JP3810716B2 - X-ray generator and generation method - Google Patents

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JP3810716B2 JP2002224828A JP2002224828A JP3810716B2 JP 3810716 B2 JP3810716 B2 JP 3810716B2 JP 2002224828 A JP2002224828 A JP 2002224828A JP 2002224828 A JP2002224828 A JP 2002224828A JP 3810716 B2 JP3810716 B2 JP 3810716B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線発生装置に関し、特に電子ビームにレーザビームを衝突させ、逆コンプトン散乱過程によってX線を発生させるX線発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
逆コンプトン散乱過程によるX線の発生手法として、シングルバンチの電子ビーム(電子群が1つのパルス状電子ビーム)と、シングルパルスのレーザビームとを衝突させる手法が知られている。発生するX線強度を増加させるために、マルチバンチの電子ビーム(電子群が所定の時間間隔で複数個配列している電子ビーム)とパルスレーザビームとを衝突させる方法が研究されている。後者のX線発生方法として、主として以下の3通りの方法が提案され研究されている。
【0003】
第1の方法では、レーザ発振器からマルチパルスレーザビームを出射させ、各レーザパルスと、マルチバンチ電子ビームの1つの電子群とを衝突させる。この方法で高強度のマルチパルスレーザビームを発生させるためには、レーザ発振器を大型化しなければならない。
【0004】
第2の方法が、特開平7−110400号公報に開示されている。図3(A)に、特開平7−110400号公報に開示されたX線発生装置の概略図を示す。光共振器100の一方の反射鏡を通して、レーザ光源101からレーザビーム110を光反射鏡100内に入射させる。レーザビームは光共振器100内を往復し、定在波を形成する。光共振器100から漏れるレーザビームのエネルギよりも、新たに入射するレーザビームのエネルギを大きくすることにより、定在波の強度を高めることができる。加速器102から出射されたマルチバンチ電子ビーム111が、光共振器100内に形成された定在波に衝突し、X線112を発生させる。
【0005】
この方法では、光共振器100内に定在波を形成するために、共振器長を波長の1/10の精度で調整しなければならない。このため、共振器100の共振器長の調整が技術的に困難である。
【0006】
第3の方法が、特開平11−211899号公報に開示されている。図3(B)に、特開平11−211899号公報に開示されたX線発生装置の概略図を示す。2枚の反射鏡120及び121が、相互に対向配置されている。レーザ光源122から出射されたレーザビーム130が反射鏡120及び121で反復反射しながら、反射鏡120及び121の反射面に平行な方向にジグザグ状に進行する。
【0007】
電子ビーム源123から出射した電子ビーム131が、反射鏡120及び121の間をジグザグ状に進行するレーザビームと高い頻度で衝突し、X線が発生する。レーザビームを集光するために、反射鏡120及び121の反射位置の各々を凹面鏡にする方式も提案されている。レーザビームの集光点において電子ビームと衝突させることにより、X線への変換効率を高めることができる。
【0008】
この方法では、レーザビームの反射回数が増加すると、衝突させるべき点に精度よくレーザビームを集光させることが困難になる。また、衝突点が1点のみではないため、衝突点に常に電子ビームを収束させることが困難である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、容易に高強度のX線を発生させることが可能なX線発生装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、相互に対向して配置された部分反射鏡と全反射鏡とを含み、該部分反射鏡が光の一部を透過させる光共振器と、前記光共振器内に配置され、該光共振器内を往復する光を増幅する光増幅器と、前記部分反射鏡を通して前記光共振器内にレーザパルスを入射させるパルスレーザ発振器と、前記パルスレーザ発振器から出射され、前記光共振器内を往復するレーザパルスに衝突するように、ある時間間隔で複数の電子群を出射する電子ビーム源とを有するX線発生装置が提供される。
【0011】
光共振器内をパルスレーザビームが往復するため、複数の電子群と1つのパルスレーザビームとを複数回衝突させることができる。これにより、発生するX線のエネルギを高めることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明の実施例によるX線発生装置の概略図を示す。相互に対向して配置された部分反射鏡1と全反射鏡2とにより、光共振器3が画定されている。部分反射鏡1の反射率は、例えば90〜99.9%(透過率は0.1〜10%)であり、部分反射鏡1を通して外部から光共振器3内にレーザビームを導入することができる。全反射鏡2の反射率は、理想的には100%であるが、現実的には99.5%以上であり、少なくとも部分反射鏡1の反射率よりも高い。
【0013】
部分反射鏡1及び全反射鏡2は、共に凹面鏡であり、両者の焦点が一致するように配置されている。例えば全反射鏡2から部分反射鏡1に向かうレーザビームが焦点11に集光され、その後、発散光線束になって部分反射鏡1に入射する。部分反射鏡1で反射したレーザビームは。再び焦点11に集光され、発散光線束となり全反射鏡2に入射する。
【0014】
移動機構7が、全反射鏡2を、光共振器3の光軸方向に移動させることができる。全反射鏡2を移動させることにより、光共振器3の共振器長を調節することができる。
【0015】
光共振器3内に、光増幅器4が配置されている。光増幅器4は、例えばTiサファイアレーザ媒質、及びこのレーザ媒質を励起させるための励起光源を含んで構成される。励起光源として、例えばNd:YAGレーザ発振器が使用される。光増幅器4は、光共振器3内を往復するレーザビームを増幅する。
【0016】
レーザ光源5が、シングルパルスレーザビーム10を出射する。レーザ光源5は、例えばTiサファイアモード同期レーザ発振器と再生増幅器とを含んで構成される。Tiサファイアレーザ発振器は、例えば、パルス周波数119MHzのマルチパルスレーザビームを出射する。再生増幅器は、Tiサファイアレーザ発振器から出射されたマルチパルスレーザビームから1つのパルスを切り出し、増幅する。再生増幅器から、例えばパルスエネルギ500μJ/パルス、パルス幅200psのシングルパルスレーザビームが出射される。
【0017】
レーザ光源5から出射されたシングルパルスレーザビーム10が、部分反射鏡1を透過して光共振器3内に導入される。レーザ光源1から出射されるパルスレーザビーム10のパルスエネルギが500μJ/パルスであり、部分反射鏡1の透過率が1%である場合、光共振器3内に導入されるシングルパルスレーザビームのパルスエネルギは約5μJ/パルスである。
【0018】
レーザ光源5から出射されるシングルパルスレーザビーム10と同期させて、光増幅器4のレーザ媒質を励起させると、光共振器3内に導入されたシングルパルスレーザビームが共振器3内を往復する度に、光増幅器4で増幅される。シングルパルスレーザビームが増幅されるに従って、光増幅器4の増幅率が低下するため、シングルパルスレーザビームのパルスエネルギは、ある時点で最大となり、その後徐々に低下する。例えば、パルスエネルギの最大値が44mJ/パルスになるまで増幅することができる。また、パルスエネルギが22mJ/パルス以上まで増幅され、その後22mJ/パルスまで低下するまでに、シングルパルスレーザビームは光共振器3内を約20往復する。
【0019】
電子ビーム源6が、マルチバンチ電子ビーム12を出射する。電子ビーム源6は、例えばフォトカソードと加速空洞を有する電子銃、及び直線加速器(リニアック)を含んで構成される。リニアックは、マルチバンチ電子ビームを相対論的速度(例えば光速の0.5倍以上)まで加速する。
【0020】
光共振器3内を往復するシングルパルスレーザビームのパルスエネルギが22mJ/パルスを超えて、最初に全反射鏡2から部分反射鏡1に向かう期間に、電子ビーム源6から出射された最初の電子群が、集光点11でシングルパルスレーザビームに衝突するように、レーザ光源5及び電子ビーム源6が、同期装置20により同期制御される。
【0021】
光共振器3内をシングルパルスレーザビームが1往復する時間が、電子ビーム源6から出射されるマルチバンチ電子ビーム12の電子群の時間間隔と等しくなるように、移動機構7により光共振器3の共振器長が調節されている。このため、集光点11で電子群と衝突したシングルパルスレーザビームは、光共振器3内を1往復して再び集光点11に集光された時に、次の電子群と衝突する。
【0022】
シングルパルスレーザビームは、22mJ/パルス以上のパルスエネルギを維持して光共振器3内を約20往復する。このため、パルスエネルギが22mJ/パルス以上のパルスレーザビームと電子群とを約20回衝突させることができる。この衝突によって、逆コンプトン散乱過程により、パルス状のX線13が発生する。
【0023】
レーザ光源5から出射されたパルスレーザビーム10はシングルパルスであるが、これを光共振器内で増幅しながら往復させることにより、パルスレーザビームと電子ビームとを複数回衝突させることができる。これにより、パルスレーザビームのエネルギ利用効率を高めることができる。また、発生するパルス状のX線13の全体のエネルギを高めることができる。
【0024】
光共振器3内で効率的に共振を生じさせるためには、部分反射鏡1を透過して光共振器3内に導入されたレーザビームを、光共振器3の持つ固有のビーム軌道に合致させなければならない。具体的には、光共振器3内の固有のビーム軌道を部分反射鏡1の外側まで延長する。この延長された仮想ビーム軌道に一致するようなレーザビームを、部分反射鏡1に入射させればよい。レーザ光源5から出射されたレーザビームが平行光線束である場合には、凸レンズを使用して、仮想ビーム軌道に一致するレーザビームを得ることができる。
【0025】
上記実施例によるX線発生装置では、シングルパルスレーザビームと電子ビームとの衝突角が一定である。このため、発生するX線の空間的な単色性を損なうことがない。
【0026】
また、上記実施例では、光共振器3の共振器長を、シングルパルスレーザビームが1往復する時間と、マルチバンチ電子ビーム12の電子群の時間間隔とが等しくなるように調節すればよい。この調節には、レーザビームの波長オーダの精度が要求されない。このため、比較的容易に光共振器3の共振器長を調整することができる。
【0027】
上記実施例では、レーザ光源5から出射されるシングルパルスレーザビーム10が光共振器3に入射するときに1度だけ光増幅器4のレーザ媒質を励起させた。1回の励起のみでも、前述のように、パルスエネルギ22mJ/パルス以上を維持して、シングルパルスレーザビームを光共振器3内で約20往復させることができる。
【0028】
光共振器3内を往復するシングルパルスレーザビームのパルスエネルギが低下してきたときに、光増幅器4のレーザ媒質を再度励起させることにより、再度パルスエネルギを高めることができる。これにより、20回以上の多数回の衝突を行わせることができる。
【0029】
上記実施例では、パルスレーザビームが図1の光共振器3内を1往復するごとに、電子ビームと1回衝突したが、1往復するごとに2回の衝突(往路で1回、復路で1回の衝突)を起こさせることも可能である。焦点11から部分反射鏡1までの光路長と、焦点11から全反射鏡2までの光路長とを等しくし、電子ビームのパルス間隔を、パルスレーザビームが共振器3を1往復する時間の1/2にすればよい。この方式を採用する場合には、光路長を微調整するために、部分反射鏡1も移動機構7aで移動可能に保持することが好ましい。
【0030】
上記実施例では、光共振器3を画定する両端の反射鏡1及び3を凹面鏡としたが、光共振器3内にその他の集光光学系を追加してもよい。
【0031】
図2(A)に、光共振器及び集光光学系の他の構成例を示す。平板の部分反射鏡1aと焦点距離10m程度の凹面鏡2aとが光共振器3aを画定している。光共振器3a内に、2枚の凸レンズ30及び31が、その中心軸が光共振器3aの光軸と一致し、2枚の凸レンズの焦点が相互に一致するように配置されている。部分反射鏡1a側の凸レンズ30の焦点距離は例えば600mmであり、凹面鏡2a側の凸レンズ31の焦点距離は例えば150mmである。部分反射鏡1aと凸レンズ30との間に、光増幅器4が配置されている。
【0032】
部分反射鏡1aを透過して光共振器3a内にシングルパルスレーザビーム10が入射すると、凸レンズ30により、その焦点に集光される。その後、発散光線束となり、他方の凸レンズ31により、ほぼ平行光線束にされ、凹面鏡2aに入射する。凹面鏡2aで反射した平行光線束は、凸レンズ31でその焦点に集光される。その後、発散光線束となり、凸レンズ30により平行光線束になり、部分反射鏡1aに入射する。
【0033】
マルチバンチ電子ビーム12が、凸レンズ30と31との共焦点位置で、シングルパルスレーザビームと衝突する。
【0034】
凸レンズ30の焦点距離が他方の凸レンズ31の焦点距離よりも長いため、部分反射鏡1aと凸レンズ30との間のレーザビームのビーム径が、光共振器3a内の他の位置におけるビーム径よりも大きい。ビーム径の大きくなる位置に光増幅器4を配置しているため、光増幅器4のレーザ媒質の損傷を回避することができる。また、レーザ媒質中のレーザビームのパワー密度が低下するため、非線形効果(自己位相変調、自己収束)を低減することができる。さらに、増幅利得を下げることができるため、増幅器に蓄積されたエネルギの消費を遅らせることが可能になる。これにより、パルスレーザビームの往復回数を増加させることが可能になる。
【0035】
図2(B)に示すように、図2(A)の凸レンズ30及び31の代わりに、凹面鏡30a及び31aを使用することも可能である。
【0036】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光共振器の一方の反射鏡を部分反射鏡とすることにより、部分反射鏡を通して光共振器内にシングルパルスレーザビームを導入することができる。光共振器内に光増幅器を配置することにより、導入されたシングルパルスレーザビームのパルスエネルギを大きくすることができる。パルスエネルギが大きくなり、光共振器内を往復するシングルパルスレーザビームにマルチバンチ電子ビームを衝突させることにより、マルチパルスのX線を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例によるX線発生装置の概略図である。
【図2】 実施例によるX線発生装置の光共振器及び集光光学系の他の構成例を示す概略図である。
【図3】 従来のX線発生装置の概略図である。
【符号の説明】
1 部分反射鏡
2 全反射鏡
3 光共振器
4 光増幅器
5 レーザ光源
6 電子ビーム源
7 移動機構
10 シングルパルスレーザビーム
11 集光点
12 マルチバンチ電子ビーム
13 マルチパルスX線
20 同期装置
30、31 凸レンズ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray generation apparatus, and more particularly to an X-ray generation apparatus that causes a laser beam to collide with an electron beam and generates X-rays by an inverse Compton scattering process.
[0002]
[Prior art]
As a technique for generating X-rays by the inverse Compton scattering process, a technique is known in which a single bunch electron beam (a pulsed electron beam with one electron group) collides with a single pulse laser beam. In order to increase the intensity of generated X-rays, a method of colliding a multi-bunch electron beam (a plurality of electron beams in which a plurality of electron groups are arranged at a predetermined time interval) and a pulsed laser beam has been studied. As the latter X-ray generation method, the following three methods are mainly proposed and studied.
[0003]
In the first method, a multi-pulse laser beam is emitted from a laser oscillator, and each laser pulse collides with one electron group of the multi-bunch electron beam. In order to generate a high-intensity multi-pulse laser beam by this method, the laser oscillator must be enlarged.
[0004]
The second method is disclosed in JP-A-7-110400. FIG. 3A is a schematic diagram of an X-ray generator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-110400. The laser beam 110 is incident on the light reflecting mirror 100 from the laser light source 101 through one reflecting mirror of the optical resonator 100. The laser beam reciprocates in the optical resonator 100 to form a standing wave. The intensity of the standing wave can be increased by increasing the energy of the newly incident laser beam rather than the energy of the laser beam leaking from the optical resonator 100. A multi-bunch electron beam 111 emitted from the accelerator 102 collides with a standing wave formed in the optical resonator 100 to generate an X-ray 112.
[0005]
In this method, in order to form a standing wave in the optical resonator 100, the resonator length must be adjusted with an accuracy of 1/10 of the wavelength. For this reason, it is technically difficult to adjust the resonator length of the resonator 100.
[0006]
A third method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-211899. FIG. 3B is a schematic diagram of an X-ray generator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-211899. Two reflecting mirrors 120 and 121 are arranged to face each other. The laser beam 130 emitted from the laser light source 122 travels in a zigzag manner in a direction parallel to the reflecting surfaces of the reflecting mirrors 120 and 121 while being repeatedly reflected by the reflecting mirrors 120 and 121.
[0007]
The electron beam 131 emitted from the electron beam source 123 collides with the laser beam traveling in a zigzag manner between the reflecting mirrors 120 and 121 with high frequency, and X-rays are generated. In order to condense the laser beam, a method has been proposed in which each of the reflection positions of the reflecting mirrors 120 and 121 is a concave mirror. By making it collide with an electron beam at the condensing point of the laser beam, the conversion efficiency into X-rays can be increased.
[0008]
In this method, when the number of reflections of the laser beam increases, it becomes difficult to focus the laser beam on the point to be collided with high accuracy. In addition, since there is not only one collision point, it is difficult to always converge the electron beam at the collision point.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an X-ray generator capable of easily generating high-intensity X-rays.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, an optical resonator includes a partial reflection mirror and a total reflection mirror disposed to face each other, the partial reflection mirror transmits a part of light, and the optical resonator includes An optical amplifier that amplifies the light that reciprocates in the optical resonator, a pulse laser oscillator that causes a laser pulse to enter the optical resonator through the partial reflector, and the light emitted from the pulse laser oscillator, There is provided an X-ray generator having an electron beam source that emits a plurality of electron groups at a certain time interval so as to collide with a laser pulse reciprocating in a resonator.
[0011]
Since the pulse laser beam reciprocates in the optical resonator, a plurality of electron groups and one pulse laser beam can collide a plurality of times. Thereby, the energy of the generated X-ray can be increased.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic diagram of an X-ray generator according to an embodiment of the present invention. An optical resonator 3 is demarcated by the partial reflection mirror 1 and the total reflection mirror 2 which are arranged to face each other. The reflectance of the partial reflection mirror 1 is, for example, 90 to 99.9% (transmittance is 0.1 to 10%), and a laser beam can be introduced into the optical resonator 3 from the outside through the partial reflection mirror 1. it can. The reflectivity of the total reflection mirror 2 is ideally 100%, but is actually 99.5% or more, which is at least higher than the reflectivity of the partial reflection mirror 1.
[0013]
The partial reflection mirror 1 and the total reflection mirror 2 are both concave mirrors, and are arranged so that the focal points of the both coincide. For example, a laser beam directed from the total reflection mirror 2 toward the partial reflection mirror 1 is collected at the focal point 11 and then enters the partial reflection mirror 1 as a divergent beam. What is the laser beam reflected by the partial reflector 1? The light is condensed again at the focal point 11, becomes a divergent beam, and enters the total reflection mirror 2.
[0014]
The moving mechanism 7 can move the total reflection mirror 2 in the optical axis direction of the optical resonator 3. By moving the total reflection mirror 2, the resonator length of the optical resonator 3 can be adjusted.
[0015]
An optical amplifier 4 is disposed in the optical resonator 3. The optical amplifier 4 includes, for example, a Ti sapphire laser medium and an excitation light source for exciting the laser medium. For example, an Nd: YAG laser oscillator is used as the excitation light source. The optical amplifier 4 amplifies the laser beam that reciprocates in the optical resonator 3.
[0016]
A laser light source 5 emits a single pulse laser beam 10. The laser light source 5 includes, for example, a Ti sapphire mode-locked laser oscillator and a regenerative amplifier. The Ti sapphire laser oscillator emits a multi-pulse laser beam having a pulse frequency of 119 MHz, for example. The regenerative amplifier cuts out and amplifies one pulse from the multi-pulse laser beam emitted from the Ti sapphire laser oscillator. For example, a single pulse laser beam having a pulse energy of 500 μJ / pulse and a pulse width of 200 ps is emitted from the regenerative amplifier.
[0017]
A single pulse laser beam 10 emitted from the laser light source 5 passes through the partial reflection mirror 1 and is introduced into the optical resonator 3. When the pulse energy of the pulse laser beam 10 emitted from the laser light source 1 is 500 μJ / pulse and the transmittance of the partial reflection mirror 1 is 1%, the pulse of the single pulse laser beam introduced into the optical resonator 3 The energy is about 5 μJ / pulse.
[0018]
When the laser medium of the optical amplifier 4 is excited in synchronization with the single pulse laser beam 10 emitted from the laser light source 5, the single pulse laser beam introduced into the optical resonator 3 reciprocates within the resonator 3. Then, it is amplified by the optical amplifier 4. As the single pulse laser beam is amplified, the amplification factor of the optical amplifier 4 decreases, so that the pulse energy of the single pulse laser beam becomes maximum at a certain point and then gradually decreases. For example, amplification can be performed until the maximum value of pulse energy reaches 44 mJ / pulse. Further, the single pulse laser beam reciprocates about 20 times in the optical resonator 3 until the pulse energy is amplified to 22 mJ / pulse or more and then decreased to 22 mJ / pulse.
[0019]
An electron beam source 6 emits a multi-bunch electron beam 12. The electron beam source 6 includes, for example, an electron gun having a photocathode and an acceleration cavity, and a linear accelerator. The linac accelerates the multi-bunch electron beam to a relativistic speed (eg, more than 0.5 times the speed of light).
[0020]
The first electron emitted from the electron beam source 6 in the period when the pulse energy of the single pulse laser beam reciprocating in the optical resonator 3 exceeds 22 mJ / pulse and is first directed from the total reflection mirror 2 to the partial reflection mirror 1. The laser light source 5 and the electron beam source 6 are synchronously controlled by the synchronizer 20 so that the group collides with the single pulse laser beam at the condensing point 11.
[0021]
The optical resonator 3 is moved by the moving mechanism 7 so that the time for the single pulse laser beam to reciprocate once in the optical resonator 3 is equal to the time interval of the electron group of the multi-bunch electron beam 12 emitted from the electron beam source 6. The resonator length is adjusted. Therefore, the single pulse laser beam colliding with the electron group at the condensing point 11 collides with the next electron group when the single pulse laser beam reciprocates once in the optical resonator 3 and is condensed again at the condensing point 11.
[0022]
The single pulse laser beam reciprocates about 20 times in the optical resonator 3 while maintaining a pulse energy of 22 mJ / pulse or more. For this reason, a pulse laser beam having a pulse energy of 22 mJ / pulse or more can collide with an electron group about 20 times. Due to this collision, pulsed X-rays 13 are generated by the inverse Compton scattering process.
[0023]
Although the pulse laser beam 10 emitted from the laser light source 5 is a single pulse, the pulse laser beam and the electron beam can collide a plurality of times by reciprocating the pulse laser beam 10 while amplifying it in the optical resonator. Thereby, the energy utilization efficiency of a pulse laser beam can be improved. In addition, the overall energy of the generated pulsed X-ray 13 can be increased.
[0024]
In order to generate resonance efficiently in the optical resonator 3, the laser beam transmitted through the partial reflection mirror 1 and introduced into the optical resonator 3 matches the specific beam trajectory of the optical resonator 3. I have to let it. Specifically, the inherent beam trajectory in the optical resonator 3 is extended to the outside of the partial reflector 1. A laser beam that coincides with the extended virtual beam trajectory may be incident on the partial reflection mirror 1. When the laser beam emitted from the laser light source 5 is a parallel beam, a convex lens can be used to obtain a laser beam that matches the virtual beam trajectory.
[0025]
In the X-ray generator according to the above embodiment, the collision angle between the single pulse laser beam and the electron beam is constant. For this reason, the spatial monochromaticity of the generated X-rays is not impaired.
[0026]
Further, in the above embodiment, the resonator length of the optical resonator 3 may be adjusted so that the time for which the single pulse laser beam makes one round trip and the time interval of the electron group of the multi-bunch electron beam 12 are equal. This adjustment does not require the accuracy of the wavelength order of the laser beam. For this reason, the resonator length of the optical resonator 3 can be adjusted relatively easily.
[0027]
In the above embodiment, when the single pulse laser beam 10 emitted from the laser light source 5 enters the optical resonator 3, the laser medium of the optical amplifier 4 is excited only once. Even with only one excitation, as described above, the pulse energy of 22 mJ / pulse or more can be maintained and the single pulse laser beam can be reciprocated about 20 times in the optical resonator 3.
[0028]
When the pulse energy of the single pulse laser beam reciprocating in the optical resonator 3 decreases, the pulse energy can be increased again by exciting the laser medium of the optical amplifier 4 again. Thereby, the collision of many times of 20 times or more can be performed.
[0029]
In the above embodiment, the pulse laser beam collides with the electron beam once every time it makes a round trip in the optical resonator 3 in FIG. 1, but every time it makes a round trip, it collides twice (on the forward path and once on the return path). It is also possible to cause a single collision). The optical path length from the focal point 11 to the partial reflecting mirror 1 and the optical path length from the focal point 11 to the total reflecting mirror 2 are made equal to each other, and the pulse interval of the electron beam is set to 1 of the time during which the pulse laser beam makes one round trip through the resonator 3. / 2. In the case of adopting this method, it is preferable that the partial reflection mirror 1 is also movably held by the moving mechanism 7a in order to finely adjust the optical path length.
[0030]
In the above embodiment, the reflecting mirrors 1 and 3 at both ends defining the optical resonator 3 are concave mirrors, but other condensing optical systems may be added in the optical resonator 3.
[0031]
FIG. 2A shows another configuration example of the optical resonator and the condensing optical system. A flat partial reflecting mirror 1a and a concave mirror 2a having a focal length of about 10 m define an optical resonator 3a. In the optical resonator 3a, two convex lenses 30 and 31 are arranged such that the central axis thereof coincides with the optical axis of the optical resonator 3a and the focal points of the two convex lenses coincide with each other. The focal length of the convex lens 30 on the partial reflecting mirror 1a side is 600 mm, for example, and the focal length of the convex lens 31 on the concave mirror 2a side is 150 mm, for example. The optical amplifier 4 is disposed between the partial reflection mirror 1a and the convex lens 30.
[0032]
When the single pulse laser beam 10 is transmitted through the partial reflection mirror 1a and enters the optical resonator 3a, the light is condensed at the focal point by the convex lens 30. Thereafter, the light beam becomes a divergent light beam, is made into a substantially parallel light beam by the other convex lens 31, and enters the concave mirror 2a. The parallel light beam reflected by the concave mirror 2a is condensed at the focal point by the convex lens 31. Thereafter, it becomes a divergent light beam, becomes a parallel light beam by the convex lens 30, and enters the partial reflecting mirror 1a.
[0033]
The multi-bunch electron beam 12 collides with the single pulse laser beam at the confocal position of the convex lenses 30 and 31.
[0034]
Since the focal length of the convex lens 30 is longer than the focal length of the other convex lens 31, the beam diameter of the laser beam between the partial reflecting mirror 1a and the convex lens 30 is larger than the beam diameter at other positions in the optical resonator 3a. large. Since the optical amplifier 4 is arranged at a position where the beam diameter becomes large, damage to the laser medium of the optical amplifier 4 can be avoided. In addition, since the power density of the laser beam in the laser medium is reduced, nonlinear effects (self-phase modulation, self-convergence) can be reduced. Furthermore, since the amplification gain can be reduced, it is possible to delay the consumption of energy stored in the amplifier. As a result, the number of reciprocations of the pulse laser beam can be increased.
[0035]
As shown in FIG. 2B, concave mirrors 30a and 31a can be used instead of the convex lenses 30 and 31 of FIG.
[0036]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a single pulse laser beam can be introduced into an optical resonator through the partial reflection mirror by using one of the reflection mirrors of the optical resonator as a partial reflection mirror. By arranging an optical amplifier in the optical resonator, the pulse energy of the introduced single pulse laser beam can be increased. Multipulse X-rays can be generated by increasing the pulse energy and causing the multi-bunch electron beam to collide with a single pulse laser beam reciprocating in the optical resonator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an X-ray generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the optical resonator and the focusing optical system of the X-ray generator according to the embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of a conventional X-ray generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Partial reflection mirror 2 Total reflection mirror 3 Optical resonator 4 Optical amplifier 5 Laser light source 6 Electron beam source 7 Moving mechanism 10 Single pulse laser beam 11 Condensing point 12 Multi bunch electron beam 13 Multi pulse X-ray 20 Synchronizer 30,31 convex lens

Claims (6)

相互に対向して配置された部分反射鏡と全反射鏡とを含み、該部分反射鏡が光の一部を透過させる光共振器と、
前記光共振器内に配置され、該光共振器内を往復する光を増幅する光増幅器と、
前記部分反射鏡を通して前記光共振器内にレーザパルスを入射させるパルスレーザ発振器と、
前記パルスレーザ発振器から出射され、前記光共振器内を往復するレーザパルスに衝突するように、ある時間間隔で複数の電子群を出射する電子ビーム源と
を有するX線発生装置。
An optical resonator including a partial reflection mirror and a total reflection mirror disposed to face each other, wherein the partial reflection mirror transmits a part of the light;
An optical amplifier disposed in the optical resonator for amplifying light reciprocating in the optical resonator;
A pulsed laser oscillator for injecting a laser pulse into the optical resonator through the partial reflection mirror;
An X-ray generator comprising: an electron beam source that emits a plurality of electron groups at a certain time interval so as to collide with a laser pulse emitted from the pulse laser oscillator and reciprocating in the optical resonator.
さらに、前記部分反射鏡及び前記全反射鏡の少なくとも一方を、前記光共振器の光軸方向に移動させる移動機構を有する請求項1に記載のX線発生装置。The X-ray generator according to claim 1, further comprising a moving mechanism that moves at least one of the partial reflection mirror and the total reflection mirror in an optical axis direction of the optical resonator. 前記光共振器が、該光共振器内を往復するレーザパルスを1つの集光点で集光させる集光光学素子を含む請求項1または2に記載のX線発生装置。The X-ray generator according to claim 1, wherein the optical resonator includes a condensing optical element that condenses a laser pulse reciprocating in the optical resonator at one condensing point. 前記部分反射鏡及び前記全反射鏡が凹面鏡であり、前記集光光学素子を兼ねている請求項3に記載のX線発生装置。The X-ray generation device according to claim 3, wherein the partial reflection mirror and the total reflection mirror are concave mirrors and also serve as the condensing optical element. 前記電子ビーム源から出射された電子群が、前記光共振器内の前記集光点でパルスレーザビームに衝突するように、前記光共振器の光軸及び前記電子ビーム源から出射される電子ビームの経路が調節されている請求項3または4に記載のX線発生装置。The electron beam emitted from the optical axis of the optical resonator and the electron beam source so that the electron group emitted from the electron beam source collides with the pulse laser beam at the condensing point in the optical resonator. The X-ray generator according to claim 3, wherein the path of the X-ray is adjusted. 相互に対向して配置された部分反射鏡と全反射鏡とを含み、該部分反射鏡が光の一部を透過させる光共振器に、前記部分反射鏡を通してレーザパルスを入射させ、光共振器内を往復させるとともに、該光共振器内に配置された光増幅器で、該光共振器内を往復する光を増幅する工程と、
前記光共振器内を往復するレーザパルスに、ある時間間隔で複数の電子群を衝突させる工程と
を有するX線発生方法。
An optical resonator including a partial reflection mirror and a total reflection mirror arranged opposite to each other, wherein the partial reflection mirror allows a laser pulse to be incident through the partial reflection mirror to transmit a part of the light. Reciprocating the inside and amplifying the light reciprocating in the optical resonator with an optical amplifier disposed in the optical resonator;
And a step of causing a plurality of electron groups to collide with a laser pulse reciprocating in the optical resonator at a certain time interval.
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