向上する。
い電子ビームをレーザー光の励起に再利用することでシ
ステム全体の効率は向上する。
【００２８】第２の実施例として、図２のように反射鏡
１４の前後の位置に集光レンズ１９を設置して、出力鏡
１３からのレーザー光を相互作用管１８の中で集光し、
電子ビームと衝突する位置でのレーザーパワー密度を大
きくするもので、荷電粒子とレーザー光の間の相互作用
は強くなり、誘導散乱が実現しやすくなる。集光するた
めの光学系としては前記の集光レンズ１９の他にも、図
３に示す凹面反射鏡２０のような反射型の光学系でもよ
い。
１４の前後の位置に集光レンズ１９を設置して、出力鏡
１３からのレーザー光を相互作用管１８の中で集光し、
電子ビームと衝突する位置でのレーザーパワー密度を大
きくするもので、荷電粒子とレーザー光の間の相互作用
は強くなり、誘導散乱が実現しやすくなる。集光するた
めの光学系としては前記の集光レンズ１９の他にも、図
３に示す凹面反射鏡２０のような反射型の光学系でもよ
い。
【００２９】荷電粒子の中で電子ビームを使用した場
合、ガイド磁界発生用コイルやベンディング磁界発生用
コイルによる荷電粒子の案内が容易になる。つまり電子
は質量が小さいので、案内するための磁界が小さくてす
む。また電子は質量が小さいので、密度変調が容易に生
じるため、誘導散乱が実現しやすいという利点がある。
合、ガイド磁界発生用コイルやベンディング磁界発生用
コイルによる荷電粒子の案内が容易になる。つまり電子
は質量が小さいので、案内するための磁界が小さくてす
む。また電子は質量が小さいので、密度変調が容易に生
じるため、誘導散乱が実現しやすいという利点がある。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、同
期のための信号系が不必要で、構造が単純で動作効率が
よく、小型で建設コストの低いレーザー散乱光発生装置
の提供が可能となる。
期のための信号系が不必要で、構造が単純で動作効率が
よく、小型で建設コストの低いレーザー散乱光発生装置
の提供が可能となる。
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す図である。
【図３】反射鏡の別の実施例を示す拡大図である。
１ 高圧電源 ２ 高電圧電送系 ３ カソード ４ アノード ５ 荷電粒子ビーム ６ ガイド磁界発生用コイル ７ ベンディング磁界発生用コイル ８ ガイド磁界発生用コイル ９ ベンディング磁界発生用コイル １０ レーザー光 １１ フォイル １２ 反射鏡 １３ 出力鏡 １４ 反射鏡 １５ 反射レーザー光 １６ 散乱光 １７ レーザー管 １８ 相互作用管 １９ 集光レンズ２０ 凹面反射鏡 ２１ 出力鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/0959 H01S 3/30
Claims (4)
- 【請求項１】 荷電粒子発生装置と荷電粒子加速装置
と、それらに対向配置され、レーザー光を発生させるガ
スレーザ管と、前記荷電粒子のガイド磁界発生装置と、
前記荷電粒子加速装置により加速した荷電粒子を前記レ
ーザー光と衝突させ前記レーザー光を散乱させ散乱光を
発生させる相互作用菅と、衝突後の前記荷電粒子を前記
ガスレーザー菅に導入する装置を有することを特徴とす
る荷電粒子ビーム励起ガスレーザー光の散乱光発生装
置。 - 【請求項２】 加速された荷電粒子を磁界発生手段によ
る磁界でガイドし、ガスレーザー管中に導入し、レーザ
ーを発振させる工程と、前記レーザー光と後続の加速荷
電粒子を衝突させ、レーザー光よりも短波長の散乱光を
発生させる工程と、加速荷電粒子をガスレーザー光と衝
突させ散乱光を発生させた後に、前記荷電粒子と同様に
磁界発生手段によりガイドし、ガスレーザーの励起に再
利用する工程とを備えることを特徴とする荷電粒子ビー
ム励起ガスレーザー光の散乱光発生方法。 - 【請求項３】 荷電粒子とレーザー光が衝突する相互作
用管内でレーザー光を集光するために、集光レンズまた
は凹面反射鏡を取り付けたことを特徴とする請求項１記
載の荷電粒子ビーム励起ガスレーザー光の散乱光発生装
置。 - 【請求項４】 荷電粒子発生装置として電子銃を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム励起ガ
スレーザー光の散乱光発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4645492A JP2882165B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 荷電粒子ビーム励起ガスレーザー光の散乱光発生装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4645492A JP2882165B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 荷電粒子ビーム励起ガスレーザー光の散乱光発生装置及びその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251798A JPH05251798A (ja) | 1993-09-28 |
| JP2882165B2 true JP2882165B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=12747613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4645492A Expired - Fee Related JP2882165B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 荷電粒子ビーム励起ガスレーザー光の散乱光発生装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2882165B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100337623B1 (ko) | 1998-11-10 | 2002-05-24 | 모리 마코토 | 광반응장치 |
-
1992
- 1992-03-04 JP JP4645492A patent/JP2882165B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05251798A (ja) | 1993-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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