JP3400334B2 - 光電子発生方法及び装置 - Google Patents
光電子発生方法及び装置Info
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトカソード表
面に対して斜めの方向から光ビームを照射して、フォト
カソード正面から光電子を発生させる光電子発生方法及
び装置に係り、特に、発生した電子を高周波（ＲＦ）加
速したとき、短パルス、低エミッタンスの電子パルスビ
ームを発生することが可能な光電子発生方法及び装置に
関する。
面に対して斜めの方向から光ビームを照射して、フォト
カソード正面から光電子を発生させる光電子発生方法及
び装置に係り、特に、発生した電子を高周波（ＲＦ）加
速したとき、短パルス、低エミッタンスの電子パルスビ
ームを発生することが可能な光電子発生方法及び装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ライナック等の直線加速器やサイクロト
ロン等の回転加速器を含む電子加速器における電子源に
は、従来、一般的にサーマルカソードから発生する熱電
子が利用されてきたため、発生する電子束を、時間的に
短い短パルスで、且つ、空間的な拡がり角度の小さい低
エミッタンスにすることが困難であった。
ロン等の回転加速器を含む電子加速器における電子源に
は、従来、一般的にサーマルカソードから発生する熱電
子が利用されてきたため、発生する電子束を、時間的に
短い短パルスで、且つ、空間的な拡がり角度の小さい低
エミッタンスにすることが困難であった。
【０００３】従って、近年、フォトカソードから発生す
る光電子を利用する方法が、発生する電子束を短パルス
化することが可能であるため、用いられるようになって
いる。このような光電子発生装置の一つに、図７に示す
如く、レーザ照射により発生する光電子をマイクロ波で
加速する高周波（ＲＦ）ガン１０がある。
る光電子を利用する方法が、発生する電子束を短パルス
化することが可能であるため、用いられるようになって
いる。このような光電子発生装置の一つに、図７に示す
如く、レーザ照射により発生する光電子をマイクロ波で
加速する高周波（ＲＦ）ガン１０がある。
【０００４】このＲＦガン１０では、ターゲットである
フォトカソード１２の表面上に短いパルスのレーザビー
ム８を照射することによって、フォトカソード１２の表
面から光電子を飛び出させている。
フォトカソード１２の表面上に短いパルスのレーザビー
ム８を照射することによって、フォトカソード１２の表
面から光電子を飛び出させている。
【０００５】短パルス、低エミッタンスの電子ビームを
発生させるには、この入射レーザビーム８の波面が、フ
ォトカソード１２の表面に平行になっていることが望ま
しい。
発生させるには、この入射レーザビーム８の波面が、フ
ォトカソード１２の表面に平行になっていることが望ま
しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常、
レーザビーム８はフォトカソード１２の表面に対して垂
直ではなく、ある入射角θをもって斜めに入射されるた
め、レーザビーム８の波面８ｗの図の上端８ｕが、下端
８ｌよりも先にフォトカソード１２の表面に衝突してし
まい、フォトカソード１２の図の上端１２ｕと下端１２
ｌでは、波面が同時に到達しない。従って、発生した電
子をＲＦ加速したとき、ＲＦの位相と同期が取れず、短
パルス、低エミッタンスの電子パルスビームを発生する
ことができないという問題点を有していた。
レーザビーム８はフォトカソード１２の表面に対して垂
直ではなく、ある入射角θをもって斜めに入射されるた
め、レーザビーム８の波面８ｗの図の上端８ｕが、下端
８ｌよりも先にフォトカソード１２の表面に衝突してし
まい、フォトカソード１２の図の上端１２ｕと下端１２
ｌでは、波面が同時に到達しない。従って、発生した電
子をＲＦ加速したとき、ＲＦの位相と同期が取れず、短
パルス、低エミッタンスの電子パルスビームを発生する
ことができないという問題点を有していた。
【０００７】即ち、図８に詳細に示す如く、幅ａ、長さ
ｂ（＝ｃΔｔ；ここでｃは光速、Δｔはレーザビームの
パルス時間幅）のパルスレーザビーム８が、入射角θで
フォトカソード１２の表面を照射すると、従来のように
レーザビームの波面８ｗがレーザビームの光軸８ｃに対
して垂直である場合、レーザビーム８がフォトカソード
１２に当る際、レーザビーム８の上端８ｕと下端８ｌ
は、同時にはフォトカソード１２の上端１２ｕと下端１
２ｌに到達せず、（ｂ tanθ／ｃ）だけ時間差が生じて
しまう。
ｂ（＝ｃΔｔ；ここでｃは光速、Δｔはレーザビームの
パルス時間幅）のパルスレーザビーム８が、入射角θで
フォトカソード１２の表面を照射すると、従来のように
レーザビームの波面８ｗがレーザビームの光軸８ｃに対
して垂直である場合、レーザビーム８がフォトカソード
１２に当る際、レーザビーム８の上端８ｕと下端８ｌ
は、同時にはフォトカソード１２の上端１２ｕと下端１
２ｌに到達せず、（ｂ tanθ／ｃ）だけ時間差が生じて
しまう。
【０００８】ところが、従来のＲＦガン方式の光電子発
生装置において、レーザビームの波面を、照射されるフ
ォトカソード表面に平行になるように制御した試みは無
かった。
生装置において、レーザビームの波面を、照射されるフ
ォトカソード表面に平行になるように制御した試みは無
かった。
【０００９】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、電子を加速するＲＦの位相と理想的
な同期制御を行うことができ、従って、短パルス、低エ
ミッタンスの電子パルスビームを発生できるようにする
ことを課題とする。
くなされたもので、電子を加速するＲＦの位相と理想的
な同期制御を行うことができ、従って、短パルス、低エ
ミッタンスの電子パルスビームを発生できるようにする
ことを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、フォトカソー
ド表面に対して斜めの方向から光ビームを照射して、フ
ォトカソード正面から光電子を発生させる際に、前記フ
ォトカソードに入射される光ビームの波面を、ビーム光
軸に対して傾け、フォトカソード表面に対して略平行と
なるようにして、前記課題を解決したものである。
ド表面に対して斜めの方向から光ビームを照射して、フ
ォトカソード正面から光電子を発生させる際に、前記フ
ォトカソードに入射される光ビームの波面を、ビーム光
軸に対して傾け、フォトカソード表面に対して略平行と
なるようにして、前記課題を解決したものである。
【００１１】本発明は又、同様の光電子発生装置におい
て、前記フォトカソードに入射される光ビームの波面
を、ビーム光軸に対して傾ける波面傾斜手段を設け、該
光ビームの波面が、フォトカソード表面に対して略平行
となるようにして、同じく前記課題を解決したものであ
る。
て、前記フォトカソードに入射される光ビームの波面
を、ビーム光軸に対して傾ける波面傾斜手段を設け、該
光ビームの波面が、フォトカソード表面に対して略平行
となるようにして、同じく前記課題を解決したものであ
る。
【００１２】又、前記波面傾斜手段を、回折格子又はプ
リズムとしたものである。
リズムとしたものである。
【００１３】本発明おいては、光ビームの光路の途中
に、回折格子やプリズム等の波面を傾斜させる手段を挿
入することにより、図１に示す如く、レーザビーム８の
波面８ｗがフォトダイオード１２の表面に対して巨視的
に略平行となるようにする。すると、フォトカソード１
２の上端１２ｕと下端１２ｌに、同時に光が到達する。
従って、フォトカソード１２の表面では、その位置に拘
らず、同時に光電子が発生するため、ＲＦの位相と理想
的な同期制御を行うことができ、短パルス、低エミッタ
ンスの電子パルスビームを発生することができる。
に、回折格子やプリズム等の波面を傾斜させる手段を挿
入することにより、図１に示す如く、レーザビーム８の
波面８ｗがフォトダイオード１２の表面に対して巨視的
に略平行となるようにする。すると、フォトカソード１
２の上端１２ｕと下端１２ｌに、同時に光が到達する。
従って、フォトカソード１２の表面では、その位置に拘
らず、同時に光電子が発生するため、ＲＦの位相と理想
的な同期制御を行うことができ、短パルス、低エミッタ
ンスの電子パルスビームを発生することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
施形態を詳細に説明する。
【００１５】本実施形態に係るフォトカソード照射用レ
ーザ光学系は、図２に示す如く、断面形状が円形のレー
ザパルスビーム４２を発生するレーザ光源４０と、例え
ば反射ミラー４４によって方向変換されたレーザパルス
ビーム４２を集束して、ＲＦガン１０のフォトカソード
１２に斜めの方向から入射するための伝送光学系５０と
を、主に備えている。
ーザ光学系は、図２に示す如く、断面形状が円形のレー
ザパルスビーム４２を発生するレーザ光源４０と、例え
ば反射ミラー４４によって方向変換されたレーザパルス
ビーム４２を集束して、ＲＦガン１０のフォトカソード
１２に斜めの方向から入射するための伝送光学系５０と
を、主に備えている。
【００１６】前記伝送光学系５０は、例えば、反射ミラ
ー４４で方向変換された、図３（ａ）に示すような、ビ
ームの進行と垂直な方向の位置ｒに関する断面強度分布
を有するレーザパルスビーム４２を、図３（ｂ）に示す
ような分布とするための空間フィルタ（例えばピンホー
ルアパーチャ）５２と、該空間フィルタ５２を通過した
レーザパルスのビーム径を広げるためのビームエクスパ
ンダ５４と、該ビームエクスパンダ５４によって広げら
れた、図３（ｃ）に示すような強度分布形状のうち、両
端部分を遮蔽するためのマスク５６と、該マスク５６の
開口部を通過した略矩形状のレーザパルスビームを集束
し、図３（ｄ）に示すような幅の狭い断面強度分布とし
て、前記フォトカソード１２に照射するための凸レンズ
５８と、該凸レンズ５８によって集束されたレーザビー
ム４２の方向を変換して、前記ＲＦガン１０のフォトカ
ソード１２に照射するための反射ミラー６０とを備えて
いる。
ー４４で方向変換された、図３（ａ）に示すような、ビ
ームの進行と垂直な方向の位置ｒに関する断面強度分布
を有するレーザパルスビーム４２を、図３（ｂ）に示す
ような分布とするための空間フィルタ（例えばピンホー
ルアパーチャ）５２と、該空間フィルタ５２を通過した
レーザパルスのビーム径を広げるためのビームエクスパ
ンダ５４と、該ビームエクスパンダ５４によって広げら
れた、図３（ｃ）に示すような強度分布形状のうち、両
端部分を遮蔽するためのマスク５６と、該マスク５６の
開口部を通過した略矩形状のレーザパルスビームを集束
し、図３（ｄ）に示すような幅の狭い断面強度分布とし
て、前記フォトカソード１２に照射するための凸レンズ
５８と、該凸レンズ５８によって集束されたレーザビー
ム４２の方向を変換して、前記ＲＦガン１０のフォトカ
ソード１２に照射するための反射ミラー６０とを備えて
いる。
【００１７】本実施形態では、このような伝送光学系５
０において、前記ＲＦガン１０の直前に、図４に詳細に
示す如く、フォトカソード１２に入射される光ビーム８
の波面を、ビーム光軸に対して傾斜させるための回折格
子７０を含む波面傾斜装置６８と、該回折格子７０出側
のレーザビームの方向を変換するための反射ミラー７２
を設ける。
０において、前記ＲＦガン１０の直前に、図４に詳細に
示す如く、フォトカソード１２に入射される光ビーム８
の波面を、ビーム光軸に対して傾斜させるための回折格
子７０を含む波面傾斜装置６８と、該回折格子７０出側
のレーザビームの方向を変換するための反射ミラー７２
を設ける。
【００１８】前記回折格子７０によって回折されるレー
ザビームは、図５に詳細に示す如く、回折格子７０への
到達位置によって回折されるタイミングが異なるため、
波面８ｗが光軸８ｃに対して傾斜することとなる。
ザビームは、図５に詳細に示す如く、回折格子７０への
到達位置によって回折されるタイミングが異なるため、
波面８ｗが光軸８ｃに対して傾斜することとなる。
【００１９】従って、図１に示した如く、レーザビーム
の波面８ｗがフォトカソード１２の表面と平行になるよ
うに配置することにより、レーザビームの波面が同時に
フォトカソード１２の表面に到達するようにすることが
でき、ＲＦの位相と理想的な同期制御が可能となる。
の波面８ｗがフォトカソード１２の表面と平行になるよ
うに配置することにより、レーザビームの波面が同時に
フォトカソード１２の表面に到達するようにすることが
でき、ＲＦの位相と理想的な同期制御が可能となる。
【００２０】本実施形態においては、波面を傾斜させる
ために回折格子７０が用いられていたが、波面を傾斜さ
せる手段はこれに限定されず、図６に示す第２実施形態
のように、プリズム８０を含む波面傾斜装置７８を用い
て波面を傾斜させることも可能である。
ために回折格子７０が用いられていたが、波面を傾斜さ
せる手段はこれに限定されず、図６に示す第２実施形態
のように、プリズム８０を含む波面傾斜装置７８を用い
て波面を傾斜させることも可能である。
【００２１】又、前記空間フィルタ５２を、ビームの進
行と垂直な方向の位置によって透過率の異なるガウシア
ンフィルタとして、該空間フィルタ５２を通過するレー
ザビームの断面形状を、きれいなガウス分布に整形する
こともできる。光路中に挿入する空間フィルタの種類
は、ピンボールアバーチャやガウシアンフィルタに限定
されず、レーザビームの断面形状をトップフラットな形
状や、他の自由な形に整形することもできる。
行と垂直な方向の位置によって透過率の異なるガウシア
ンフィルタとして、該空間フィルタ５２を通過するレー
ザビームの断面形状を、きれいなガウス分布に整形する
こともできる。光路中に挿入する空間フィルタの種類
は、ピンボールアバーチャやガウシアンフィルタに限定
されず、レーザビームの断面形状をトップフラットな形
状や、他の自由な形に整形することもできる。
【００２２】なお、前記実施形態においては、本発明
が、ライナック等の電子加速器に光電子を入射するため
のＲＦガンに適用されていたが、本発明の適用対象はこ
れに限定されない。
が、ライナック等の電子加速器に光電子を入射するため
のＲＦガンに適用されていたが、本発明の適用対象はこ
れに限定されない。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、光ビームの波面が同時
にフォトカソードの表面に到達するので、発生した電子
を例えばＲＦ加速した場合、ＲＦの位相と理想的な同期
制御を行うことができ、従って、短パルス、低エミッタ
ンスの電子パルスビームを発生することが可能となる。
にフォトカソードの表面に到達するので、発生した電子
を例えばＲＦ加速した場合、ＲＦの位相と理想的な同期
制御を行うことができ、従って、短パルス、低エミッタ
ンスの電子パルスビームを発生することが可能となる。
【図１】本発明の原理を説明するための、フォトカソー
ド表面に対するレーザビーム波面の入射状態を示す断面
図
ド表面に対するレーザビーム波面の入射状態を示す断面
図
【図２】本発明の第１実施形態におけるフォトカソード
照射用レーザ光学系の全体構成を示す光路図
照射用レーザ光学系の全体構成を示す光路図
【図３】前記フォトカソード照射用レーザ光学系の各所
におけるビーム強度分布の変化を示す線図
におけるビーム強度分布の変化を示す線図
【図４】第１実施形態で用いられている波面傾斜装置の
構成を示す断面図
構成を示す断面図
【図５】前記波面傾斜装置の回折格子の作用を説明する
ための断面図
ための断面図
【図６】本発明の第２実施形態で用いられている、プリ
ズムを用いた波面傾斜装置の構成を示す断面図
ズムを用いた波面傾斜装置の構成を示す断面図
【図７】従来のＲＦガンへのレーザ光の入射状態を示す
断面図
断面図
【図８】従来における、フォトカソード表面に対するレ
ーザビーム波面の入射状態を示す断面図
ーザビーム波面の入射状態を示す断面図
８…レーザビーム
１０…高周波（ＲＦ）ガン
１２…フォトカソード
４０…レーザ光源
４２…レーザパルスビーム
４４、６０…反射ミラー
５０…伝送光学系
５２…空間フィルタ
５４…ビームエクスパンダ
５６…マスク
５８…凸レンズ
６８、７８…波面傾斜装置
７０…回折格子
８０…プリズム
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 37/073
G21K 1/00
H01J 1/34
Claims (4)
- 【請求項１】フォトカソード表面に対して斜めの方向か
ら光ビームを照射して、フォトカソード正面から光電子
を発生させる際に、 前記フォトカソードに入射される光ビームの波面を、ビ
ーム光軸に対して傾け、フォトカソード表面に対して略
平行となるようにしたことを特徴とする光電子発生方
法。 - 【請求項２】フォトカソード表面に対して斜めの方向か
ら光ビームを照射して、フォトカソード正面から光電子
を発生させる光電子発生装置において、 前記フォトカソードに入射される光ビームの波面を、ビ
ーム光軸に対して傾ける波面傾斜手段を設け、 該光ビームの波面が、フォトカソード表面に対して略平
行となるようにしたことを特徴とする光電子発生装置。 - 【請求項３】請求項２において、前記波面傾斜手段が回
折格子であることを特徴とする光電子発生装置。 - 【請求項４】請求項２において、前記波面傾斜手段がプ
リズムであることを特徴とする光電子発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02705898A JP3400334B2 (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 光電子発生方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02705898A JP3400334B2 (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 光電子発生方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224632A JPH11224632A (ja) | 1999-08-17 |
| JP3400334B2 true JP3400334B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=12210477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02705898A Expired - Fee Related JP3400334B2 (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 光電子発生方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3400334B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017168554A1 (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 電子顕微鏡 |
-
1998
- 1998-02-09 JP JP02705898A patent/JP3400334B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11224632A (ja) | 1999-08-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |