JP5068596B2 - Pulse shaping device, pulse shaping method, and electron gun - Google Patents

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本発明は、パルス光を整形するパルス整形装置、及びパルス整形方法、並びに、整形されたパルス光を用いた電子銃に関する。   The present invention relates to a pulse shaping device that shapes pulsed light, a pulse shaping method, and an electron gun using the shaped pulsed light.

X線自由電子レーザ(XFEL)、逆コンプトン散乱によるフェムト秒X線パルス光源、フェムト秒時間分解電子顕微鏡、超短パルス電子線描画装置、エネルギー回収型ライナック(ERL)などの電子源として、電子銃が用いられている。通常、高輝度電子銃、又は超短パルス電子銃がこれらの用途に用いられる。   An electron gun as an electron source such as an X-ray free electron laser (XFEL), a femtosecond X-ray pulse light source by inverse Compton scattering, a femtosecond time-resolved electron microscope, an ultrashort pulse electron beam drawing apparatus, an energy recovery linac (ERL) Is used. Usually, a high-intensity electron gun or an ultrashort pulse electron gun is used for these applications.

電子銃を電子放出の観点から分類すると、熱カソード電子銃、フォトカソード電子銃、及び電界放出型電子銃の3種類に分かれる。熱カソード電子銃は熱エネルギーにより電子放出を行う。フォトカソード電子銃は光電効果によって電子放出を行う。電界放出型電子銃は、高電界(1GV/m以上)をカソードに印加することで電子を放出する。また、電子銃を電子加速方式から分類すると、RF電子銃と、DC電子銃の2つに分かれる。RF電子銃は、共振器空胴の助けを借りてマイクロ波(RF)により電子を加速する。DC電子銃は、対向する電極間に電圧を印加してDC的(インパルス的)に電子を加速する。ビーム電流が大きい場合、フォトカソードとRF加速方式の組み合わせ、並びに、熱カソードとDC加速方式の組み合わせが一般的である。これは、両者の性質を合わせられるので相性がよいためである。また、電子ビームの重要な特性として、エミッタンスや輝度等が挙げられる。従って、低エミッタンスで高輝度な高品質電子ビームを安定して発生させることができる電子銃の開発が望まれている。   The electron guns are classified into three types: a hot cathode electron gun, a photocathode electron gun, and a field emission electron gun. The hot cathode electron gun emits electrons by thermal energy. The photocathode electron gun emits electrons by the photoelectric effect. The field emission electron gun emits electrons by applying a high electric field (1 GV / m or more) to the cathode. Further, when the electron gun is classified from the electron acceleration method, it is divided into an RF electron gun and a DC electron gun. An RF electron gun accelerates electrons by microwaves (RF) with the help of a resonator cavity. A DC electron gun accelerates electrons in a DC manner (impulse manner) by applying a voltage between opposing electrodes. When the beam current is large, a combination of a photocathode and an RF acceleration method and a combination of a thermal cathode and a DC acceleration method are common. This is because the properties of both can be matched and the compatibility is good. Moreover, emittance, luminance, etc. are mentioned as important characteristics of an electron beam. Therefore, development of an electron gun that can stably generate a high-quality electron beam with low emittance and high brightness is desired.

フォトカソードRF電子銃は、熱カソードDC電子銃、及び電界放出型電子銃に比べて、(1)低エミッタンス化が可能であること、(2)光源の強度を制御することで容易に電子ビームの輝度を調整することができるため、制御性に優れていること、などの利点を有している。現在、世界最高輝度のパルス電子ビームは、フォトカソード電子銃により得られている。フォトカソード電子銃では、フォトカソードにレーザ光を照射して、電子を発生させている。   The photocathode RF electron gun has (1) low emittance compared to the hot cathode DC electron gun and field emission electron gun, and (2) an electron beam easily by controlling the intensity of the light source. Therefore, it has advantages such as excellent controllability. Currently, the world's brightest pulsed electron beam is obtained by a photocathode electron gun. In the photocathode electron gun, the photocathode is irradiated with laser light to generate electrons.

フォトカソード電子銃を用いる場合、レーザ光のパルスを整形することによって、電子バンチを所望の形状にすることができる。すなわち、パルス形状を整形することで、電子ビームの高品質化を図ることができる。このため、レーザ光のパルスを所望の形状に整形することが望まれている。例えば、パルススタッカーを用いてレーザ光を円筒形状に整形する技術が開示されている(非特許文献1)。ここで、パルススタッカーは、波長板と偏光ビームスプリッタで構成されている(非特許文献2)。そして、偏光ビームスプリッタキューブにより、各偏光成分(S偏光とP偏光)に分岐する。そして、分岐されたパルス光に光路長差を与えて、合成用の偏光ビームスプリッタで合成する。上記の文献では、3段分のスタックを用いているため、8つの分岐パルス光が重ね合わされている。このようなパルススタッカーでは、例えば、縦方向(光軸と平行方向)に関するパルス整形が可能になる。すなわち、分岐されたパルスレーザ光に与える光路長を調整することによって、縦方向に関してパルスを整形することができる。さらに、特許文献1に示すようなパルスレーザ光を用いた加工方法において、加工形状を制御するため、パルス光を所望の形状に整形することが望まれている。   In the case of using a photocathode electron gun, the electron bunch can be formed into a desired shape by shaping the pulse of the laser beam. In other words, the quality of the electron beam can be improved by shaping the pulse shape. For this reason, it is desired to shape the laser light pulse into a desired shape. For example, a technique for shaping laser light into a cylindrical shape using a pulse stacker is disclosed (Non-Patent Document 1). Here, the pulse stacker is composed of a wave plate and a polarizing beam splitter (Non-Patent Document 2). And it is branched into each polarization component (S polarization and P polarization) by the polarization beam splitter cube. Then, an optical path length difference is given to the branched pulse light, and it is combined by the combining polarization beam splitter. In the above document, since a stack of three stages is used, eight branched pulse lights are superimposed. In such a pulse stacker, for example, pulse shaping in the vertical direction (direction parallel to the optical axis) can be performed. That is, the pulse can be shaped in the vertical direction by adjusting the optical path length given to the branched pulse laser beam. Furthermore, in the processing method using pulsed laser light as shown in Patent Document 1, it is desired to shape the pulsed light into a desired shape in order to control the processing shape.

パルスを整形する場合、実際に測定されたパルス形状に基づいて調整が行われる。レーザ光のパルス形状を測定する場合には、横方向(光軸と垂直な方向)のパルス形状は、例えば、ビームプロファイラーやCCDカメラなどで測定することができる。また、縦方向のパルス形状は、例えば、ストリークカメラなどで測定することができる。   When shaping the pulse, adjustments are made based on the actually measured pulse shape. When measuring the pulse shape of laser light, the pulse shape in the lateral direction (direction perpendicular to the optical axis) can be measured by, for example, a beam profiler or a CCD camera. Further, the pulse shape in the vertical direction can be measured by, for example, a streak camera.

冨澤宏光「加速器の要求に堪えるレーザ光源を目指して〜フォトカソードRF電子銃用レーザ光源開発〜」加速器Vol3,No3,2006(251−262)Hiromitsu Serizawa “Aiming for a Laser Light Source That Can Meet Accelerator Requirements—Development of a Laser Light Source for Photocathode RF Electron Guns” Accelerators Vol3, No3, 2006 (251-262) 株式会社ルミネックスホームページ[平成19年6月19日検索]、インターネット〈http://www.luminex.co.jp/Newcatalog/Pulse_Stacker_Kit/Pulse%20Stacker%20Kit.pdf〉Luminex website [Searched on June 19, 2007], Internet <http://www.luminex.co.jp/Newcatalog/Pulse_Stacker_Kit/Pulse%20Stacker%20Kit.pdf> 特開2002−205179号公報JP 2002-205179 A

しかしながら、従来のパルス整形方法では、3次元的に整形することが困難であった。
すなわち、ビームプロファイラやCCDカメラでは、パルス形状を時間的に積分して測定するため、縦方向の情報を得ることができない。また、ストリークカメラでは、横方向の情報を得ることができない。よって、パルス光を所望の形状に整形することが困難であるという問題点がある。
However, with the conventional pulse shaping method, it is difficult to shape three-dimensionally.
That is, in the beam profiler and the CCD camera, the pulse shape is measured by integrating over time, so that information in the vertical direction cannot be obtained. In addition, the streak camera cannot obtain lateral information. Therefore, there is a problem that it is difficult to shape the pulsed light into a desired shape.

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであって、本発明の目的は、簡便にパルス光を整形することができるパルス整形装置、パルス整形方法、及びそれを用いた電子銃を提供することである。   The present invention has been made in the background of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a pulse shaping device, a pulse shaping method, and an electron gun using the same that can easily shape pulsed light. Is to provide.

本発明の第1の態様にかかるパルス整形装置は、パルス光を2本の光ビームに分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段によって分岐された2本の光ビームを合成する光合成手段と、前記光分岐手段から前記光合成手段に入射する2本の光ビームのパルス光に光路長差を与えて、タイミングをずらす遅延手段と、前記光合成手段からのパルス光のパルス形状を調整する調整手段と、前記第1の光分岐手段と前記光合成手段との間において、前記光合成手段に入射する一方の光ビームを遮光可能な遮光部材と、前記調整手段により前記パルス形状を調整するために、前記遮光部材によって前記一方の光ビームを遮光した状態で前記他方の光ビームに応じた測定を行う測定器と、を備えるパルスものである。これにより、精度よく測定することができるため、簡素な構成でパルス光を整形することができる。   The pulse shaping device according to the first aspect of the present invention includes an optical branching unit that splits pulsed light into two light beams, a light combining unit that combines the two light beams branched by the optical branching unit, A delay unit that shifts the timing by giving an optical path length difference to the pulsed light of the two light beams incident on the light combining unit from the light branching unit; and an adjusting unit that adjusts the pulse shape of the pulsed light from the light combining unit; A light blocking member capable of blocking one light beam incident on the light combining unit between the first light branching unit and the light combining unit; and the light blocking unit for adjusting the pulse shape by the adjusting unit. A measuring device that performs measurement according to the other light beam in a state where the one light beam is shielded by a member. Thereby, since it can measure with a sufficient precision, a pulsed light can be shaped with a simple structure.

本発明の第2の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、回転可能に設けられたλ/2板が前記光分岐手段の前に配置され、前記光合成手段と前記光分岐手段とが偏光状態に応じて光を分岐する偏光ビームスプリッタであるものである。これにより、分岐される光ビームの強度を変えることができる。   A pulse shaping device according to a second aspect of the present invention is the above-described pulse shaping device, wherein a λ / 2 plate rotatably provided is disposed in front of the light branching unit, and the light combining unit and the light The branching means is a polarization beam splitter that branches light according to the polarization state. Thereby, the intensity of the branched light beam can be changed.

本発明の第3の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、前記測定器が前記他方の光ビームのパルス形状を測定し、前記測定器で測定された前記他方の光ビームのパルス形状に基づいて、前記調整手段が前記パルス形状を調整するものである。これにより、パルス形状を正確に整形することができる。   A pulse shaping device according to a third aspect of the present invention is the above-described pulse shaping device, wherein the measuring device measures the pulse shape of the other light beam, and the other light measured by the measuring device. Based on the pulse shape of the beam, the adjusting means adjusts the pulse shape. Thereby, the pulse shape can be accurately shaped.

本発明の第4の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、前記遅延手段によって与えられる光路長差が可変であることを特徴とするものである。これにより、縦方向のパルス形状を簡便に調整することができる。   A pulse shaping device according to a fourth aspect of the present invention is the above-described pulse shaping device, characterized in that the optical path length difference provided by the delay means is variable. Thereby, the pulse shape in the vertical direction can be easily adjusted.

本発明の第5の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、前記光合成手段が前記一方の光ビームと前記他方の光ビームを合成することによって、前記光合成手段から測定光と利用光とが分岐されて出射し、前記測定光のパルス形状の測定結果に基づいて、前記利用光のパルス形状を調整するものである。これにより、実際に利用される光の効率が低減するのを防ぐことができる。   A pulse shaping device according to a fifth aspect of the present invention is the above-described pulse shaping device, wherein the light synthesis unit synthesizes the one light beam and the other light beam, so that the measurement light is transmitted from the light synthesis unit. And the utilization light are branched and emitted, and the pulse shape of the utilization light is adjusted based on the measurement result of the pulse shape of the measurement light. Thereby, it can prevent that the efficiency of the light actually utilized reduces.

本発明の第6の態様にかかるパルス整形装置は、パルス光の直交する偏光成分間に時間遅延を与える複屈折素子と、前記複屈折素子からのパルス光のパルス形状を調整する調整手段と、前記複屈折素子から出射したパルス光の直交する偏光成分の一方を他方の偏光成分から取り出す手段と、前記調整手段により前記パルス形状を調整するために、前記手段によって取り出された前記一方の偏光成分に応じた測定を行う測定器と、を備えるものである。これにより、より精度よく測定することができるため、簡便にパルス光を整形することができる。   A pulse shaping device according to a sixth aspect of the present invention includes a birefringent element that gives a time delay between orthogonally polarized components of pulsed light, and an adjusting unit that adjusts the pulse shape of the pulsed light from the birefringent element; Means for taking out one of the orthogonal polarization components of the pulsed light emitted from the birefringent element from the other polarization component, and the one polarization component taken out by the means for adjusting the pulse shape by the adjustment means And a measuring device that performs measurement according to the above. Thereby, since it can measure more accurately, pulsed light can be shaped easily.

本発明の第7の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、パルス光の直交する偏光成分の一方を他方の偏光成分から取り出す手段が、前記パルス光の光路中に挿脱可能に設けられてているものである。これにより、簡便にマスクすることができる。   A pulse shaping device according to a seventh aspect of the present invention is the pulse shaping device described above, wherein means for extracting one of the orthogonal polarization components of the pulsed light from the other polarization component is inserted in the optical path of the pulsed light. It is provided so as to be removable. Thereby, it can mask simply.

本発明の第8の態様にかかるパルス整形装置は、タイミングがずれた2つのパルス光を合成して、第1の光ビームを出射する第1のスタックユニットと、タイミングがずれた2つのパルス光を合成して、第2の光ビームを出射する第2のスタックユニットと、第1及び第2のスタックユニットの後段において、前記第1及び第2の光ビームを合成する後段側光合成手段と、前記後段側光合成手段と前記スタックユニットとの間に配置され、前記第1の光ビームのプロファイルを変化させるプロファイル変化手段と、を備えるものである。これにより、簡素な構成でパルス光を整形することができる。   A pulse shaping device according to an eighth aspect of the present invention combines a first stack unit that emits a first light beam by synthesizing two pieces of pulsed light that are shifted in timing, and two pulsed lights that are shifted in timing. A second stack unit that emits a second light beam, and a rear-stage side light combiner that combines the first and second light beams at a subsequent stage of the first and second stack units, And a profile changing unit that is disposed between the rear-stage light combining unit and the stack unit and changes a profile of the first light beam. Thereby, pulsed light can be shaped with a simple configuration.

本発明の第9の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、前記第1及び第2のスタックユニットのそれぞれが、主パルス光を2本の光ビームに分岐して前記2つのパルス光を生成する光分岐手段と、前記光分岐手段によって分岐された2本の光ビームを合成する光合成手段と、前記光分岐手段から前記光合成手段に入射する2本の光ビームのパルス光に光路長差を与えて、タイミングをずらす遅延手段と、前記第1の光分岐手段と前記光合成手段との間において、前記光合成手段に入射する一方の光ビームを遮光可能な遮光部材と、を備え、前記遮光部材によって前記一方の光ビームを遮光した状態で前記他方の光ビームに応じた測定を行う測定器での測定結果に基づいて、パルス形状を調整するものである。これにより、精度よく測定することができるため、簡便にパルス光を整形することができる。   A pulse shaping device according to a ninth aspect of the present invention is the pulse shaping device described above, wherein each of the first and second stack units branches the main pulse light into two light beams, and An optical branching unit that generates two pulse lights, an optical combining unit that combines two optical beams branched by the optical branching unit, and a pulse of two light beams incident on the optical combining unit from the optical branching unit A delay unit that shifts timing by giving an optical path length difference to the light, and a light blocking member that can block one light beam incident on the light combining unit between the first light branching unit and the light combining unit; And adjusting the pulse shape based on a measurement result of a measuring device that performs measurement according to the other light beam in a state where the one light beam is shielded by the light shielding member. Thereby, since it can measure accurately, pulsed light can be shaped simply.

本発明の第10の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、前記後段側光合成手段が前記第1及び第2の光ビームを合成することによって、前記後段側光合成手段から測定光と利用光とが分岐されて出射し、前記測定光のパルス形状の測定結果に基づいて、前記利用光のパルス形状を調整するものである。実際に利用される光の効率が低減するのを防ぐことができる。   A pulse shaping device according to a tenth aspect of the present invention is the above-described pulse shaping device, wherein the latter-stage light combining unit combines the first and second light beams, so that the latter-stage light combining unit The measurement light and the utilization light are branched and emitted, and the pulse shape of the utilization light is adjusted based on the measurement result of the pulse shape of the measurement light. It is possible to prevent the light efficiency actually used from being reduced.

本発明の第11の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、時間に応じて波長が変化するプローブ光を発生する手段と、前記測定光と前記プローブ光とが同期して入射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射する光のスペクトルを測定する分光器と、をさらに備え、前記分光器での測定結果に基づいて、前記パルス光の進行方向におけるパルス形状を調整するものである。これにより、縦方向のパルス形状を正確に測定することができるため、正確な整形が可能になる。   A pulse shaping device according to an eleventh aspect of the present invention is the pulse shaping device described above, wherein the means for generating probe light whose wavelength changes with time, the measurement light and the probe light are synchronized. And a spectroscope that measures the spectrum of light emitted from the non-linear optical element, and based on the measurement result of the spectroscope, the pulse shape in the traveling direction of the pulsed light is determined. To be adjusted. Thereby, since the pulse shape in the vertical direction can be accurately measured, accurate shaping becomes possible.

本発明の第12の態様にかかるパルス整形装置は、上記のパルス整形装置であって、記後段側光合成手段が無偏光ビームスプリッタであるものである。   A pulse shaping device according to a twelfth aspect of the present invention is the pulse shaping device described above, wherein the post-stage side light combining means is a non-polarizing beam splitter.

本発明の第13の態様にかかる電子銃は、上記のパルス整形装置と、前記パルス整形装置で整形されたパルス光が入射するフォトカソードと、を備えるものである。これにより、高品質の電子ビームを得ることができる。   An electron gun according to a thirteenth aspect of the present invention includes the pulse shaping device described above and a photocathode on which the pulsed light shaped by the pulse shaping device is incident. Thereby, a high-quality electron beam can be obtained.

本発明の第14の態様にかかる電子銃は、上記の電子銃であって、前記フォトカソードで発生した電子ビームのバンチ形状を測定し、前記バンチ形状の測定結果に基づいて、前記パルス形状を調整するものである。これにより、好適なバンチ形状の電子ビームを得ることができる。   An electron gun according to a fourteenth aspect of the present invention is the electron gun described above, wherein a bunch shape of an electron beam generated at the photocathode is measured, and the pulse shape is determined based on the measurement result of the bunch shape. To be adjusted. Thereby, a suitable bunch-shaped electron beam can be obtained.

本発明の第15の態様にかかる電子銃は、上記の電子銃であって、前記電子ビームのバンチ内電子をエネルギーに応じて空間的に分散させた後、バンチ内電子の空間分布を測定し、前記空間分布の測定結果に基づいて、前記パルス光の進行方向におけるパルス形状を調整するものである。これにより、縦方向のバンチ形状を正確に測定することができるため、より正確に整形することができる。   An electron gun according to a fifteenth aspect of the present invention is the above electron gun, wherein the electrons in the bunch of the electron beam are spatially dispersed according to energy, and then the spatial distribution of the electrons in the bunch is measured. The pulse shape in the traveling direction of the pulsed light is adjusted based on the measurement result of the spatial distribution. Thereby, since the vertical bunch shape can be measured accurately, it can shape more correctly.

本発明の第16の態様にかかるパルス整形方法は、パルス光を2本の光ビームに分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段によって分岐された2本の光ビームを合成する光合成手段と、前記光分岐手段から前記光合成手段に入射する2本の光ビームのパルス光に光路長差を与えて、タイミングをずらす遅延手段と、を備えたパルス整形装置を用いたパルス整形方法であって、前記光分岐手段で分岐された2本の光ビームのうちの一方の光ビームを遮光するステップと、前記一方の光ビームを遮光した状態で、他方の光ビームに応じた測定を行うステップと、前記測定を行うステップでの測定結果に基づいて、パルス形状を調整するステップと、を備えるものである。これにより、精度よく測定することができるため、簡便にパルス光を整形することができる。   A pulse shaping method according to a sixteenth aspect of the present invention includes an optical branching unit that splits pulsed light into two light beams, a light combining unit that combines the two light beams branched by the optical branching unit, A pulse shaping method using a pulse shaping device comprising: delay means that shifts the timing by giving an optical path length difference to pulse light of two light beams incident on the light combining means from the light branching means, A step of shielding one of the two light beams branched by the light branching means, a step of performing a measurement according to the other light beam in a state where the one light beam is shielded, Adjusting a pulse shape based on a measurement result in the step of performing the measurement. Thereby, since it can measure accurately, pulsed light can be shaped simply.

本発明の第17の態様にかかるパルス整形方法は、上記のパルス整形方法であって、前記光分岐手段で分岐された2本の光ビームのうちの他方の光ビームを遮光するステップと、前記他方の光ビームを遮光した状態で、一方の光ビームに応じた測定を行うステップと、をさらに備え、前記パルス形状を調整するステップでは、前記一方の光ビームに応じた測定を行うステップでの測定結果に基づいて、パルス形状を調整するものである。これにより、より精度よく測定することができるため、簡便にパルス光を整形することができる。また、空間整形技術と、時間整形技術が、お互いに影響しないため、独立に制御することができる。   A pulse shaping method according to a seventeenth aspect of the present invention is the above-described pulse shaping method, comprising: shielding the other of the two light beams branched by the light branching unit; A step of performing measurement according to one light beam in a state where the other light beam is shielded, and the step of adjusting the pulse shape includes the step of performing measurement according to the one light beam. The pulse shape is adjusted based on the measurement result. Thereby, since it can measure more accurately, pulsed light can be shaped easily. Moreover, since the space shaping technique and the time shaping technique do not affect each other, they can be controlled independently.

本発明の第17の態様にかかるパルス整形方法は、パルス光の直交する偏光成分間に対して、時間遅延を与える複屈折素子と、前記複屈折素子からのパルス光のパルス形状を調整する調整手段と、を用いたパルス整形方法であって、前記複屈折素子から出射したパルス光の直交する偏光成分の一方を他方の偏光成分から取り出すステップと、前記調整手段により前記パルス形状を調整するために、前記取り出された一方の偏光成分に応じた測定を行うステップと、前記測定を行うステップでの測定結果に基づいて、パルス形状を調整するステップと、を備えるものである。これにより、より精度よく測定することができるため、簡便にパルス光を整形することができる。   A pulse shaping method according to a seventeenth aspect of the present invention includes a birefringent element that gives a time delay between orthogonally polarized components of pulsed light, and adjustment that adjusts the pulse shape of the pulsed light from the birefringent element. A step of extracting one of the orthogonally polarized components of the pulsed light emitted from the birefringent element from the other polarized component, and adjusting the pulse shape by the adjusting means And a step of performing a measurement according to the one extracted polarization component and a step of adjusting a pulse shape based on a measurement result in the step of performing the measurement. Thereby, since it can measure more accurately, pulsed light can be shaped easily.

本発明の第19の態様にかかるパルス整形方法は、タイミングがずれた2つのパルス光を合成して、第1の光ビームを出射するステップと、タイミングがずれた2つのパルス光を合成して、第2の光ビームを出射するステップと、前記第1の光ビームのプロファイルを変化させるステップと、前記第2の光ビームと、前記プロファイルが変化した前記第1の光ビームとを合成して、出射するステップと、を備えるものである。これにより、簡便にパルス光を整形することができる。   According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a pulse shaping method comprising: combining two pulse lights having different timings to emit a first light beam; and combining two pulse lights having different timings. Combining the step of emitting the second light beam, the step of changing the profile of the first light beam, the second light beam, and the first light beam having the changed profile. , And a step of emitting. Thereby, pulse light can be shaped easily.

本発明の第20の態様にかかるパルス整形方法は、上記のパルス整形方法であって、前記第1又は前記第2の光ビームに含まれる2つのパルス光の一方を遮光部材によって遮光し、前記遮光部材によって遮光された状態でのパルス形状の測定結果に基づいて、パルス形状を調整するものである。これにより、より精度よく測定することができるため、簡便にパルス光を整形することができる。   A pulse shaping method according to a twentieth aspect of the present invention is the pulse shaping method described above, wherein one of the two pulse lights included in the first or the second light beam is shielded by a light shielding member, The pulse shape is adjusted based on the measurement result of the pulse shape in a state where the light is shielded by the light shielding member. Thereby, since it can measure more accurately, pulsed light can be shaped easily.

本発明によれば、簡便にパルス光を整形することができるパルス整形装置、パルス整形方法、及びそれを用いた電子銃を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pulse shaping apparatus which can shape pulsed light simply, the pulse shaping method, and an electron gun using the same can be provided.

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。   Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description is to describe the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For clarity of explanation, the following description is omitted and simplified as appropriate. Further, those skilled in the art will be able to easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure has shown the same element, and abbreviate | omits description suitably.

本発明の実施の形態にかかる電子銃について図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1にかかる電子銃100の構成を模式的に示す図である。本実施の形態にかかる電子銃100は、レーザ光がカソードに入射することによって、電子を発生するフォトカソード電子銃である。そして、電子銃100で発生した電子は、マイクロ波源53からのマイクロ波によって加速される。なお、本実施の形態にかかる電子銃100は、透過型のフォトカソードを有している。すなわち、電子ビーム出射側と反対側からレーザ光を照射している。さらに、電子銃100は、パルスレーザ光を所望の形状に整形するためのパルス整形装置を有している。   An electron gun according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electron gun 100 according to the first embodiment. The electron gun 100 according to the present embodiment is a photocathode electron gun that generates electrons when laser light is incident on the cathode. The electrons generated by the electron gun 100 are accelerated by the microwave from the microwave source 53. The electron gun 100 according to the present embodiment has a transmissive photocathode. That is, the laser beam is irradiated from the side opposite to the electron beam emission side. Furthermore, the electron gun 100 has a pulse shaping device for shaping the pulsed laser light into a desired shape.

本実施の形態にかかるビーム測定装置は、光源部10、パルススタッカー20、可変形ミラー40(DM:Deformable Mirror)、ミラー41、レンズ42、レンズ43、レンズ44、ミラー45、ビームスプリッタ46、カメラ47、制御装置48、フォトカソード51、共振器52、マイクロ波源53、ビームモニタ55、ウェッジ56、ミラー57、及びミラー58を有している。   The beam measuring apparatus according to the present embodiment includes a light source unit 10, a pulse stacker 20, a deformable mirror 40 (DM: Deformable Mirror), a mirror 41, a lens 42, a lens 43, a lens 44, a mirror 45, a beam splitter 46, and a camera. 47, a control device 48, a photocathode 51, a resonator 52, a microwave source 53, a beam monitor 55, a wedge 56, a mirror 57, and a mirror 58.

光源部10は、フォトカソードに入射するパルス光を発生する。光源部10では、パルスレーザ光のパルス幅が伸長されるとともに、パルスレーザ光がチャープされている。光源部10から出射したパルス光は、ウェッジ56を介してパルススタッカー20に入射する。すなわち、光源部10とパルススタッカー20との間には4つの透明なウェッジ56が設けられている。制御装置48は、それぞれのウェッジ56を駆動して、パルススタッカー20に入射するパルス光の位置を調整する。例えば、それぞれのウェッジ56を独立に回転させることによって、パルス光の位置を調整することができる。このようなウェッジ56を用いることでポインティング補償を行うことができる。   The light source unit 10 generates pulsed light that enters the photocathode. In the light source unit 10, the pulse width of the pulse laser beam is expanded and the pulse laser beam is chirped. The pulsed light emitted from the light source unit 10 enters the pulse stacker 20 through the wedge 56. That is, four transparent wedges 56 are provided between the light source unit 10 and the pulse stacker 20. The control device 48 drives each wedge 56 to adjust the position of the pulsed light incident on the pulse stacker 20. For example, the position of the pulsed light can be adjusted by rotating each wedge 56 independently. Pointing compensation can be performed by using such a wedge 56.

パルススタッカー20は、パルス光を分岐して複数のミクロパルスを生成する。さらに、パルススタッカー20は、複数のミクロパルスを時間的にずらして合成する。これにより、パルス幅が長くなるようにパルス光が整形される。すなわち、縦方向(光軸と垂直な方向)のパルス形状が広くなる。なお、光源部10、及びパルススタッカー20の構成については、後述する。   The pulse stacker 20 divides the pulsed light to generate a plurality of micro pulses. Furthermore, the pulse stacker 20 synthesizes a plurality of micro pulses while shifting them in time. Thereby, the pulsed light is shaped so that the pulse width becomes long. That is, the pulse shape in the vertical direction (direction perpendicular to the optical axis) becomes wider. The configurations of the light source unit 10 and the pulse stacker 20 will be described later.

パルススタッカー20からのパルス光は、2枚のミラー57を介して、可変形ミラー40に入射する。すなわち、パルススタッカー20と可変形ミラー40の間には、2つのミラー57が設けられている。また、パルススタッカー20と可変形ミラー40の間にレンズを設けて、パルス光をコリメートしてもよい。これにより、可変形ミラー40に入射するビーム径を調整することができ、ビーム径を可変形ミラー40の有効径以下にすることができる。制御装置48は、それぞれのミラー57を駆動して、可変形ミラー40に入射するパルス光の位置を調整する。例えば、それぞれのミラー57を独立に傾斜させることによって、パルス光の位置を調整することができる。このように、制御装置48がミラー57の角度を制御することによって、パルス光の位置を変化させることができる。このようなミラー57を用いることでポインティング補償を行うことができる。   The pulsed light from the pulse stacker 20 is incident on the deformable mirror 40 via the two mirrors 57. That is, two mirrors 57 are provided between the pulse stacker 20 and the deformable mirror 40. Further, a lens may be provided between the pulse stacker 20 and the deformable mirror 40 to collimate the pulsed light. Thereby, the beam diameter incident on the deformable mirror 40 can be adjusted, and the beam diameter can be made equal to or smaller than the effective diameter of the deformable mirror 40. The control device 48 drives each mirror 57 to adjust the position of the pulsed light incident on the deformable mirror 40. For example, the position of the pulsed light can be adjusted by tilting each mirror 57 independently. As described above, the position of the pulsed light can be changed by the control device 48 controlling the angle of the mirror 57. Pointing compensation can be performed by using such a mirror 57.

ミラー57、及びウェッジ56を用いてポインティング補償を行うことで、精度よく可変形ミラー40に入射させることができる。すなわち、可変形ミラー40におけるパルスレーザ光の位置ずれを防ぐことができる。これにより、高精度の整形が可能になる。なお、特願2004−30236号の匠アルゴリズムを用いてポインティング補償を行うことができる。さらに、遺伝的アルゴリズムや焼き鈍し法などの最適化アルゴリズムを用いてもよい。   By performing the pointing compensation using the mirror 57 and the wedge 56, it is possible to enter the deformable mirror 40 with high accuracy. That is, the positional deviation of the pulse laser beam in the deformable mirror 40 can be prevented. Thereby, high-precision shaping becomes possible. In addition, pointing compensation can be performed using the takumi algorithm of Japanese Patent Application No. 2004-30236. Furthermore, an optimization algorithm such as a genetic algorithm or an annealing method may be used.

可変形ミラー40は、パルス光の横方向(光軸と垂直な方向)の形状を整形する。すなわち、可変形ミラー40は、光軸と垂直な平面におけるパルス形状を整形する。具体的には、可変形ミラー40が反射面の位置を変化させて、レーザ光の波面形状を調整する。このため、可変形ミラー40には、例えば、ミラーの表面(反射面)形状を変更するために複数の電極(チャンネル)が設けられている。そして、それぞれの電極に印加する電圧を調整することにより、波面の形状が変化する。ミラーの表面形状を制御することにより、光学系の波面の補正や、反射ビームの方向、形状を制御できる。可変形ミラー40としては、例えば、静電容量型、ピエゾアクチュエータ型などの物を用いることができる。可変形ミラー40は、例えば、φ20mm〜φ50mmの有効径を有している。   The deformable mirror 40 shapes the shape of the pulsed light in the horizontal direction (direction perpendicular to the optical axis). That is, the deformable mirror 40 shapes the pulse shape in a plane perpendicular to the optical axis. Specifically, the deformable mirror 40 adjusts the wavefront shape of the laser light by changing the position of the reflecting surface. For this reason, the deformable mirror 40 is provided with a plurality of electrodes (channels) for changing the shape of the mirror surface (reflection surface), for example. And the shape of a wave front changes by adjusting the voltage applied to each electrode. By controlling the surface shape of the mirror, it is possible to correct the wavefront of the optical system and to control the direction and shape of the reflected beam. As the deformable mirror 40, for example, an electrostatic capacity type, a piezoelectric actuator type, or the like can be used. The deformable mirror 40 has an effective diameter of, for example, φ20 mm to φ50 mm.

可変形ミラー40からのパルス光は、ミラー41、レンズ42、レンズ43、レンズ44、及びミラー45からなる伝播光学系を伝播する。すなわち、可変形ミラー40で反射されたパルス光は、ミラー41で反射される。そして、レンズ42、レンズ43、及びレンズ44で屈折されてミラー45に入射する。ミラー45に入射したパルス光は、ビームスプリッタ46の方向に反射される。このように、ミラー41、レンズ42、レンズ43、レンズ44、ミラー45の順番で、パルス光が伝播していく。例えば、レンズ42は、f=51.5mmの凸レンズであり、レンズ43は、f=100mmの凹レンズであり、レンズ44は、f=300の凸レンズである。また、レンズ42とレンズ43との距離は22mmであり、レンズ43とレンズ44のとの距離は108mmである。レンズ42、レンズ43、及びレンズ44等によって、パルス光の横方向の形状が変形する。すなわち、レンズや窓材などの透過光学系の収差を利用することで、パルス光の横方向形状が変形する。   Pulse light from the deformable mirror 40 propagates through a propagation optical system including the mirror 41, the lens 42, the lens 43, the lens 44, and the mirror 45. That is, the pulsed light reflected by the deformable mirror 40 is reflected by the mirror 41. Then, the light is refracted by the lens 42, the lens 43, and the lens 44 and enters the mirror 45. The pulsed light incident on the mirror 45 is reflected in the direction of the beam splitter 46. In this way, the pulsed light propagates in the order of the mirror 41, the lens 42, the lens 43, the lens 44, and the mirror 45. For example, the lens 42 is a convex lens with f = 51.5 mm, the lens 43 is a concave lens with f = 100 mm, and the lens 44 is a convex lens with f = 300. The distance between the lens 42 and the lens 43 is 22 mm, and the distance between the lens 43 and the lens 44 is 108 mm. The lateral shape of the pulsed light is deformed by the lens 42, the lens 43, the lens 44, and the like. That is, the lateral shape of the pulsed light is deformed by utilizing the aberration of the transmission optical system such as a lens or window material.

ミラー45で反射されたパルス光は、ビームスプリッタ46に入射する。ビームスプリッタ46は、入射したパルス光を2本の光ビームに分岐する。ビームスプリッタ46は入射したパルス光の一部をカメラ47の方向に反射させる。カメラ47は、例えば、アレイ状に受光素子が配列されたCCDカメラなどの2次元カメラである。カメラ47はパルス光のプロファイルを測定する。具体的には、カメラ47が、光軸と垂直な平面におけるパルス形状を測定する。なお、時間積算型のカメラ47を用いているため、1パルス全体の2次元形状が測定される。すなわち、カメラ47の1フレームはパルス長に比べて十分に長くなっている。カメラ47は、パルス光の横方向プロファイルを測定する。そして、カメラ47は、横方向のパルス形状に応じた測定結果に基づく信号を制御装置48に出力する。このように、カメラ47は、可変形ミラー40によってパルス形状を調整するために、光ビームに応じた測定を行う測定器となる。従って、光ビームが変化すると、カメラ47から出力される信号が変化する。   The pulsed light reflected by the mirror 45 enters the beam splitter 46. The beam splitter 46 branches the incident pulse light into two light beams. The beam splitter 46 reflects a part of the incident pulsed light in the direction of the camera 47. The camera 47 is, for example, a two-dimensional camera such as a CCD camera in which light receiving elements are arranged in an array. The camera 47 measures the profile of the pulsed light. Specifically, the camera 47 measures the pulse shape in a plane perpendicular to the optical axis. Since the time integration type camera 47 is used, the two-dimensional shape of the entire one pulse is measured. That is, one frame of the camera 47 is sufficiently longer than the pulse length. The camera 47 measures the lateral profile of the pulsed light. The camera 47 then outputs a signal based on the measurement result corresponding to the pulse shape in the horizontal direction to the control device 48. As described above, the camera 47 is a measuring device that performs measurement according to the light beam in order to adjust the pulse shape by the deformable mirror 40. Therefore, when the light beam changes, the signal output from the camera 47 changes.

また、ビームスプリッタ46に入射したパルス光の一部は、ビームスプリッタ46を通過する。そして、ビームスプリッタ46を通過したパルス光は、フォトカソード51に入射する。フォトカソード51は、透過型のフォトカソードである。なお、フォトカソード51は、透過型に限定されるものではなく、反射型のフォトカソードであってもよい。フォトカソード51は入射したパルス光に応じて電子を発生する。すなわち、光電効果によって、フォトカソード51から電子を発生される。フォトカソード51から発生した電子は、共振器52に入射する。共振器52には、マイクロ波源53で発生したマイクロ波が入射されている。共振器52は、空胴共振器であり、入力されたマイクロ波に応じた定在波を発生する。すなわち、RF共振器である共振器52には、フォトカソード51で発生した電子を加速するための電場が発生している。共振器52内の加速電場は時間に応じて変化している。フォトカソード51で発生した電子は、共振器52内の電場で加速される。すなわち、所定のエネルギーの電子ビームとなって共振器52から出射する。ここでは、共振器52で発生する定在波に応じて、パルス光のタイミングを調整する。すなわち、マイクロ波源53からのマイクロ波とレーザ光のパルスを同期させる。これにより、共振器52内に加速電場が生じているタイミングで、フォトカソード51から電子が発生する。従って、電子ビームが効率よく加速される。   Further, part of the pulsed light incident on the beam splitter 46 passes through the beam splitter 46. Then, the pulsed light that has passed through the beam splitter 46 enters the photocathode 51. The photocathode 51 is a transmissive photocathode. The photocathode 51 is not limited to the transmissive type, and may be a reflective type photocathode. The photocathode 51 generates electrons according to the incident pulsed light. That is, electrons are generated from the photocathode 51 by the photoelectric effect. Electrons generated from the photocathode 51 enter the resonator 52. The microwave generated by the microwave source 53 is incident on the resonator 52. The resonator 52 is a cavity resonator, and generates a standing wave corresponding to the input microwave. That is, an electric field for accelerating electrons generated at the photocathode 51 is generated in the resonator 52 which is an RF resonator. The accelerating electric field in the resonator 52 changes with time. Electrons generated at the photocathode 51 are accelerated by an electric field in the resonator 52. That is, it is emitted from the resonator 52 as an electron beam having a predetermined energy. Here, the timing of the pulsed light is adjusted in accordance with the standing wave generated in the resonator 52. That is, the microwave from the microwave source 53 and the pulse of the laser beam are synchronized. Thereby, electrons are generated from the photocathode 51 at the timing when an accelerating electric field is generated in the resonator 52. Accordingly, the electron beam is accelerated efficiently.

このようにして電子ビームのバンチが出射する。電子ビームは、所定の経路を通過して、X線自由電子レーザ(XFEL)、逆コンプトン散乱によるフェムト秒X線パルス光源、フェムト秒時間分解電子顕微鏡、超短パルス電子線描画装置、エネルギー回収型ライナック(ERL)などに利用される。さらに、電子ビームはビームモニタ55に入射する。ビームモニタ55は、電子ビームをモニタする。ビームモニタ55によって、バンチに関する情報を測定することができる。具体的には、電子ビームのプロファイル、エミッタンス、あるいはエネルギーなどを測定する。ビームモニタ55でのモニタ結果に応じた信号は、制御装置48に入力される。   In this way, an electron beam bunch is emitted. The electron beam passes through a predetermined path, and is an X-ray free electron laser (XFEL), a femtosecond X-ray pulse light source by inverse Compton scattering, a femtosecond time-resolved electron microscope, an ultrashort pulse electron beam drawing apparatus, an energy recovery type Used for linac (ERL). Further, the electron beam enters the beam monitor 55. The beam monitor 55 monitors the electron beam. Information regarding the bunch can be measured by the beam monitor 55. Specifically, an electron beam profile, emittance, energy, or the like is measured. A signal corresponding to the monitoring result of the beam monitor 55 is input to the control device 48.

発生した電子ビームのプロファイルは、フォトカソード51に入射するパルス光の形状を反映している。すなわち。パルス光の形状に応じたプロファイルの電子ビームが発生する。具体的には、バンチの横方向の形状は、光軸と垂直な面におけるパルス形状を反映する。バンチの縦方向の形状は、光軸と平行な面におけるパルス形状を反映する。すなわち、電子ビームは、レーザ光のパルス幅に応じたバンチ長になる。このように、電子ビームのプロファイルは、レーザ光のプロファイルに応じて変化する。従って、ビームモニタ55は、可変形ミラー40によりパルス形状を調整するために、光ビームに応じた測定を行う測定器となる。換言すると、光ビームのパルス形状が変化すると、ビームモニタ55から出力される信号も変化する。   The profile of the generated electron beam reflects the shape of the pulsed light incident on the photocathode 51. That is. An electron beam having a profile corresponding to the shape of the pulsed light is generated. Specifically, the lateral shape of the bunch reflects the pulse shape in a plane perpendicular to the optical axis. The vertical shape of the bunch reflects the pulse shape in a plane parallel to the optical axis. That is, the electron beam has a bunch length corresponding to the pulse width of the laser light. Thus, the profile of the electron beam changes according to the profile of the laser beam. Therefore, the beam monitor 55 becomes a measuring device that performs measurement according to the light beam in order to adjust the pulse shape by the deformable mirror 40. In other words, when the pulse shape of the light beam changes, the signal output from the beam monitor 55 also changes.

制御装置48は、CPUやメモリ等の記憶領域を備えるコンピュータである。例えば、制御装置48は、演算処理部であるCPU(Central Processing Unit)、記憶領域であるROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、通信用のインターフェースなどを有し、表明形状を測定するために必要な処理を実行する。例えば、ROMには、演算処理するための演算処理プログラムや、各種の設定データ等が記憶されている。そして、CPUは、このROMに記憶されている演算処理プログラムを読み出し、RAMに展開する。そして、設定データや、ビームモニタ55やカメラ47からの出力に応じてプログラムを実行する。さらに、制御装置48は、演算処理結果を表示させるためのモニター等を有している。制御装置48は、例えば、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置であり、測定結果やモニタ結果に対して所定の演算処理を行なう。さらに、制御装置48は、レーザ光のプロファイルを調整するための制御を行う。なお、制御装置48は物理的に単位な構成に限られるものではない。   The control device 48 is a computer having a storage area such as a CPU or a memory. For example, the control device 48 has a CPU (Central Processing Unit) that is an arithmetic processing unit, a ROM (Read Only Memory) or RAM (Random Access Memory) that is a storage area, a communication interface, and the like, and measures an asserted shape. Execute the processing necessary to For example, the ROM stores an arithmetic processing program for performing arithmetic processing, various setting data, and the like. Then, the CPU reads out the arithmetic processing program stored in the ROM and develops it in the RAM. Then, the program is executed according to the setting data and the output from the beam monitor 55 or the camera 47. Furthermore, the control device 48 has a monitor for displaying the calculation processing result. The control device 48 is an information processing device such as a personal computer, for example, and performs predetermined arithmetic processing on the measurement result and the monitor result. Further, the control device 48 performs control for adjusting the profile of the laser beam. The control device 48 is not limited to a physical unit configuration.

制御装置48は、例えば、電子ビームの測定結果、及びパルス形状の測定結果に基づいて可変形ミラー40を制御する。制御装置48は、可変形ミラー40に制御信号を出力して、反射面の形状を変化させる。これにより、レーザ光のパルス形状が調整される。従って、電子ビームを利用に最適なバンチ形状とすることができる。例えば、低エミッタンスの電子ビームを得ることができる。
さらに、測定結果に基づいてフィードバック制御を行うことで、リアルタイムでのバンチ形状の調整が可能になる。このように、制御装置48は、可変形ミラー40を制御して、パルス光の形状を調整する。これにより、フォトカソード51に入射するパルス光のプロファイルが変化する。そして、電子ビームのモニタ結果、及びパルス形状の測定結果によって、パルス形状を最適化する。これにより、電子ビームの高品質化を図ることができる。さらに、利用目的に適合したバンチ形状の電子ビームを生成することができる。
For example, the control device 48 controls the deformable mirror 40 based on the measurement result of the electron beam and the measurement result of the pulse shape. The control device 48 outputs a control signal to the deformable mirror 40 to change the shape of the reflecting surface. Thereby, the pulse shape of the laser beam is adjusted. Therefore, it is possible to obtain an optimum bunch shape for using an electron beam. For example, a low emittance electron beam can be obtained.
Furthermore, by performing feedback control based on the measurement result, the bunch shape can be adjusted in real time. Thus, the control device 48 controls the deformable mirror 40 to adjust the shape of the pulsed light. As a result, the profile of the pulsed light incident on the photocathode 51 changes. Then, the pulse shape is optimized based on the monitoring result of the electron beam and the measurement result of the pulse shape. Thereby, quality improvement of an electron beam can be achieved. Furthermore, a bunch-shaped electron beam suitable for the purpose of use can be generated.

ビームスプリッタ46からフォトカソード51までの距離は、ビームスプリッタ46からカメラ47までの距離と等しくなっている。従って、フォトカソード51上でのパルス形状とカメラ47上でのパルス形状は、略等しくなっている。よって、カメラ47での検出結果に基づいて制御した場合でも、電子ビームのバンチを正確に整形することが可能になる。   The distance from the beam splitter 46 to the photocathode 51 is equal to the distance from the beam splitter 46 to the camera 47. Therefore, the pulse shape on the photocathode 51 and the pulse shape on the camera 47 are substantially equal. Therefore, even when the control is performed based on the detection result of the camera 47, the electron beam bunch can be accurately shaped.

次に、光源部10の構成について、図2を用いて説明する。図2は、光源部10の構成例を示す図である。光源部10には、レーザ発振器11、パルスストレッチャー12、光変調器13、再生増幅器14、マルチパス増幅器15、パルスコンプレッサー16、及び波長変換器17を有している。   Next, the configuration of the light source unit 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the light source unit 10. The light source unit 10 includes a laser oscillator 11, a pulse stretcher 12, an optical modulator 13, a regenerative amplifier 14, a multipath amplifier 15, a pulse compressor 16, and a wavelength converter 17.

レーザ発振器11は、例えば、モードロックチタンサファイアレーザ発振器であり、パルスレーザ光を出射する。レーザ発振器11は、結晶媒質にチタンサファイアを用いている。その結晶母材であるサファイアは、ダイヤモンドに次いで熱伝導がよい透明材料であり、窒素温度に冷却すると動と同等の熱伝導になる優れた材料である。従って、熱のこもりが少ない。この母材となるサファイアにTi3+をドープしたチタンサファイア結晶は、蛍光スペクトルバンド幅が400nm(700−1100nm)と広く、超短(フーリエ変換限界)パルス生成に適している。そもそも、フェムト秒の超短パルスとは、10nmを越す広帯域レーザパルスのスペクトル成分間の相対位相を揃える、フーリエ変換限界のレーザパルスであるからである。この広いスペクトルの各波長の光路長の違いを、後述するパルスストレッチャー12やパルスコンプレッサー16の回折格子ペアで制御することで、パルスを伸ばしたり、縮めたりすることができる。レーザ発振器11は、繰り返し周波数89.25MHzで、中心波長790nm、パルス幅(半値幅)20fsecのパルスレーザ光を発振する。なお、レーザ発振器11の繰り返し周波数は、電子加速器での電子加速に広く用いられているSバンドの32分周となっている。 The laser oscillator 11 is a mode-locked titanium sapphire laser oscillator, for example, and emits pulsed laser light. The laser oscillator 11 uses titanium sapphire as a crystal medium. Sapphire, which is the crystal base material, is a transparent material having good heat conductivity next to diamond, and is an excellent material that becomes heat conduction equivalent to movement when cooled to a nitrogen temperature. Therefore, there is little heat accumulation. A titanium sapphire crystal in which Ti 3+ is doped into sapphire as a base material has a broad fluorescence spectrum bandwidth of 400 nm (700 to 1100 nm), and is suitable for ultrashort (Fourier transform limit) pulse generation. In the first place, a femtosecond ultrashort pulse is a Fourier transform limit laser pulse that aligns the relative phase between spectral components of a broadband laser pulse exceeding 10 nm. By controlling the difference in the optical path length of each wavelength of the broad spectrum with a diffraction grating pair of a pulse stretcher 12 and a pulse compressor 16 described later, the pulse can be extended or shortened. The laser oscillator 11 oscillates a pulse laser beam having a repetition frequency of 89.25 MHz, a center wavelength of 790 nm, and a pulse width (half-value width) of 20 fsec. The repetition frequency of the laser oscillator 11 is the S-band frequency division of 32, which is widely used for electron acceleration in the electron accelerator.

レーザ発振器11で発生したパルスレーザ光は、パルスストレッチャー12に入射する。パルスストレッチャー12は、パルス幅を延ばすための回折格子ペアを有している。パルスストレッチャー12は、例えば、パルス幅(半値幅)を150psecに広げる。パルスストレッチャー12でパルス幅が広げられたパルスレーザ光は、光変調器13に入射する。   The pulse laser beam generated by the laser oscillator 11 enters the pulse stretcher 12. The pulse stretcher 12 has a diffraction grating pair for extending the pulse width. For example, the pulse stretcher 12 widens the pulse width (half width) to 150 psec. The pulsed laser light whose pulse width is widened by the pulse stretcher 12 is incident on the optical modulator 13.

光変調器13としては、例えば、音響光学(AO:Acousto−Optics)素子や液晶素子を用いることができる。より具体的には、光変調器13として、音響光学空間位相制御フィルター(AOPDF:Acoutsto−Optics Programmable Dispersive Filter)や液晶空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)を用いることができる。光変調器13は、スペクトル位相を変調する。光変調器13としては、例えば、ファーストライト(FASTLITE)社製DAZZLER(登録商標)を用いることができる。これにより、広帯域スペクトルを有するパルスレーザ光を変調することができる。上述の電子ビームのモニタ結果、及びパルス形状の測定結果に基づいて、光変調器13を制御する。これにより、パルス波形を整形することができる。すなわち、電子ビームの高品質化に好適なパルス波形を得ることができる。   As the optical modulator 13, for example, an acousto-optic (AO) element or a liquid crystal element can be used. More specifically, an acousto-optic spatial phase control filter (AOPDF) and a liquid crystal spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) can be used as the light modulator 13. The optical modulator 13 modulates the spectral phase. As the optical modulator 13, for example, DAZZLER (registered trademark) manufactured by FASTLITE can be used. As a result, it is possible to modulate pulsed laser light having a broad spectrum. The optical modulator 13 is controlled based on the above-described electron beam monitoring result and pulse shape measurement result. Thereby, the pulse waveform can be shaped. That is, a pulse waveform suitable for improving the quality of the electron beam can be obtained.

さらに、光変調器13によって、パルスレーザ光をチャープさせるようにしてもよい。すなわち、光変調器13によって、パルスを整形するだけでなく、チャープしてもよい。時間に応じて波長が変化するように、パルスレーザ光のスペクトル位相、又は強度を変調する。パルスレーザ光を正チャープさせることにより、パルスの先頭から後方側に向かうにつれて、波長が徐々に短くなる。パルス先端の波長が最長波長となり、パルス後端の波長が最短波長となる。レーザパルス内の波長は、後方側に向かうにつれて、単調減少していく。さらに、波長と時間の関係がリニアになるように高次の分散を補償して、2次分散の増減をコントロールする。例えば、光変調器13自体が持つ2次分散を光変調器13の設定値で2次分散で打ち消すことできるし、また、その打ち消したところでフーリエ限界になるようにしていれば、正チャープにも負チャープにもすることができる。よって、時間とともに波長がリニアに減少する。このように、光変調器13から出射したレーザパルス光では、時間とともに波長が線形(リニア)に変化するようにする。すなわち、パルスレーザ光の波長は時間に応じて、波長が線形(リニア)に変化する。光変調器13に入力する変調信号(Acoustic Wave)に応じて、パルスレーザ光のスペクトルが変調される。そして、チャープした音波によって、結晶を通過するパルスレーザ光に、波長に応じた光路差を自由に与えることができる。音波のスペクトルと同じ形状にパルスレーザ光のスペクトルが整形される。あるいは、音波のパルス形状と同じ形状にパルスレーザ光のスペクトルを整形してもよい。また、光変調器13以外の光学素子によってチャープさせることも可能である。例えば、波長に応じて屈折率が異なる透明な正分散媒質を用いることで、パルス光を正チャープさせることができる。   Further, the pulsed laser beam may be chirped by the optical modulator 13. That is, the optical modulator 13 may not only shape the pulse but also chirp it. The spectral phase or intensity of the pulsed laser light is modulated so that the wavelength changes with time. By positively chirping the pulse laser beam, the wavelength gradually decreases from the beginning of the pulse toward the rear side. The wavelength at the front end of the pulse is the longest wavelength, and the wavelength at the rear end of the pulse is the shortest wavelength. The wavelength in the laser pulse monotonously decreases toward the rear side. Furthermore, higher order dispersion is compensated so that the relationship between wavelength and time is linear, and the increase or decrease of the second order dispersion is controlled. For example, the secondary dispersion of the optical modulator 13 itself can be canceled by the secondary dispersion at the set value of the optical modulator 13, and if it is set to the Fourier limit at the cancellation, the positive chirp can be obtained. It can also be a negative chirp. Therefore, the wavelength decreases linearly with time. Thus, in the laser pulse light emitted from the optical modulator 13, the wavelength is changed linearly with time. That is, the wavelength of the pulsed laser light changes linearly with time. The spectrum of the pulse laser beam is modulated in accordance with a modulation signal (Acoustic Wave) input to the optical modulator 13. And the optical path difference according to the wavelength can be freely given to the pulsed laser light passing through the crystal by the chirped sound wave. The spectrum of the pulse laser beam is shaped into the same shape as the spectrum of the sound wave. Alternatively, the spectrum of the pulse laser beam may be shaped into the same shape as the pulse shape of the sound wave. Further, it is possible to perform chirping by an optical element other than the optical modulator 13. For example, pulse light can be positively chirped by using a transparent positive dispersion medium having a different refractive index depending on the wavelength.

光変調器13で変調されたパルスレーザ光は、再生増幅器14、及びマルチパス増幅器15で増幅される。すなわち、パルスレーザ光は、前段の再生増幅器14に入射する。再生増幅器14は、パルスレーザ光を増幅して、後段のマルチパス増幅器15に出射する。そして、マルチパス増幅器15で増幅されたパルスレーザ光は、パルスコンプレッサー16に入射する。再生増幅器14、及びマルチパス増幅器15はフラッシュランプ励起YAGレーザ光を分岐して励起光源としている。すなわち、再生増幅器14、及びマルチパス増幅器15は、励起光源を共通化している。   The pulsed laser light modulated by the optical modulator 13 is amplified by the regenerative amplifier 14 and the multipath amplifier 15. That is, the pulse laser beam is incident on the regenerative amplifier 14 at the previous stage. The regenerative amplifier 14 amplifies the pulse laser beam and outputs the amplified laser beam to the subsequent multipath amplifier 15. Then, the pulsed laser light amplified by the multipass amplifier 15 enters the pulse compressor 16. The regenerative amplifier 14 and the multi-pass amplifier 15 branch off the flash lamp pumped YAG laser light and use it as a pumping light source. That is, the regenerative amplifier 14 and the multipath amplifier 15 share a common excitation light source.

再生増幅器14内では、共振器内のポッケルスセルにより10Hzでパルス列を切り出して選択増幅する。ここでは、例えば、2mJまでパルスレーザ光が増幅される。このレーザパルスを次のマルチパス増幅器15で同じ結晶を4回往復させる。マルチパス増幅器15は、例えば、30mJ/pulseまで増幅する。なお、再生増幅器14、及びマルチパス増幅器15では、中心波長、及びパルス幅(半値幅)は、790nm、150psecのままになっている。このように、種光を作るレーザ発振器11と、その後に種光を
を外部増幅器からなるMOPA(Maseter Oscillator Power Amplifier)方式を採用している。そして、外部増幅器が再生増幅器14、及びマルチパス増幅器15の2段構成になっている。
In the regenerative amplifier 14, a pulse train is cut out at 10 Hz by a Pockels cell in the resonator and selectively amplified. Here, for example, the pulse laser beam is amplified up to 2 mJ. This laser pulse is reciprocated four times through the same crystal by the next multi-pass amplifier 15. For example, the multipath amplifier 15 amplifies up to 30 mJ / pulse. In the regenerative amplifier 14 and the multipath amplifier 15, the center wavelength and the pulse width (half-value width) remain at 790 nm and 150 psec. In this way, the laser oscillator 11 for producing seed light and the MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) system including the external light after the seed light is employed. The external amplifier has a two-stage configuration of a regenerative amplifier 14 and a multipath amplifier 15.

マルチパス増幅器15からのパルスレーザ光は、パルスコンプレッサー16に入射する。パルスコンプレッサー16は、パルス長を短くするための回折格子ペアを有している。ここでは、例えば、パルス長(半値幅)が150psecから1psecに縮められる。さらに、レーザのもつスペクトル帯域で最短のパルス、すなわちフーリエ限界パルスにすることができる。このように、パルスストレッチャー12とパルスコンプレッサー16の間に、再生増幅器14、及びマルチパス増幅器を配置している。これにより、ピークパワーを押さえながら増幅するチャープパルス増幅(Chirped Pulse Amplification)を実行するこができる。パルスコンプレッサー16からは、例えば、中心波長790nm、スペクトル・バンド幅(半値幅)20nmのパルスレーザ光が出射する。   The pulsed laser light from the multipass amplifier 15 enters the pulse compressor 16. The pulse compressor 16 has a diffraction grating pair for shortening the pulse length. Here, for example, the pulse length (half width) is reduced from 150 psec to 1 psec. Further, the shortest pulse in the spectral band of the laser, that is, a Fourier limit pulse can be obtained. Thus, the regenerative amplifier 14 and the multipath amplifier are arranged between the pulse stretcher 12 and the pulse compressor 16. Thereby, chirped pulse amplification (chirped pulse amplification) which amplifies while suppressing peak power can be performed. From the pulse compressor 16, for example, a pulse laser beam having a center wavelength of 790 nm and a spectrum bandwidth (half-value width) of 20 nm is emitted.

パルスコンプレッサー16からのパルスレーザ光は、波長変換器17に入射する。ここで、波長変換器17は、パルスコンプレッサー16から出射した中心波長790nmのパルスレーザ光の3倍高調波(中心波長263nm)を発生させる。具体的には、波長変換器17は、2つの非線形光学結晶を有している。ここで、非線形光学結晶としては、BBO結晶を用いることができる。まず、1つ目の結晶にパルスコンプレッサー16からの基本波(中心波長790nm)を入射させて、2倍高調波(中心波長395nm)を発生させる。そして、2つ目の結晶に、2倍高調波と基本波を入射させて、3倍高調波を発生させる。   The pulsed laser light from the pulse compressor 16 enters the wavelength converter 17. Here, the wavelength converter 17 generates the third harmonic (center wavelength 263 nm) of the pulse laser beam having the center wavelength 790 nm emitted from the pulse compressor 16. Specifically, the wavelength converter 17 has two nonlinear optical crystals. Here, a BBO crystal can be used as the nonlinear optical crystal. First, a fundamental wave (center wavelength 790 nm) from the pulse compressor 16 is incident on the first crystal to generate a second harmonic (center wavelength 395 nm). Then, a second harmonic and a fundamental wave are incident on the second crystal to generate a third harmonic.

固体レーザの短波長発生の基礎となるのは、入射する2つのコヒーレント光(波長λ、λ)に対して、2次の非線形光学効果を利用したBBO結晶内での相互作用の結果である、エネルギー保存則に従う波長λの発生、すなわち和周波混合(SFM:Sum Frequency−Mixing)である。2倍高調波発生(SHG:Second Harmonic Generation)はSFMの2つの入射光の波長λとλとが等しい場合に対応する。第3高調波発生(THG:Third Harmonic Generation)は、通常SHGで発生した2倍高調波(λ)と残存する基本波(λ)とのSFMにより実現される。基本波から3倍高調波の変換効率は約10%であり、2倍高調波への変換効率は約50%である。もちろん、BBO結晶以外の非線形光学素子によって3倍高調波を発生させてもよい。 The basis of the short wavelength generation of the solid-state laser is the result of the interaction in the BBO crystal using the second-order nonlinear optical effect for the two incident coherent lights (wavelengths λ 1 and λ 2 ). It is the generation of the wavelength λ 3 in accordance with an energy conservation law, that is, sum frequency mixing (SFM). Second harmonic generation (SHG) corresponds to the case where the wavelengths λ 1 and λ 2 of the two incident lights of the SFM are equal. Third harmonic generation (THG) is realized by SFM of the second harmonic (λ 2 ) generated by normal SHG and the remaining fundamental wave (λ 1 ). The conversion efficiency from the fundamental wave to the 3rd harmonic is about 10%, and the conversion efficiency from the 2nd harmonic is about 50%. Of course, the third harmonic may be generated by a nonlinear optical element other than the BBO crystal.

このように、光源部10では、パルス幅の伸長、増幅、圧縮、紫外光への波長変換を受ける。なお、波長変換器の後に、石英ロッドを通過させて、紫外パルスを正チャープして、パルス幅を延ばしてもよい。例えば、長さ45cmの溶解石英ロッドを2つ用いることで、パルス幅が80fsecから10psecに伸ばすことができる。(H. Tomizawa, T. Asaka, H. Dewa, H. Hanaki, T. Kobayashi, A. Mizuno, S. Suzuki, T. Taniuchi, and K. Yanagida, <Status of SPring−8 photocathode RF Gun for Future light Sourcesc, Proceedings of the 27th International Free electron laser Conference, Stanford, CA, 21−26 August 2005, (2005) pp. 138−141.参照)なお、光源部10は、直線偏光を出射している。光源部10から出射したパルスレーザ光は、図1に示したようにパルススタッカー20に入射する。
但し、非線形効果が効くような増幅後の超短パルスレーザのTHGでは、石英中のフィラメンテーションというトランスバース方向の屈折率分布ができる。このため、プロファイルが劣化してしまうという問題が生じるおそれがある。このような場合、石英ロッドを使用しなくてもよい。
As described above, the light source unit 10 is subjected to pulse width expansion, amplification, compression, and wavelength conversion to ultraviolet light. Note that the pulse width may be extended by passing a quartz rod after the wavelength converter and positively chirping the ultraviolet pulse. For example, by using two fused quartz rods having a length of 45 cm, the pulse width can be increased from 80 fsec to 10 psec. (H. Tomizawa, T. Asaka, H. Dewa, H. Hanaki, T. Kobayashi, A. Mizuno, S. Suzuki, T. Taniuchi, and K. Yanagis. Sourcesc, Proceedings of the 27th International Free Electron Laser Conference, Stanford, CA, 21-26 August 2005, (2005) pp. 138-141) The light source unit 10 emits linearly polarized light. The pulsed laser light emitted from the light source unit 10 enters the pulse stacker 20 as shown in FIG.
However, the THG of an ultra-short pulse laser after amplification so that the nonlinear effect is effective can produce a refractive index distribution in the transverse direction called filamentation in quartz. This may cause a problem that the profile is deteriorated. In such a case, the quartz rod need not be used.

次にパルススタッカー20に構成について図3、及び図4を用いて説明する。図3は、パルススタッカー20の光学系の構成を示す図である。図4は、パルススタッカー20によってスタックされたパルス波形を示すタイミングチャートである。なお、図4では、光源部10からパルス幅2.5psecのパルス光が入射しているものとして示している。また、図4では、横軸が時間を示し、縦軸が光強度を示している。図4では、パルススタッカー20における6つのパルス波形が上から順番に示されている。そして、6つのパルス波形をそれぞれA〜Fとして示している。   Next, the configuration of the pulse stacker 20 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the optical system of the pulse stacker 20. FIG. 4 is a timing chart showing the pulse waveforms stacked by the pulse stacker 20. In FIG. 4, it is shown that pulsed light having a pulse width of 2.5 psec is incident from the light source unit 10. In FIG. 4, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates light intensity. In FIG. 4, six pulse waveforms in the pulse stacker 20 are shown in order from the top. The six pulse waveforms are shown as A to F, respectively.

パルススタッカー20は、入射側λ/4板(1/4波長板)21、入射側λ/2板(1/2波長板)22、入射側偏光ビームスプリッタ(以下、偏光ビームスプリッタをPBSとする)23、スタックユニット31、スタックユニット32、スタックユニット33、ミラー34、出射側λ/2板35を有している。すなわち、3段のスタックユニット31〜33が直列配置されている。ここで、スタックユニット31、スタックユニット32、及びスタックユニット33は同じ構成を有している。スタックユニット31、スタックユニット32、及びスタックユニット33のそれぞれは、スタック用λ/2板24、固定ミラー対25、可動ミラー対26、アクチュエータ27、分岐用PBS28、合成用PBS29、及び遮光部材37を有している。そして、パルススタッカー20は、入射側λ/2板22と入射側PBS23とでパワーを調整する。   The pulse stacker 20 includes an incident side λ / 4 plate (¼ wavelength plate) 21, an incident side λ / 2 plate (1/2 wavelength plate) 22, an incident side polarization beam splitter (hereinafter, the polarization beam splitter is referred to as PBS). ) 23, stack unit 31, stack unit 32, stack unit 33, mirror 34, and emission side λ / 2 plate 35. That is, three stack units 31 to 33 are arranged in series. Here, the stack unit 31, the stack unit 32, and the stack unit 33 have the same configuration. Each of the stack unit 31, the stack unit 32, and the stack unit 33 includes a stacking λ / 2 plate 24, a fixed mirror pair 25, a movable mirror pair 26, an actuator 27, a branching PBS 28, a combining PBS 29, and a light shielding member 37. Have. The pulse stacker 20 adjusts the power with the incident side λ / 2 plate 22 and the incident side PBS 23.

入射側PBS23、分岐用PBS28、及び合成用PBS29は、例えば、偏光ビームスプリッタキューブであり、偏光状態に応じて光を分岐する。例えば、入射側PBS23、分岐用PBS28、及び合成用PBS29は、P偏光を通過させ、S偏光を反射する。入射側λ/4板21、入射側λ/2板22、スタック用λ/2板24は、0次水晶波長板であり、常光成分と異常光成分との間に所定の位相差を与える。なお、偏光ビームスプリッタキューブには、オプティカル・コンタクト方式のものを用いることが好ましい。これにより、高強度のパルス光に対しても適用することが可能になる。レーザ強度が強い場合、エアーギャップ方式が好ましい。また、オプティカルコンタクトの波長板があるが、それには接着材を使わない接着材フリーのものを使用するとエミッションが少ない。また、接着材を用いる場合、航空宇宙使用の接着材が好ましい。   The incident side PBS 23, the branching PBS 28, and the combining PBS 29 are, for example, polarization beam splitter cubes, and branch light according to the polarization state. For example, the incident side PBS 23, the branching PBS 28, and the combining PBS 29 pass P-polarized light and reflect S-polarized light. The incident-side λ / 4 plate 21, the incident-side λ / 2 plate 22, and the stacking λ / 2 plate 24 are zero-order quartz wavelength plates, and give a predetermined phase difference between the ordinary light component and the extraordinary light component. The polarizing beam splitter cube is preferably an optical contact type. This makes it possible to apply even to high-intensity pulsed light. When the laser intensity is high, the air gap method is preferable. In addition, there is a wave plate with optical contact, but there is less emission when using an adhesive-free one that does not use an adhesive. Further, when an adhesive is used, an aerospace adhesive is preferable.

図3に示すパルススタッカー20には、光源部10からのパルス光が入射している。入射側λ/4板21は、楕円化しているパルス光を直線偏光にする。例えば、入射側λ/4板21は、回転可能に設けられている。そして、入射したパルス光の偏光状態に応じて回転角度を調整する。これにより、パルス光が略完全な直線になる。もちろん、光源部10から出射したパルス光が直線偏光である場合、入射側λ/4は不要である。λ/4板21を通過したパルス光は、λ/2板22に入射する。   Pulse light from the light source unit 10 is incident on the pulse stacker 20 shown in FIG. The incident side λ / 4 plate 21 converts the elliptical pulsed light into linearly polarized light. For example, the incident side λ / 4 plate 21 is rotatably provided. Then, the rotation angle is adjusted according to the polarization state of the incident pulsed light. Thereby, the pulsed light becomes a substantially perfect straight line. Of course, when the pulsed light emitted from the light source unit 10 is linearly polarized light, the incident side λ / 4 is unnecessary. The pulsed light that has passed through the λ / 4 plate 21 enters the λ / 2 plate 22.

入射側λ/2板22は、入射した直線偏光の偏光軸を回転させる。入射側λ/2板22を通過したパルス光は、入射側PBS23に入射する。入射側PBS23は、入射光の偏光状態に応じて、入射光を通過させる。入射側PBS23を通過したパルス光は、スタックユニット31に入射する。例えば、入射側PBS23は、P偏光を通過させ、S偏光を反射する。さらに、入射側λ/2板22は入射側PBS23の前に回転可能に設けられている。すなわち、入射側λ/2板22の光学軸が、光軸と垂直な面において回転する。入射側λ/2板22の回転角度を調整することにより、偏光面が回転する。これにより、スタックユニット31に入射するパルス光のパワーを調整することができる。すなわち、入射側λ/2板22の回転角度によって、直線偏光の偏光方向が変化するため、P偏光成分を増減させることができる。   The incident side λ / 2 plate 22 rotates the polarization axis of the incident linearly polarized light. The pulsed light that has passed through the incident side λ / 2 plate 22 enters the incident side PBS 23. The incident side PBS 23 allows incident light to pass according to the polarization state of incident light. The pulsed light that has passed through the incident side PBS 23 enters the stack unit 31. For example, the incident side PBS 23 transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. Further, the incident side λ / 2 plate 22 is rotatably provided in front of the incident side PBS 23. That is, the optical axis of the incident side λ / 2 plate 22 rotates in a plane perpendicular to the optical axis. By adjusting the rotation angle of the incident side λ / 2 plate 22, the polarization plane is rotated. Thereby, the power of the pulsed light incident on the stack unit 31 can be adjusted. That is, since the polarization direction of the linearly polarized light changes depending on the rotation angle of the incident side λ / 2 plate 22, the P-polarized light component can be increased or decreased.

入射側PBS23を通過したパルス光は、1段目のスタックユニット31に入射する。スタックユニット31は、入射した主パルス光を分岐して2つの光ビームに分岐する。これにより、2つのミクロパルスが生成される。分岐された2本の光ビームは、異なる光路に沿って伝播する。スタックユニット31は、分岐された2つの光ビームのパルス光に対して光路長差を与えた後、その2つの光ビームを合成する。合成された2つの光ビームは共通の光路に沿って伝播する。これにより、スタックユニット31からはタイミングのずれた2つのミクロパルスが出射する。以下に、上記の機能を有するスタックユニット31の構成を詳細に説明する。   The pulsed light that has passed through the incident side PBS 23 enters the first stack unit 31. The stack unit 31 branches the incident main pulse light and splits it into two light beams. Thereby, two micro pulses are generated. The two branched light beams propagate along different optical paths. The stack unit 31 gives an optical path length difference to the pulsed light of the two branched light beams, and then combines the two light beams. The two combined light beams propagate along a common optical path. As a result, two micro pulses with different timings are emitted from the stack unit 31. The configuration of the stack unit 31 having the above function will be described in detail below.

スタックユニット31に入射したパルス光は、スタック用λ/2板24に入射する。スタック用λ/2板24は、直線偏光の偏光面を45°回転させる。ここでは、図4のAに示すように+45°の直線偏光になる。これにより、P偏光成分とS偏光成分が略同じになる。スタック用λ/2板24から出射されたパルス光は、分岐用PBS28に入射する。   The pulsed light incident on the stack unit 31 is incident on the stacking λ / 2 plate 24. The stacking λ / 2 plate 24 rotates the polarization plane of linearly polarized light by 45 °. Here, it becomes + 45 ° linearly polarized light as shown in FIG. As a result, the P-polarized component and the S-polarized component become substantially the same. The pulsed light emitted from the stacking λ / 2 plate 24 enters the branching PBS 28.

分岐用PBS28は、入射したパルス光を偏光状態に応じて分岐する。ここでは、P偏光成分が分岐用PBS28を通過して、S偏光成分が前段側PBSで反射される。なお、スタック用λ/2板24によって、P偏光成分とS偏光成分が略同じになっているため、パルス光は2等分される。このように、分岐用PBS28はパルス光を分岐して、2つのミクロパルスを生成する。ここで、分岐用PBS28を通過したP偏光成分のミクロパルスをP偏光ミクロパルスとし、分岐用PBS28で反射したS偏光成分のミクロパルスをS偏光ミクロパルスとする。S偏光ミクロパルスとP偏光ミクロパルスは、異なる光路に沿って伝播する。   The branching PBS 28 branches the incident pulsed light according to the polarization state. Here, the P-polarized component passes through the branching PBS 28, and the S-polarized component is reflected by the front-side PBS. Since the P-polarized component and the S-polarized component are substantially the same by the stacking λ / 2 plate 24, the pulsed light is divided into two equal parts. Thus, the branching PBS 28 splits the pulsed light to generate two micro pulses. Here, the P-polarized component micropulse that has passed through the branching PBS 28 is referred to as a P-polarized micropulse, and the S-polarized component micropulse reflected by the branching PBS 28 is referred to as an S-polarized micropulse. S-polarized micropulses and P-polarized micropulses propagate along different optical paths.

分岐用PBS28で反射したS偏光ミクロパルスは固定ミラー対25に入射する。固定ミラー対25は、例えば、ステージなどに固定されている。固定ミラー対25は、2枚のミラー30を有している。ミラー30は、例えば、平面鏡であり、入射した光のほとんどを反射する。そして、S偏光ミクロパルスは、2枚のミラー30で反射されて合成用PBS29に入射する。   The S-polarized micropulse reflected by the branching PBS 28 enters the fixed mirror pair 25. The fixed mirror pair 25 is fixed to, for example, a stage. The fixed mirror pair 25 has two mirrors 30. The mirror 30 is a plane mirror, for example, and reflects most of the incident light. Then, the S-polarized micropulse is reflected by the two mirrors 30 and enters the combining PBS 29.

一方、分岐用PBS28を通過したP偏光ミクロパルスは、可動ミラー対26に入射する。可動ミラー対26は、固定ミラー対25と同様に、2枚のミラー30を有している。そして、P偏光ミクロパルスは、2枚のミラー30で反射されて合成用PBS29に入射する。さらに、可動ミラー対26はステージなどに対して移動可能に設けられている。すなわち、可動ミラー対26は、アクチュエータ27に取り付けられている。そして、アクチュエータ27を駆動することによって、可動ミラー対26が図3中の点線矢印方向に移動する。アクチュエータ27は制御装置48によって制御される。   On the other hand, the P-polarized micropulse that has passed through the branching PBS 28 enters the movable mirror pair 26. Similar to the fixed mirror pair 25, the movable mirror pair 26 has two mirrors 30. Then, the P-polarized micropulse is reflected by the two mirrors 30 and is incident on the combining PBS 29. Further, the movable mirror pair 26 is provided so as to be movable with respect to the stage or the like. That is, the movable mirror pair 26 is attached to the actuator 27. Then, by driving the actuator 27, the movable mirror pair 26 moves in the direction of the dotted line arrow in FIG. The actuator 27 is controlled by the control device 48.

これにより、可動ミラー対26から合成用PBS29までの距離が変化するとともに、可動ミラー対26から分岐用PBS28までの距離が変化する。従って、分岐用PBS28から合成用PBS29までの間において、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスとで光路長が変化する。S偏光ミクロパルスに対してP偏光ミクロパルスが遅延する。ここで、パルスススタッカー20において、2.5psecのミクロパルスが2.5psecであり、20psecのマクロパルスを作るとすると、1段目で10psec、2段目で5psec、3段目で2,5psecの遅延を与える。P偏光ミクロパルスがS偏光ミクロパルスから10psec遅れている。なお、P偏光ミクロパルスを遅れても進めてもよいが、全ての段で同じ方向にする。すなわち、アクチュエータ27によって分岐用PBS28から合成用PBSま29での距離を調整して、時間遅延量を10psecにする。これにより、S偏光ミクロパルスとP偏光ミクロパルスとの間に、所望の時間遅延量を与えることができる。このように、可動ミラー対26、及び固定ミラー対25が2本の光ビーム間に時間遅延を与える遅延手段になる。   As a result, the distance from the movable mirror pair 26 to the combining PBS 29 changes, and the distance from the movable mirror pair 26 to the branching PBS 28 changes. Therefore, between the branching PBS 28 and the combining PBS 29, the optical path length changes between the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse. The P-polarized micropulse is delayed with respect to the S-polarized micropulse. Here, in the pulse stacker 20, if a micro pulse of 2.5 psec is 2.5 psec and a macro pulse of 20 psec is produced, 10 psec in the first stage, 5 psec in the second stage, and 2,5 psec in the third stage. Give a delay. The P-polarized micropulse is delayed by 10 psec from the S-polarized micropulse. Although the P-polarized micropulse may be advanced even if it is delayed, it is set in the same direction at all stages. That is, the distance from the branching PBS 28 to the synthesizing PBS 29 is adjusted by the actuator 27 to set the time delay amount to 10 psec. As a result, a desired amount of time delay can be provided between the S-polarized micropulse and the P-polarized micropulse. As described above, the movable mirror pair 26 and the fixed mirror pair 25 serve as delay means for providing a time delay between the two light beams.

光路長差が与えられたP偏光ミクロパルス、及びS偏光ミクロパルスは、合成用PBS29で合成される。すなわち、合成用PBS29は、P偏光ミクロパルスを通過して、S偏光ミクロパルスを反射する。これにより、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスが合成される。すなわち、P偏光ミクロパルスの光軸とS偏光ミクロパルスの光軸とが合流して、一致する。このとき、P偏光ミクロパルス、及びS偏光ミクロパルスには、図4のBに示すように、時間遅延が与えられている。   The P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse to which the optical path length difference is given are synthesized by the synthesis PBS 29. That is, the combining PBS 29 passes the P-polarized micropulse and reflects the S-polarized micropulse. Thereby, the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse are synthesized. That is, the optical axis of the P-polarized micropulse and the optical axis of the S-polarized micropulse merge and coincide. At this time, a time delay is given to the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse as shown in B of FIG.

そして、1段目のスタックユニット31から出射したパルス光は、2段目のスタックユニット32に入射する。2段目のスタックユニット32は1段目のスタックユニット31と同様の構成を有している。ここで、2段目のスタックユニット32には、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスとが入射する。このため、図4のCに示すように、スタック用λ/2板24によって、S偏光ミクロパルスでは偏光軸が+45°となり、P偏光ミクロパルスでは偏光軸が−45°になる。   Then, the pulsed light emitted from the first stack unit 31 enters the second stack unit 32. The second stack unit 32 has the same configuration as the first stack unit 31. Here, the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse are incident on the second stack unit 32. For this reason, as shown in FIG. 4C, the stacking λ / 2 plate 24 causes the polarization axis to be + 45 ° for the S-polarized micropulse and −45 ° for the P-polarized micropulse.

そして、2つのミクロパルスを含むパルス光は、分岐用PBS28で分岐され、合成用PBS29で合成する。このとき、スタック用λ/2板24によって偏光軸が回転している。よって、それぞれのミクロパルスがさらに2つのミクロパルスに分岐される。すなわち、4つのミクロパルスが生成される。さらに、固定ミラー対25、及び可動ミラー対26によって、光路長差が与えられている。ここでは、例えば、5psecの時間遅延が与えられるように、アクチュエータ27が調整されている。すなわち、P偏光ミクロパルスがS偏光ミクロパルスに対して、5psec遅れるようにする。このため、合成用PBS29で合成されたパルス光には、図4のDに示すように、4つのミクロパルスが含まれる。先頭側の2つのミクロパルスは、スタック用λ/2板24直後において偏光軸が+45°のミクロパルスから生成されている。また、後端側の2つのミクロパルスは、スタック用λ/2板24直後において偏光軸が−45°のミクロパルスから生成されている。   Then, the pulse light including two micro pulses is branched by the branching PBS 28 and synthesized by the synthesis PBS 29. At this time, the polarization axis is rotated by the stacking λ / 2 plate 24. Therefore, each micro pulse is further branched into two micro pulses. That is, four micro pulses are generated. Further, the optical path length difference is given by the fixed mirror pair 25 and the movable mirror pair 26. Here, for example, the actuator 27 is adjusted so that a time delay of 5 psec is given. That is, the P-polarized micropulse is delayed by 5 psec from the S-polarized micropulse. For this reason, the pulse light synthesized by the synthesizing PBS 29 includes four micro pulses as shown in FIG. 4D. The two micropulses on the leading side are generated from micropulses having a polarization axis of + 45 ° immediately after the stacking λ / 2 plate 24. Further, the two micropulses on the rear end side are generated from micropulses having a polarization axis of −45 ° immediately after the stacking λ / 2 plate 24.

2段目のスタックユニット32では、1段目のスタックユニット31での遅延時間よりも短い遅延時間が与えられている。このため、合成された光ビームでは、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスが交互に並んでいる。また、2段目のスタックユニット32では、1段目のスタックユニット31のほぼ半分の遅延時間が与えられている。このため、隣接するミクロパルス間の時間間隔が等しくなっている。すなわち、4つのミクロパルスが5psec間隔で並んでいる。   In the second stack unit 32, a delay time shorter than the delay time in the first stack unit 31 is given. For this reason, in the synthesized light beam, P-polarized micropulses and S-polarized micropulses are alternately arranged. Further, in the second stack unit 32, a delay time almost half that of the first stack unit 31 is given. For this reason, the time interval between adjacent micropulses is equal. That is, four micro pulses are arranged at intervals of 5 psec.

2段目のスタックユニット32から出射した4つのミクロパルスを有するパルス光は、3段目のスタックユニット33に入射する。このため、図4のEに示すように、スタック用λ/2板24によって、S偏光ミクロパルスでは偏光軸が+45°となり、P偏光ミクロパルスでは偏光軸が−45°になる。ここでは、偏光軸が+45°のミクロパルスと偏光軸が−45°のミクロパルスとが交互に配列される。   The pulsed light having four micro pulses emitted from the second-stage stack unit 32 enters the third-stage stack unit 33. Therefore, as shown in FIG. 4E, the stacking λ / 2 plate 24 causes the polarization axis to be + 45 ° for the S-polarized micropulse and −45 ° for the P-polarized micropulse. Here, micropulses having a polarization axis of + 45 ° and micropulses having a polarization axis of −45 ° are alternately arranged.

そして、2段目のスタックユニット32と同様に、ミクロパルスの数を2倍にする。これにより、8つのミクロパルスが生成される。ここでは、アクチュエータ27による遅延時間が2.5psecに設定されている。これにより、図(f)に示すようにミクロパルスが配列される。   Then, similarly to the second stack unit 32, the number of micro pulses is doubled. As a result, eight micro pulses are generated. Here, the delay time by the actuator 27 is set to 2.5 psec. As a result, the micro pulses are arranged as shown in FIG.

3段目のスタックユニット33では、2段目のスタックユニット32での遅延時間よりも短い遅延時間が与えられている。このため、合成された光ビームでは、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスが交互に並んでいる。また、3段目のスタックユニット33では、1段目のスタックユニット32のほぼ半分の遅延時間が与えられている。このため、隣接するミクロパルス間の時間間隔はが等しくなっている。すなわち、8つのミクロパルスが2.5psec間隔で並んでいる。   In the third stack unit 33, a delay time shorter than the delay time in the second stack unit 32 is given. For this reason, in the synthesized light beam, P-polarized micropulses and S-polarized micropulses are alternately arranged. Further, the third stack unit 33 is given a delay time almost half that of the first stack unit 32. For this reason, the time intervals between adjacent micropulses are equal. That is, eight micro pulses are arranged at intervals of 2.5 psec.

このように、3つのスタックユニット31〜33を直列に配置して、8つのミクロパルスを重ね合わせている。これにより、マクロパルスのパルス長は20psec程度になる。各スタックユニット31〜33に設けられているアクチュエータ27を制御することで、縦方向のパルス形状を調整することができる。また、アクチュエータ27を制御することでパルス長を調整することも可能になる。もちろん、各ミクロパルスは、等間隔でなくてもよい。重ね合わされたマクロパルスは、電子ビームの高品質化に好適な形状に調整される。   In this way, the three stack units 31 to 33 are arranged in series, and eight micro pulses are superimposed. Thereby, the pulse length of the macro pulse is about 20 psec. By controlling the actuator 27 provided in each of the stack units 31 to 33, the pulse shape in the vertical direction can be adjusted. In addition, the pulse length can be adjusted by controlling the actuator 27. Of course, the micropulses need not be equally spaced. The superimposed macro pulse is adjusted to a shape suitable for improving the quality of the electron beam.

3段目のスタックユニット33から出射したマクロパルスは、ミラー34を介して、出射側λ/2板35に入射する。そして、出射側λ/2板35からのマクロパルスがパルススタッカー20から出射する。出射側λ/2板35を回転させることで、通過するミクロパルスのパワーを調整する。ここでは、フォトカソード51に入射する光のパワーが最大になるように出射側λ/2板35の回転角度を調整する。   The macro pulse emitted from the third stack unit 33 enters the emission side λ / 2 plate 35 via the mirror 34. Then, a macro pulse from the emission side λ / 2 plate 35 is emitted from the pulse stacker 20. By rotating the emission side λ / 2 plate 35, the power of the passing micro pulse is adjusted. Here, the rotation angle of the emission side λ / 2 plate 35 is adjusted so that the power of light incident on the photocathode 51 is maximized.

なお、スタックユニット31〜33において、時間遅延を与える光学素子は、可動ミラー対26に限られるものではない。例えば、屈折率の異なる透明部材を光路中に配置してもよい。これにより、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスとの間で、光学的な距離が変化するため、時間遅延を与えることができる。もちろん、これら以外のものを遅延手段として用いてもよい。   In the stack units 31 to 33, the optical element that gives the time delay is not limited to the movable mirror pair 26. For example, transparent members having different refractive indexes may be disposed in the optical path. Thereby, the optical distance changes between the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse, so that a time delay can be given. Of course, anything other than these may be used as the delay means.

スタック用λ/2板24を回転可能に設けても良い。これにより、分岐用PBS28で分岐されるP偏光成分、及びS偏光成分の割合を変化させることができる。よって、8つのミクロパルスの強度を調整することができる。フォトカソード51に入射するパルス光の縦方向の形状を調整することができる。   The stacking λ / 2 plate 24 may be rotatably provided. Thereby, the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component branched by the branching PBS 28 can be changed. Therefore, the intensity of the eight micro pulses can be adjusted. The vertical shape of the pulsed light incident on the photocathode 51 can be adjusted.

もちろん、ミクロパルスの数は8に限られるものではない。スタックユニットの段数を増やすことによって、2以上のミクロパルスをスタックすることができる。すなわち、2個のミクロパルス(n=段数)をスタックすることができる。もちろん、スタックユニットの段数を減らして、ミクロパルスの数を8未満にしてもよい。 Of course, the number of micropulses is not limited to eight. By increasing the number of stages of the stacked unit, it is possible to stack two 3 or more micro-pulse. That is, 2 n micropulses (n = number of stages) can be stacked. Of course, the number of stack units may be reduced so that the number of micropulses is less than eight.

さらに、各スタックユニット31〜33には、遮光部材37が設けられている。例えば、スタックユニット31には1つの遮光部材37が設けられている。遮光部材37は、分岐用PBS28で分岐された光ビームが合成用PBS29に入射するのを選択的に遮るシャッターである。なお、それぞれの光路に対して別の遮光部材37を設けても良い。遮光部材37は分岐用PBS28で分岐された2つの光路中に移動可能に設けられている。すなわち、遮光部材37は光路中に挿脱可能に設けられている。そして、電子ビームの精密調整時には、一方の遮光部材37を光路中に挿入する。スタックユニット31〜33のそれぞれにおいて、遮光部材37は、P偏光ミクロパルス、又はS偏光ミクロパルスを遮光する。すなわち、分岐用PBS28で分岐された2本の光ビームのうち、一方の光路中に遮光部材37を配置する。これにより、各段のスタックユニット31〜33において、一方のミクロパルスのみが遮光される。   Further, each stack unit 31 to 33 is provided with a light shielding member 37. For example, the stack unit 31 is provided with one light shielding member 37. The light blocking member 37 is a shutter that selectively blocks the light beam branched by the branching PBS 28 from entering the combining PBS 29. A separate light blocking member 37 may be provided for each optical path. The light shielding member 37 is movably provided in the two optical paths branched by the branching PBS 28. That is, the light shielding member 37 is provided in the optical path so that it can be inserted and removed. When the electron beam is precisely adjusted, one light shielding member 37 is inserted into the optical path. In each of the stack units 31 to 33, the light shielding member 37 shields the P-polarized micropulse or the S-polarized micropulse. That is, the light shielding member 37 is disposed in one of the two light beams branched by the branching PBS 28. Accordingly, only one micro pulse is shielded from light in the stack units 31 to 33 of each stage.

この場合、図4のFに示されている8つのミクロパルスのうち、1つのミクロパルスのみが3段目のスタックユニット33から出射する。すなわち、3つの遮光部材37で遮光した場合、1つのミクロパルスのみが、フォトカソード51、及びカメラ47に入射する。これにより、各ミクロパルスの形状測定が可能になる。例えば、各ミクロパルスの横方向の形状をカメラ47で測定する。全ミクロパルスの個別の測定結果に基づいて、可変形ミラー40を設定する。具体的には、一方のミクロパルスを遮光して、他方のミクロパルスを測定する。さらに、他方のミクロパルスを遮光して、一方のミクロパルスを測定する。そして、3段のスタックユニット31〜33のそれぞれに対して、遮光部材37の移動を順次行う。具体的には、2通りの遮光部材37の配置で、測定を行う。これにより、各ミクロパルスの形状を測定することができる。そして、全ての測定結果に基づいて調整を行う。 In this case, only one micropulse out of the eight micropulses shown in FIG. 4F is emitted from the stack unit 33 at the third stage. That is, when light is shielded by the three light shielding members 37, only one micro pulse enters the photocathode 51 and the camera 47. Thereby, the shape measurement of each micro pulse becomes possible. For example, the horizontal shape of each micro pulse is measured by the camera 47. The deformable mirror 40 is set based on the individual measurement results of all the micro pulses. Specifically, one micropulse is shielded from light and the other micropulse is measured. Further, the other micropulse is shielded and one micropulse is measured. Then, the light blocking member 37 is sequentially moved with respect to each of the three stack units 31 to 33. Specifically, in the arrangement of the light shielding member 37 of the two ways 3, it performs measurement. Thereby, the shape of each micropulse can be measured. And it adjusts based on all the measurement results.

各ミクロパルスの横方向の形状を略同じ形状に調整することができる。これにより、マクロパルスの横方向の形状を最適化することができる。すなわち、時間に応じた横方向形状の変化が低減され、円筒形のパルス光を生成することができる。簡便な構成でマクロパルスをトップフラット形状に整形することができる。各段のスタックユニット33で一方のミクロパルスを遮光することにより、パルス形状の微調整を行うことができる。   The shape in the horizontal direction of each micropulse can be adjusted to substantially the same shape. Thereby, the shape of the macro pulse in the horizontal direction can be optimized. That is, the change in the lateral shape according to time is reduced, and cylindrical pulsed light can be generated. The macro pulse can be shaped into a top flat shape with a simple configuration. By finely shielding one micro pulse by the stack unit 33 at each stage, fine adjustment of the pulse shape can be performed.

もちろん、ビームモニタ55での測定結果に応じて、マクロパルスの横方向の形状を調整してもよい。遮光部材37によって遮光した状態で、フォトカソード51にパルス光を照射すればよい。そして、ビームモニタでの測定結果に基づいて、パルス形状を調整する。これにより、さらなる微調整が可能になる。さらには、一部のミクロパルスを同時にスタックユニット33から出射させて、調整してもよい。例えば、2つ、又は4つのミクロパルスを同時にスタックユニット33から出射させて、調整してもよい。   Of course, the shape of the macro pulse in the horizontal direction may be adjusted according to the measurement result of the beam monitor 55. What is necessary is just to irradiate the photocathode 51 with pulsed light in a state where it is shielded by the light shielding member 37. Then, the pulse shape is adjusted based on the measurement result of the beam monitor. Thereby, further fine adjustment becomes possible. Furthermore, some micro pulses may be emitted from the stack unit 33 at the same time for adjustment. For example, two or four micro pulses may be emitted from the stack unit 33 at the same time and adjusted.

このように、縦方向、及び横方向のパルス形状を精密に整形することができる。すなわち、パルス光の3次元形状の整形を容易に行うことができる。ミクロパルス毎に測定できるため、より精密な整形が可能になる。そして、最適な設定で8つのミクロパルスを含むマクロパルスをフォトカソード51に照射する。所望の形状のパルス光をフォトカソードに照射することができる。これにより、フォトカソード51からの電子ビームの高品質化を図ることができる。すなわち、所望のバンチ形状の電子ビームを得ることができる。高輝度で低エミッタンスの電子ビームの生成が可能になる。さらには、利用に最適な形状のバンチを生成することができる。簡便な構成で、縦方向プロファイル、及び横方向プロファイルを最適化することができる。また、「Wefers AND Nelson, IEEE J.Quantum Electron, Vol. 32, pp.161(1996)」に示されているように、回折の影響で時間波形が空間波形に反映されてしまうが、可変形ミラー40とパルススタッカー20の組み合わせでは、互いに与える影響を低減することができる。よって、3次元的な形状を正確に整形することができる。   Thus, the pulse shape in the vertical direction and the horizontal direction can be precisely shaped. That is, the three-dimensional shape of the pulsed light can be easily shaped. Since it can be measured for each micro pulse, more precise shaping is possible. Then, the photocathode 51 is irradiated with a macro pulse including eight micro pulses with an optimal setting. The photocathode can be irradiated with pulsed light having a desired shape. Thereby, the quality of the electron beam from the photocathode 51 can be improved. That is, a desired bunch-shaped electron beam can be obtained. It is possible to generate an electron beam with high brightness and low emittance. Furthermore, a bunch having an optimum shape for use can be generated. With a simple configuration, the vertical profile and the horizontal profile can be optimized. In addition, as shown in “Wefers AND Nelson, IEEE J. Quantum Electron, Vol. 32, pp. 161 (1996)”, the temporal waveform is reflected in the spatial waveform due to the influence of diffraction. In the combination of the mirror 40 and the pulse stacker 20, the influence on each other can be reduced. Therefore, a three-dimensional shape can be accurately shaped.

各ミクロパルスの微調整が行われた後は、上記のように、電子ビームやパルス形状の測定結果に基づいてフィードバック制御する。例えば、加速管で加速された後のバンチ形状をビームモニタ55でモニタしながら、リアルタイムで調整することできる。よって、高品質の電子ビームを安定して発生させることができる。さらに、利用目的に適合したバンチ形状をすることができ、例えば、エミッタンスを低減することができる。   After fine adjustment of each micro pulse, feedback control is performed based on the measurement result of the electron beam and the pulse shape as described above. For example, the bunch shape after being accelerated by the acceleration tube can be adjusted in real time while being monitored by the beam monitor 55. Therefore, a high-quality electron beam can be generated stably. Furthermore, a bunch shape suitable for the purpose of use can be obtained, and for example, emittance can be reduced.

マイクロ波を用いて加速しているため、電子ビームのエネルギー分布がバンチの縦方向分布に対応する。すなわち、マイクロ波での位相がずれると、電子ビームの加速エネルギーが変化する。例えば、パルス幅が広い場合、電子のエネルギー分散が広くなる。電子ビームのエネルギー分布の測定結果に応じて、パルス光の縦方向分布を調整することも可能である。電子ビームのエネルギー分布を測定する場合、ベンディングマグネット等によって電子ビームを曲げる。ベンディングマグネットは、電子の入射方向と垂直な方向に、一定の磁場を発生している。これにより、バンチ内電子をエネルギーに応じて空間的に分散させることができる。そして、曲げられた後のバンチ内電子の空間分布を測定する。これにより、縦方向(時間方向)のパルス形状を測定することができる。空間分布の測定結果に基づいて、パルス光の進行方向におけるパルス形状を調整する。このように、DAZZLERなどの光変調器13で2次分散をコントロールして、バンチ内電子のエネルギー分散に基づいて縦方向のパルス形状を調整することができる。   Since acceleration is performed using microwaves, the energy distribution of the electron beam corresponds to the longitudinal distribution of the bunch. That is, when the phase in the microwave is shifted, the acceleration energy of the electron beam changes. For example, when the pulse width is wide, the energy dispersion of electrons becomes wide. It is also possible to adjust the vertical distribution of the pulsed light according to the measurement result of the energy distribution of the electron beam. When measuring the energy distribution of the electron beam, the electron beam is bent by a bending magnet or the like. The bending magnet generates a constant magnetic field in a direction perpendicular to the incident direction of electrons. Thereby, the electrons in the bunch can be spatially dispersed according to the energy. Then, the spatial distribution of the electrons in the bunch after being bent is measured. Thereby, the pulse shape in the vertical direction (time direction) can be measured. Based on the measurement result of the spatial distribution, the pulse shape in the traveling direction of the pulsed light is adjusted. In this manner, the secondary dispersion can be controlled by the optical modulator 13 such as DAZZLER, and the vertical pulse shape can be adjusted based on the energy dispersion of the electrons in the bunch.

縦方向のパルス形状は、光変調器13によって調整することもできる。バンチのエネルギー分布に応じて光変調器13を制御する。これにより、縦方向のパルス形状、及びバンチ形状を最適化することができる。さらに、フォトカソード51までの光路における光のロスを補償するように、光変調器13を用いてパルス形状を調整することができる。このように調整を行う場合でも、ビームモニタ55やカメラ47の測定結果に基づいて調整することで、所望のバンチ形状、及びパルス形状を容易に得ることができる。さらに、縦方向のパルス形状は、パルスコンプレッサー16によっても調整することできる。すなわちパルスコンプレッサー16でのコンプレッサー長を変えることで、縦方向のパルス形状を最適化することができる。また、上記のように、光変調器13の設定値を変えることで、2次分散を打ち消すことができる。例えば、光変調器13自身に13066fsの2次分散がある場合、予め光変調器13の2次分散の設定値を−13066fsにして、2次分散を打ち消す。そして、この状態でコンプレッサー長を変えることで、フーリエ限界パルスにすることができる。さらに、光変調器13の設定値を変えることで、高次の分散まで補償されるため、理想的なフーリエ限界パルスに近づけることができる。光変調器13として、DAZZLER(登録商標)を用いて、スペクトルの中央部分に凹みを設けることで、スペクトルの帯域を増幅後で広く保つことができる。これにより、さらなる超短パルス化が可能になる。光変調器13の設定値を変えることで、縦方向のパルス形状を調整することができる。 The pulse shape in the vertical direction can also be adjusted by the optical modulator 13. The optical modulator 13 is controlled according to the energy distribution of the bunch. Thereby, the pulse shape in the vertical direction and the bunch shape can be optimized. Furthermore, the pulse shape can be adjusted using the optical modulator 13 so as to compensate for the loss of light in the optical path to the photocathode 51. Even when adjustment is performed in this way, desired bunch shapes and pulse shapes can be easily obtained by making adjustments based on the measurement results of the beam monitor 55 and the camera 47. Furthermore, the pulse shape in the vertical direction can also be adjusted by the pulse compressor 16. That is, the pulse shape in the vertical direction can be optimized by changing the compressor length in the pulse compressor 16. Further, as described above, the secondary dispersion can be canceled by changing the set value of the optical modulator 13. For example, when the optical modulator 13 itself has a second-order dispersion of 13066 fs 2 , the secondary dispersion setting value of the optical modulator 13 is previously set to −13066 fs 2 to cancel the second-order dispersion. In this state, the Fourier limit pulse can be obtained by changing the compressor length. Furthermore, by changing the set value of the optical modulator 13, compensation is made up to higher-order dispersion, so that it can be brought closer to an ideal Fourier limit pulse. By using DAZZLER (registered trademark) as the optical modulator 13 and providing a recess in the center of the spectrum, the spectrum band can be kept wide after amplification. This makes it possible to further shorten the pulse. By changing the set value of the optical modulator 13, the pulse shape in the vertical direction can be adjusted.

なお、パルススタッカー20に入射されるパルス光は、特に限定されるものではない。すなわち、任意のパルス幅を持つパルス光であればよい。さらにパルススタッカー20から出射されるパルス光は、電子の発生以外の用途に利用可能である。例えば、パルス光をレーザ加工に用いることができる。この場合、加工対象にパルススタッカー20からのパルス光を照射する。レーザ加工に用いることにより、より微細で精密な加工を行うことができる。また、ストリークカメラや高速カメラの校正に、パルス光を利用することができる。このように、パルススタッカー20において、各ミクロパルスを遮光することによって、簡便にパルス形状を整形することが可能になる。
時間遅延量が小さくなると、縦方向において隣接するミクロパルスが重複する。すなわち、ミクロパルスの一部が隣のミクロパルスと重畳する。このような場合であって、パルス光をチャープすることによって、ミクロパルス間の干渉を防ぐことができる。すなわち、隣接するミクロパルスと重複する部分は波長が異なっているため、干渉しない。さらに、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスを交互に配置することで、ミクロパルス間の干渉を防ぐことができる。このように、光干渉を低減するように、S偏光ミクロパルスとP偏光ミクロパルスとを交互に配置する。
Note that the pulsed light incident on the pulse stacker 20 is not particularly limited. That is, any pulse light having an arbitrary pulse width may be used. Furthermore, the pulsed light emitted from the pulse stacker 20 can be used for purposes other than the generation of electrons. For example, pulsed light can be used for laser processing. In this case, the processing target is irradiated with pulsed light from the pulse stacker 20. By using the laser processing, finer and more precise processing can be performed. Also, pulsed light can be used for calibration of streak cameras and high-speed cameras. As described above, the pulse stacker 20 can easily shape the pulse shape by shielding each micro pulse from light.
When the amount of time delay decreases, adjacent micropulses overlap in the vertical direction. That is, a part of the micro pulse overlaps with the adjacent micro pulse. In such a case, interference between micropulses can be prevented by chirping the pulsed light. That is, since the wavelength of the portion overlapping with the adjacent micro pulse is different, there is no interference. Furthermore, interference between micropulses can be prevented by alternately arranging P-polarized micropulses and S-polarized micropulses. In this way, S-polarized micropulses and P-polarized micropulses are alternately arranged so as to reduce optical interference.

また、加速された電子ビームを自由電子レーザ(FEL)の発振に用いる場合、発振した自由電子レーザをモニタしながらバンチ形状をモニタすることもできる。例えば、発振したFELの発振強度が最大になるようにパルス形状をリアルタイムで調整する。さらに、パルス光をレーザ加工に用いる場合、加工物の形状に応じてパルスを整形してもよい。このように、用途に応じて電子バンチの形状を最適化することができる。   When an accelerated electron beam is used for oscillation of a free electron laser (FEL), the bunch shape can be monitored while monitoring the oscillated free electron laser. For example, the pulse shape is adjusted in real time so that the oscillation intensity of the oscillated FEL is maximized. Furthermore, when using pulsed light for laser processing, the pulse may be shaped according to the shape of the workpiece. Thus, the shape of the electronic bunch can be optimized according to the application.

なお、バンチが所望の形状になっているかを評価するための評価関数を用いてもよい、この場合、複数のパラーメータを用いて調整することによって、簡便にパルス光をフラットトップ化することができる。可変形ミラー40の調整には、遺伝的アルゴリズムを用いることが好ましい。これにより、簡便に調整することができる。あるいは、パルス光をガウシアン化することもできる。また、パルス形状の調整は制御装置48を用いて自動で行ってもよく、作業者が手動で行ってもよい。さらには、可変形ミラー40の調整を半自動で行ってもよい。また、過去のパラメータセーブしておくことで、迅速に所望のプロファイルに整形できる。   Note that an evaluation function for evaluating whether the bunch has a desired shape may be used. In this case, the pulse light can be easily made flat-topped by adjusting using a plurality of parameters. . For adjusting the deformable mirror 40, it is preferable to use a genetic algorithm. Thereby, it can adjust simply. Alternatively, the pulsed light can be converted into a Gaussian. The pulse shape may be adjusted automatically using the control device 48 or manually by an operator. Further, the adjustment of the deformable mirror 40 may be performed semi-automatically. In addition, by saving past parameters, it is possible to quickly shape a desired profile.

なお、パルススタッカー20において、入射側λ/2板22、スタック用λ/2板24、及び出射側λ/2板35を回転可能に設けている。なお、入射側λ/2板22、スタック用λ/2板24、及び出射側λ/2板35の回転軸は、光軸と平行である。そして、入射側λ/2板22、スタック用λ/2板24、及び出射側λ/2板35の回転角度を調整することでパルス光の光強度を調整することができる。さらに、3つのスタック用λ/2板24の回転角度を独立して調整することで、各ミクロパルスの光強度を調整することができる。よって、縦方向のパルス形状を整形することが可能になる。   In the pulse stacker 20, the incident side λ / 2 plate 22, the stacking λ / 2 plate 24, and the emission side λ / 2 plate 35 are rotatably provided. The rotation axes of the incident side λ / 2 plate 22, the stacking λ / 2 plate 24, and the emission side λ / 2 plate 35 are parallel to the optical axis. The light intensity of the pulsed light can be adjusted by adjusting the rotation angles of the incident side λ / 2 plate 22, the stacking λ / 2 plate 24, and the emission side λ / 2 plate 35. Furthermore, the light intensity of each micro pulse can be adjusted by independently adjusting the rotation angles of the three stacking λ / 2 plates 24. Therefore, it becomes possible to shape the pulse shape in the vertical direction.

なお、上記の説明では、パルス光の2次元形状を調整する調整手段として可変形ミラー40を用いたが、調整手段は、これに限られるものではない。例えば、マイクロミラーがアレイ状に配列されたマイクロミラーアレイを調整手段として用いることができる。マイクロミラーアレイとしては、テキサス・インスツルメント社のものを用いることが好適である。もちろん、これら以外の調整手段を用いてもよい。   In the above description, the deformable mirror 40 is used as the adjusting means for adjusting the two-dimensional shape of the pulsed light, but the adjusting means is not limited to this. For example, a micromirror array in which micromirrors are arranged in an array can be used as the adjusting means. As the micromirror array, it is preferable to use one from Texas Instruments. Of course, other adjustment means may be used.

遮光部材37として回転可能に配置された偏光子を用いることも可能である。すなわち、移動可能に設けられたシャッターの代わりに、回転可能に設けられた偏光板を用いることができる。例えば、分岐用PBS28で分岐された2本の光ビームの光路中にそれぞれ偏光板を配置する。そして、それぞれの偏光板を回転して、P偏光ミクロパルス、又はS偏光ミクロパルスを遮光する。例えば、一方の偏光板ではP偏光ミクロパルスを遮光して、他方の偏光板ではS偏光ミクロパルスを透過する。この場合、P偏光ミクロパルスの偏光面と偏光板の吸収軸が一致するように配置する。また、S偏光ミクロパルスの偏光面と偏光板の吸収軸が直交するように配置する。このようにしても、合成用PBS29へのミクロパルスの入射を遮ることができる。また、液晶パネル等を用いて遮光するようにしてもよい。なお、遮光部材37はミクロパルスを完全に遮光しなくてもよい。   It is also possible to use a polarizer disposed rotatably as the light shielding member 37. That is, instead of the movable shutter, a polarizing plate that can be rotated can be used. For example, polarizing plates are respectively arranged in the optical paths of two light beams branched by the branching PBS 28. Then, each polarizing plate is rotated to shield the P-polarized micropulse or the S-polarized micropulse. For example, one polarizing plate shields P-polarized micropulses and the other polarizing plate transmits S-polarized micropulses. In this case, it arrange | positions so that the polarization plane of a P polarization | polarized-light micropulse and the absorption axis of a polarizing plate may correspond. The polarizing plane of the S-polarized micropulse and the absorption axis of the polarizing plate are arranged so as to be orthogonal. Even in this way, it is possible to block the incidence of micropulses on the combining PBS 29. Further, it may be shielded from light using a liquid crystal panel or the like. The light shielding member 37 may not completely shield the micro pulse.

ミクロパルスの時間間隔は2.5psecに限られるものではない。もちろん、全てのミクロパルスを等間隔にしなくてもよい。この場合、各段のスタックユニットでの時間遅延量が整数倍にならないようにする。   The time interval between micro pulses is not limited to 2.5 psec. Of course, all the micro pulses need not be equally spaced. In this case, the amount of time delay in the stack unit at each stage should not be an integral multiple.

さらに、フォトカソード51までに配置されたレンズやミラーなどの光学素子における波長分散を考慮して、パルススタッカー20に入射するパルス幅を設定してもよい、例えば、透過型の光学素子では、分散によってパルス幅が広がってしまう。このような場合、フォトカソード51に入射するパルス光のパルス幅は、パルススタッカー20に入射するパルス光のパルス幅よりも広くなっている。従って、波長分散によるパルス幅の延びを補償するように、パルススタッカー20に入射するパルス光のパルス幅を設定する。電子のバンチ長やビームスプリッタ46で分岐されたパルス光のパルス幅を測定することで、フォトカソード51に入射するパルス光を所望のパルス幅にすることができる。なお、ストリークカメラなどを用いて、パルス幅を測定してもよい。   Furthermore, the pulse width incident on the pulse stacker 20 may be set in consideration of wavelength dispersion in optical elements such as lenses and mirrors arranged up to the photocathode 51. For example, in the case of a transmissive optical element, the dispersion Will widen the pulse width. In such a case, the pulse width of the pulsed light incident on the photocathode 51 is wider than the pulse width of the pulsed light incident on the pulse stacker 20. Accordingly, the pulse width of the pulsed light incident on the pulse stacker 20 is set so as to compensate for the extension of the pulse width due to chromatic dispersion. By measuring the electron bunch length and the pulse width of the pulse light branched by the beam splitter 46, the pulse light incident on the photocathode 51 can be set to a desired pulse width. Note that the pulse width may be measured using a streak camera or the like.

さらに、合成用PBS29から漏れてくるパルス光の無偏光成分を測定するようにしてもよい。スタックユニット31に入射したパルス光に存在する無偏光成分は、合成用PBS29から漏れてくる。このため、無偏光成分は、合成用PBS29からスタック用λ/2板24やミラー34に入射しない。合成用PBS29で合成されずに漏れてくる光を検出することができる。これにより、光を有効的に利用することができる。さらに、実質的に同じ形状のパルスを測定することができるため、より正確な測定が可能になる。例えば、漏れてくる光を検出して、横方向のパルス形状を測定してもよい。この場合、カメラやビームプロファイラーで無偏光成分を測定する。ここで、無偏光成分をカメラなどに入射する測定光とし、偏光成分を、フォトカソード51において電子の発生に利用される利用光とする。合成用PBS29が2本の光ビームを合成することによって、合成用PBS29から測定光と利用光とが分岐されて出射する。そして、測定光をカメラ47などで検出することによって、測定光のパルス形状を測定する。そして、測定光のパルス形状の測定結果に基づいて、利用光のパルス形状を調整する。これにより、利用光のパルス形状をフィードバック制御することができる。   Further, the non-polarized component of the pulsed light leaking from the combining PBS 29 may be measured. The non-polarized component present in the pulsed light incident on the stack unit 31 leaks from the combining PBS 29. For this reason, the non-polarized light component does not enter the stacking λ / 2 plate 24 or the mirror 34 from the combining PBS 29. Light that leaks without being synthesized by the synthesis PBS 29 can be detected. Thereby, light can be used effectively. Furthermore, since pulses having substantially the same shape can be measured, more accurate measurement is possible. For example, the leaking light may be detected and the lateral pulse shape may be measured. In this case, the non-polarized light component is measured with a camera or a beam profiler. Here, it is assumed that the non-polarized light component is measurement light incident on a camera or the like, and the polarized light component is light used for generating electrons in the photocathode 51. When the combining PBS 29 combines the two light beams, the measuring light and the utilization light are branched from the combining PBS 29 and emitted. Then, the pulse shape of the measurement light is measured by detecting the measurement light with the camera 47 or the like. And based on the measurement result of the pulse shape of measurement light, the pulse shape of utilization light is adjusted. Thereby, feedback control of the pulse shape of utilization light can be carried out.

また、図3に示す構成のパルススタッカー20では、1つのミクロパルスに応じた測定を行う際、そのミクロパルスの光路中に光学素子を配置することなく、測定を行うことができる。従って、系を壊さずにマスキングすることが可能になる。すなわち、遮光部材37を光路中に挿入することで、各ミクロパルスを簡便にマスクすることができる。これにより、光学系の調整等が不要となり、正確な測定を簡便に行うことができる。   Further, in the pulse stacker 20 having the configuration shown in FIG. 3, when performing measurement according to one micropulse, the measurement can be performed without arranging an optical element in the optical path of the micropulse. Therefore, masking can be performed without breaking the system. In other words, each micropulse can be easily masked by inserting the light shielding member 37 into the optical path. Thereby, adjustment of an optical system etc. becomes unnecessary and accurate measurement can be performed simply.

次に、パルススタッカー20の変形例について図5を用いて説明する。図5は、図3と異なる構成でミクロパルスを生成するためのスタッキングロッド120を示す図である。図5では、1つのパルス光から8つのミクロパルスをスタックするスタッキングロッド120が示されている。従って、スタッキングロッド120には、3段のスタックユニット131、132、133が設けられている。なお、パルススタッカー20と同様の内容については説明を省略する。   Next, a modified example of the pulse stacker 20 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a view showing a stacking rod 120 for generating micropulses having a configuration different from that of FIG. FIG. 5 shows a stacking rod 120 that stacks eight micro pulses from one pulsed light. Therefore, the stacking rod 120 is provided with three-stage stack units 131, 132, and 133. In addition, description is abbreviate | omitted about the content similar to the pulse stacker 20. FIG.

スタックユニット131〜133のそれぞれは、ウェッジ121、ウェッジ122、複屈折素子123、取出し用λ/2板124、取出し用PBS125を備えている。さらに、スタックユニット131、132は、スタック用λ/2板126を有している。なお、それぞれのスタックユニット131〜133は、基本的に同じ構成を有している。ここでは、3つのスタックユニット131〜133が直列に配置されている。   Each of the stack units 131 to 133 includes a wedge 121, a wedge 122, a birefringent element 123, an extraction λ / 2 plate 124, and an extraction PBS 125. Further, the stack units 131 and 132 have a stacking λ / 2 plate 126. Each of the stack units 131 to 133 basically has the same configuration. Here, three stack units 131 to 133 are arranged in series.

まず、パルス光は、1段目のスタックユニット131に入射する。すなわち、パルス光は、ウェッジ121、及びウェッジ122からなるウェッジペアに入射する。ウェッジペアで屈折されたパルス光は、複屈折素子123に入射する。ウェッジ121、及びウェッジ122を独立して回転させることによって、複屈折素子123に入射するパルス光の位置、及び入射角度を調整することができる。   First, the pulsed light is incident on the first stack unit 131. That is, the pulsed light is incident on a wedge pair including the wedge 121 and the wedge 122. The pulsed light refracted by the wedge pair enters the birefringent element 123. By rotating the wedge 121 and the wedge 122 independently, the position and incident angle of the pulsed light incident on the birefringent element 123 can be adjusted.

複屈折素子123は、例えば、α―BBOなどの結晶素子であり、入射したパルス光に対して複屈折効果を生じさせる。これにより、パルス光のうちの常光線と異常光線との間に時間遅延が生じる。すなわち、進相軸と平行な偏光成分に比べて、遅相軸に平行な偏光成分は、伝播速度が遅くなる。これにより、直交する偏光成分間に時間遅延が与えられる。複屈折素子123の光学軸をパルス光の光軸に垂直に配置する。P偏光成分が常光線であり、S偏光成分が異常光線であるとすると、S偏光成分がP偏光成分に比べて遅れる。例えば、複屈折素子123は、10psecのディレイを生じさせる。これにより、図4のAに示したように、10psecずれた2つのミクロパルスが生成される。なお、複屈折素子として、www.pantotek.com/Birefringentcrystals/AlphaBBO.html等に記載の結晶を用いることができる。あるいは、CRYSTECH社製 α−BBO結晶を用いることもできる。また、α―BBO結晶の代わりに、YVO結晶や液晶素子などを複屈折素子123として用いてもよい。例えば、YVO結晶を用いることで、波長400nm〜5μmのパルス光の整形が可能になる。 The birefringent element 123 is a crystal element such as α-BBO, for example, and produces a birefringence effect on incident pulse light. This causes a time delay between the ordinary ray and the extraordinary ray in the pulsed light. That is, the propagation speed of the polarization component parallel to the slow axis is slower than that of the polarization component parallel to the fast axis. This gives a time delay between the orthogonal polarization components. The optical axis of the birefringent element 123 is arranged perpendicular to the optical axis of the pulsed light. If the P-polarized component is an ordinary ray and the S-polarized component is an extraordinary ray, the S-polarized component is delayed compared to the P-polarized component. For example, the birefringent element 123 causes a delay of 10 psec. As a result, as shown in FIG. 4A, two micro pulses shifted by 10 psec are generated. As a birefringent element, www. pantotek. com / Birefringent crystals / AlphaBBO. Crystals described in html and the like can be used. Alternatively, α-BBO crystal manufactured by CRYSTECH can also be used. Further, instead of the α-BBO crystal, a YVO 4 crystal or a liquid crystal element may be used as the birefringent element 123. For example, by using a YVO 4 crystal, it becomes possible to shape pulsed light having a wavelength of 400 nm to 5 μm.

スタック用λ/2板126は、スタック用λ/2板24と同様に、直線偏光の偏光面を45°回転させる。よって、図4のBに示すようになり、+45°のミクロパルスと−45°のミクロパルスが生成される。スタック用λ/2板126は、ミクロパルスを45度偏光にする。そして、2つのミクロパルスが2段目のスタックユニット132に入射する。   Similarly to the stacking λ / 2 plate 24, the stacking λ / 2 plate 126 rotates the polarization plane of linearly polarized light by 45 °. Therefore, as shown in FIG. 4B, + 45 ° micropulses and −45 ° micropulses are generated. The stacking λ / 2 plate 126 makes micropulses polarized by 45 degrees. Then, two micro pulses are incident on the second stack unit 132.

スタックユニット132,133の構成は、スタックユニット131と同様である。但し、各ユニットでは、複屈折素子123での遅延量が異なっている。スタックユニット132の複屈折素子123での遅延時間は、5psecになっている。従って、スタックユニット132の複屈折素子123では、図4のDに示すような4つのミクロパルスが生成される。そして、スタック用λ/2板126によって、図4のEに示す状態になる。   The configuration of the stack units 132 and 133 is the same as that of the stack unit 131. However, the delay amount in the birefringent element 123 is different in each unit. The delay time in the birefringent element 123 of the stack unit 132 is 5 psec. Therefore, in the birefringent element 123 of the stack unit 132, four micro pulses as shown in FIG. 4D are generated. Then, the state shown in E of FIG. 4 is obtained by the stacking λ / 2 plate 126.

さらに、3段目のスタックユニット133における複屈折素子123での遅延時間は、2.5psecになっている。従って、スタックユニット133の複屈折素子123を通過すると、図4のFに示す状態となる。なお、3段目のスタックユニット133のみ、スタック用λ/2板126が設けられていない。P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスが交互に配置される。なお、α―BBO結晶の厚み等を変えることで、所定の遅延時間を得ることができる。すなわち、複屈折素子123の長さは、与える時間遅延に応じて決定される。遅延時間を長くする場合、複屈折素子123を厚くする。例えば、CRYSTECH社製のα―BBO結晶ロッドを用いて10psecの時間遅延を与える場合、結晶ロッドの厚さを2cmとする必要がある。また、5psecの時間遅延を与える場合、厚さを1cmとし、2.5psecの時間遅延を与える場合、厚さを0.5cmとする。遅延時間を長くする場合、透過率の高い複屈折素子123を用いることが好ましい。これにより、複屈折素子123でのパルス光の減衰を低減することができ、十分な強度のパルス光を得ることができる。   Further, the delay time in the birefringent element 123 in the third stack unit 133 is 2.5 psec. Therefore, when passing through the birefringent element 123 of the stack unit 133, the state shown in FIG. Only the stack unit 133 at the third stage is not provided with the stacking λ / 2 plate 126. P-polarized micropulses and S-polarized micropulses are alternately arranged. A predetermined delay time can be obtained by changing the thickness of the α-BBO crystal. That is, the length of the birefringent element 123 is determined according to a given time delay. When increasing the delay time, the birefringent element 123 is made thick. For example, when a time delay of 10 psec is given using an α-BBO crystal rod manufactured by CRYTECH, the thickness of the crystal rod needs to be 2 cm. When a time delay of 5 psec is given, the thickness is 1 cm. When a time delay of 2.5 psec is given, the thickness is 0.5 cm. When increasing the delay time, it is preferable to use the birefringent element 123 having a high transmittance. Thereby, attenuation of the pulsed light in the birefringent element 123 can be reduced, and pulsed light with sufficient intensity can be obtained.

各スタックユニットにおいて、複屈折素子123の後段には、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125が挿入可能に配置されている。すなわち、スタックユニット131、132では、複屈折素子123とスタック用λ/2板126との間に、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125が挿入される。また、スタックユニット133では、複屈折素子123の後方に取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125を配置することができる。例えば、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125を矢印の方向にスライド移動させると、図5の点線に示すように、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125が光路上に、配置される。パルス形状の調整時には、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125が光路中に配置される。そして、各ミクロパルス光のプロファイルなどが測定される。一方、電子ビームの利用時には、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125が光路中から取り除かれる。これにより、8つのミクロパルスがスタックされた状態で光学系を伝播する。このように、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125は、光路中に挿脱可能に配置されている。   In each stack unit, an extraction λ / 2 plate 124 and an extraction PBS 125 are inserted in the subsequent stage of the birefringent element 123 so as to be insertable. That is, in the stack units 131 and 132, the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 are inserted between the birefringent element 123 and the stacking λ / 2 plate 126. Further, in the stack unit 133, the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 can be arranged behind the birefringent element 123. For example, when the take-out λ / 2 plate 124 and the take-out PBS 125 are slid in the direction of the arrow, the take-out λ / 2 plate 124 and the take-out PBS 125 are on the optical path as shown by the dotted line in FIG. Be placed. At the time of adjusting the pulse shape, the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 are arranged in the optical path. Then, the profile of each micro pulse light is measured. On the other hand, when the electron beam is used, the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 are removed from the optical path. Thereby, it propagates through the optical system in a state where eight micro pulses are stacked. As described above, the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 are detachably arranged in the optical path.

取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125が光路中に配置されると、一方のミクロパルスが、スタック用λ/2板126に入射しない。すなわち、複屈折素子123からの2つのミクロパルスは、同一光軸上を伝播して、取出し用λ/2板124に入射する。しかしながら、取出し用λ/2板124の後方には、取出し用PBS125が配置されている。取出し用λ/2板124の回転角度を調整することで、一方のミクロパルスのみが取出し用PBS125を通過し、他方のミクロパルスが反射される。すなわち、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスのうちの一方のみが取出し用PBS125を通過して、スタック用λ/2板126に入射する。換言すると、取出し用PBS125は、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスのうちの他方がスタック用λ/2板124に入射するのを遮光する。このように、取出し用PBS125は、偏光状態に応じて、次の段のスタックユニット132に1つのミクロパルスが入射するのを遮る。   When the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 are arranged in the optical path, one micropulse does not enter the stacking λ / 2 plate 126. That is, the two micropulses from the birefringent element 123 propagate on the same optical axis and enter the extraction λ / 2 plate 124. However, an extraction PBS 125 is disposed behind the extraction λ / 2 plate 124. By adjusting the rotation angle of the extraction λ / 2 plate 124, only one micro pulse passes through the extraction PBS 125, and the other micro pulse is reflected. That is, only one of the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse passes through the extraction PBS 125 and enters the stacking λ / 2 plate 126. In other words, the extraction PBS 125 shields the other of the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse from entering the stacking λ / 2 plate 124. In this manner, the extraction PBS 125 blocks one micropulse from entering the stack unit 132 at the next stage according to the polarization state.

このように、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125が光路中に配置された状態では、一方のミクロパルスがスタックユニット132に入射する。取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125が光路中から除去された状態では、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスの両方がスタックユニット132に入射する。従って、3つのスタックユニット131〜133において、取出し用λ/2板124、及び取出し用PBS125を光路中に挿入すれば、上記と同様に、8つのミクロパルスのうちの1つのみが取り出される。そして、取り出すミクロパルスに応じて取出し用λ/2板124を回転させる。   Thus, in the state where the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 are arranged in the optical path, one micropulse enters the stack unit 132. In a state where the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 are removed from the optical path, both the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse enter the stack unit 132. Therefore, in the three stack units 131 to 133, when the extraction λ / 2 plate 124 and the extraction PBS 125 are inserted into the optical path, only one of the eight micro pulses is extracted as described above. Then, the extraction λ / 2 plate 124 is rotated in accordance with the micropulse to be extracted.

このように、スタッキングロッド120では、複屈折素子123によって、パルス光の直交する偏光成分間に時間遅延を与えている。そして、複屈折素子123から出射したパルス光の直交する偏光成分の一方を他方の偏光成分から取り出す手段を光路中に挿脱可能に配置してている。そして、パルス光の直交する偏光成分の一方を他方の偏光成分から取り出す手段を光路中に挿入した状態で、可変形ミラー40などを用いて、複屈折素子123からのパルス光のパルス形状を調整する。可変形ミラー40などによりパルス形状を調整するために、カメラ47やビームモニタ55などで一方の偏光成分に応じた測定を行う。このような構成のスタッキングロッド120を電子銃100に用いることで、上記と同様に、ミクロパルス毎の調整が可能になる。また、調整の自動化を簡便に行うことができる。   Thus, in the stacking rod 120, the birefringent element 123 gives a time delay between the orthogonal polarization components of the pulsed light. A means for taking out one of the orthogonal polarization components of the pulsed light emitted from the birefringent element 123 from the other polarization component is detachably disposed in the optical path. Then, with the means for taking out one of the orthogonal polarization components of the pulsed light from the other polarization component inserted in the optical path, the pulse shape of the pulsed light from the birefringent element 123 is adjusted using the deformable mirror 40 or the like. To do. In order to adjust the pulse shape by the deformable mirror 40 or the like, measurement according to one polarization component is performed by the camera 47 or the beam monitor 55 or the like. By using the stacking rod 120 having such a configuration for the electron gun 100, the adjustment for each micro pulse can be performed as described above. Also, the adjustment can be easily automated.

図4の構成では、複屈折素子123間に45度偏光にするスタック用λ/2板126を入れていたが、省略することも可能である。例えば、複屈折素子123の結晶ロッドを回転させて結晶軸を45度傾けてもよい。すなわち、スタック用λ/2板126の代わりに、結晶ロッドを回転させることで、各偏光成分のパワーを調整することができる。これにより、構成を大幅に簡略化できる。   In the configuration of FIG. 4, the stacking λ / 2 plate 126 for 45-degree polarization is inserted between the birefringent elements 123, but it can be omitted. For example, the crystal axis of the birefringent element 123 may be rotated to tilt the crystal axis by 45 degrees. That is, by rotating the crystal rod instead of the stacking λ / 2 plate 126, the power of each polarization component can be adjusted. Thereby, the configuration can be greatly simplified.

さらに、取出し用PBS125によって分岐された偏光成分を測定することも可能である。すなわち、取出し用PBS125を通過せずに反射した偏光成分のプロファイル等を測定し、その測定結果に基づいてパルス形状を調整してもよい。例えば、取出し用PBSによってP偏光ミクロパルスが取り出され、スタック用λ/2板126に入射する場合、取出し用PBS125で反射されたS偏光ミクロパルスをカメラなどで測定する。そして、S偏光ミクロパルスの測定結果に基づいてプロファイルを調整する。なお、偏光成分の一方を取り出す手段は、光路中に挿脱可能に設けられた偏光板などであってもよい。偏光板を、回転させることで、S偏光ミクロパルス、又はP偏光ミクロパルスを取り出すことができる。   Furthermore, it is also possible to measure the polarization component branched by the extraction PBS 125. That is, the profile of the polarized component reflected without passing through the extraction PBS 125 may be measured, and the pulse shape may be adjusted based on the measurement result. For example, when a P-polarized micropulse is extracted by the extracting PBS and is incident on the stacking λ / 2 plate 126, the S-polarized micropulse reflected by the extracting PBS 125 is measured by a camera or the like. Then, the profile is adjusted based on the measurement result of the S-polarized micropulse. The means for extracting one of the polarization components may be a polarizing plate provided so as to be insertable / removable in the optical path. By rotating the polarizing plate, S-polarized micropulses or P-polarized micropulses can be taken out.

発明の実施の形態2.
本実施の形態では、電子銃100において、図3で示したパルススタッカー20の代わりに、図6に示すパルススタッカー70が用いられている。パルススタッカー以外の構成については、図1と同様であるため、説明を省略する。図6に示すパルススタッカー70では、4つのスタックユニット83a〜83dが用いられている。そして、4つのスタックユニット83a〜83dが並列に配置されている。これにより、1パルスから8つのミクロパルスを生成することができる。なお、パルススタッカー70においても、実施の形態1と同様の内容については説明を省略する。さらに、スタックユニット83a〜83dは、実施の形態1で示したスタックユニット31〜33と同様の構成であるため、一部の構成が省略して図示されている。例えば、アクチュエータ27、固定ミラー対25、及び可動ミラー対26については、実施の形態1と同様の構成であるため、省略されて図示している。本実施の形態では、パルススタッカー70が、パルス光をラグビーボール状のエリプソイド形状にするための構成を有している。
Embodiment 2 of the Invention
In the present embodiment, in the electron gun 100, a pulse stacker 70 shown in FIG. 6 is used instead of the pulse stacker 20 shown in FIG. The configuration other than the pulse stacker is the same as that shown in FIG. In the pulse stacker 70 shown in FIG. 6, four stack units 83a to 83d are used. Four stack units 83a to 83d are arranged in parallel. Thereby, eight micro pulses can be generated from one pulse. In the pulse stacker 70 as well, the description of the same contents as in the first embodiment is omitted. Furthermore, since the stack units 83a to 83d have the same configuration as the stack units 31 to 33 shown in the first embodiment, a part of the configuration is not shown. For example, the actuator 27, the fixed mirror pair 25, and the movable mirror pair 26 have the same configuration as in the first embodiment, and are not shown. In the present embodiment, the pulse stacker 70 has a configuration for making pulsed light into a rugby ball-like ellipsoid shape.

スタックユニット83a〜83dの前段には、前段側λ/2板84、前段側λ/2板85a、前段側λ/2板85b、前段側PBS71、前段側PBS71a、及び前段側PBS71bが配置されている。また、スタックユニット83a〜83dの後段には、ミラー81、後段側分岐用ビームスプリッタ74、後段側分岐用ビームスプリッタ76、後段側分岐用ビームスプリッタ78、後段側合成用ビームスプリッタ75、後段側合成用ビームスプリッタ77、後段側合成用ビームスプリッタ79、アパーチャー86b、アパーチャー86c、及びアパーチャー86dが設けられている。   A front stage side λ / 2 plate 84, a front stage side λ / 2 plate 85a, a front stage side λ / 2 plate 85b, a front stage side PBS 71, a front stage side PBS 71a, and a front stage side PBS 71b are arranged at the front stage of the stack units 83a to 83d. Yes. Further, in the subsequent stage of the stack units 83a to 83d, a mirror 81, a rear-stage branching beam splitter 74, a rear-stage branching beam splitter 76, a rear-stage branching beam splitter 78, a rear-stage synthesis beam splitter 75, and a rear-stage synthesis. A beam splitter 77, a rear-side synthesis beam splitter 79, an aperture 86b, an aperture 86c, and an aperture 86d are provided.

スタックユニット83a〜83dの後段では、合成ユニット88a〜88cが設けられている。合成ユニット88aは、後段側分岐用ビームスプリッタ74と、後段側合成用ビームスプリッタ75と、2枚のミラー81から構成される。合成ユニット88bは、後段側分岐用ビームスプリッタ76と、後段側合成用ビームスプリッタ77と、2枚のミラー81から構成される。合成ユニット88cは、後段側分岐用ビームスプリッタ78と、後段側合成用ビームスプリッタ79と、2枚のミラー81から構成される。なお、合成ユニット88a、合成ユニット88b、及び合成ユニット88cは同じ構成を有している。   In the subsequent stage of the stack units 83a to 83d, synthesis units 88a to 88c are provided. The synthesizing unit 88 a includes a rear stage side branching beam splitter 74, a rear stage side synthesizing beam splitter 75, and two mirrors 81. The synthesizing unit 88 b includes a rear stage side branching beam splitter 76, a rear stage side synthesizing beam splitter 77, and two mirrors 81. The synthesizing unit 88c includes a rear stage side branching beam splitter 78, a rear stage side synthesizing beam splitter 79, and two mirrors 81. Note that the synthesis unit 88a, the synthesis unit 88b, and the synthesis unit 88c have the same configuration.

光源部10からのパルス光は、前段側λ/2板84に入射する。前段側λ/2板84は、直線偏光であるパルス光の偏光軸を回転させる。これにより、偏光軸が45°回転する。そして、前段側λ/2板84から出射したパルス光は、前段側PBS71に入射する。1段目の前段側PBS71は、偏光状態に応じて入射したパルス光を分岐する。これにより、S偏光成分の光ビームと、P偏光成分の光ビームとに分岐される。そして、P偏光成分の光ビームは、2段目の前段側λ/2板85aを介して前段側PBS71aに入射し、S偏光成分の光ビームは、2段目の分岐用λ/2板85bを介して前段側PBS71bに入射する。分岐用λ/2板85a、85bは偏光軸を45°回転させている。このように、λ/2板とPBSを交互に2回づつ通過する。これにより、パルス光が4つの光ビームに分岐される。具体的には、2本のP偏光ビームと2本のS偏光ビームが生成される。   The pulsed light from the light source unit 10 enters the front-side λ / 2 plate 84. The front stage side λ / 2 plate 84 rotates the polarization axis of the pulsed light that is linearly polarized light. This rotates the polarization axis by 45 °. Then, the pulsed light emitted from the front stage side λ / 2 plate 84 enters the front stage side PBS 71. The first-stage front-side PBS 71 branches the incident pulsed light according to the polarization state. As a result, the light beam is branched into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam. The P-polarized component light beam enters the front-stage PBS 71a via the second-stage front-side λ / 2 plate 85a, and the S-polarized component light beam enters the second-stage branching λ / 2 plate 85b. Then, it enters the pre-stage side PBS 71b. The λ / 2 plates for branching 85a and 85b have their polarization axes rotated by 45 °. In this way, the λ / 2 plate and the PBS are alternately passed twice. Thereby, the pulsed light is branched into four light beams. Specifically, two P-polarized beams and two S-polarized beams are generated.

4本の光ビームは、それぞれのスタックユニット83a〜83dに入射する。具体的には、前段側PBS71aからのP偏光ビームがスタックユニット83aに入射し、前段側PBS71aからのS偏光ビームがスタックユニット83bに入射する。また、前段側PBS71bからのP偏光ビームがスタックユニット83cに入射し、前段側PBS71bからのS偏光ビームがスタックユニット83dに入射する。   The four light beams are incident on the respective stack units 83a to 83d. Specifically, a P-polarized beam from the front-stage side PBS 71a enters the stack unit 83a, and an S-polarized beam from the front-stage side PBS 71a enters the stack unit 83b. Further, the P-polarized beam from the front-stage side PBS 71b enters the stack unit 83c, and the S-polarized beam from the front-stage side PBS 71b enters the stack unit 83d.

スタックユニット83a〜83dは、スタックユニット31とほぼ同じ構成を有している。例えば、スタックユニット83aに入射した光ビームは、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスに分岐される。ここで、スタックユニット83a〜83dにおいて与えられる光路長差が異なっている。例えば、スタックユニット83aでは、2.5psecの遅延時間に相当する光路長差が与えられる。これにより、スタックユニット83aから出射するS偏光ミクロパルスがP偏光ミクロパルスよりも2.5psec遅れる。また、スタックユニット83bでは、7.5psecの遅延時間に相当する光路長差が与えられ、スタックユニット83cでは、12.5psecの遅延時間に相当する光路長差が与えられ、スタックユニット83dでは、17.5psecの遅延時間に相当する光路長差が与えられる。   The stack units 83 a to 83 d have substantially the same configuration as the stack unit 31. For example, the light beam incident on the stack unit 83a is branched into a P-polarized micropulse and an S-polarized micropulse. Here, the optical path length differences given in the stack units 83a to 83d are different. For example, in the stack unit 83a, an optical path length difference corresponding to a delay time of 2.5 psec is given. As a result, the S-polarized micropulse emitted from the stack unit 83a is delayed by 2.5 psec from the P-polarized micropulse. The stack unit 83b gives an optical path length difference corresponding to 7.5 psec delay time, the stack unit 83c gives an optical path length difference equivalent to 12.5 psec delay time, and the stack unit 83d gives 17 An optical path length difference corresponding to a delay time of .5 psec is given.

そして、4つのスタックユニット83a〜83dからのミクロパルスを順番に合成していく。ここで、8つのミクロパルスは、合成ユニット88a〜88cで順番に合成される。ここでは、3つの合成ユニット88a、3つの合成ユニット88b、合成ユニット88cが直列に配置されている。そして、合成ユニット88aは、スタックユニット83a、83bからのミクロパルスを合成する。これにより、計4つのミクロパルスが合成される。合成ユニット88bは、合成ユニット88aからのミクロパルスと、スタックユニット83cからのミクロパルスとを合成する。これにより、計6つのミクロパルスが合成される。合成ユニット88cは、合成ユニット88bからのミクロパルスと、スタックユニット83dからのミクロパルスとを合成する。これにより、計8つのミクロパルスが合成される。以下に、合成ユニット88a〜88cにおけるミクロパルスの合成について詳細に説明する。   Then, the micro pulses from the four stack units 83a to 83d are synthesized in order. Here, the eight micropulses are sequentially synthesized by the synthesis units 88a to 88c. Here, three synthesis units 88a, three synthesis units 88b, and a synthesis unit 88c are arranged in series. Then, the synthesis unit 88a synthesizes the micro pulses from the stack units 83a and 83b. As a result, a total of four micropulses are synthesized. The synthesis unit 88b synthesizes the micro pulse from the synthesis unit 88a and the micro pulse from the stack unit 83c. As a result, a total of six micro pulses are synthesized. The synthesis unit 88c synthesizes the micro pulse from the synthesis unit 88b and the micro pulse from the stack unit 83d. As a result, a total of eight micropulses are synthesized. Below, the synthesis | combination of the micro pulse in the synthesis | combination units 88a-88c is demonstrated in detail.

スタックユニット83aのミクロパルスは、ミラー81を介して、1段目の合成ユニット88aに設けられた後段側分岐用ビームスプリッタ74に入射する。スタックユニット83bのミクロパルスは、アパーチャー86bを介して、1段目の合成ユニット88aに設けられた後段側分岐用ビームスプリッタ74に入射する。後段側分岐用ビームスプリッタ74は、無偏光ビームスプリッタである。従って、偏光状態に関係なく、入射した光を分割する。これにより、スタックユニット83a、83bからのS偏光ミクロパルスとP偏光ミクロパルスとが分岐される。そして、分岐されたミクロパルスは、ミラー81で反射されて、後段側合成用ビームスプリッタ75に入射する。後段側合成用ビームスプリッタ75は、無偏光ビームスプリッタであり、偏光状態に関係なく、後段側合成用ビームスプリッタ75で分岐された光ビームを合成する。これにより、4つのミクロパルスが合成される。   The micro pulse of the stack unit 83a is incident on the rear-stage branching beam splitter 74 provided in the first-stage synthesis unit 88a via the mirror 81. The micro pulse of the stack unit 83b is incident on the post-stage branching beam splitter 74 provided in the first-stage synthesis unit 88a via the aperture 86b. The rear-stage branching beam splitter 74 is a non-polarizing beam splitter. Therefore, the incident light is divided regardless of the polarization state. As a result, the S-polarized micropulse and the P-polarized micropulse from the stack units 83a and 83b are branched. Then, the branched micro pulse is reflected by the mirror 81 and enters the post-stage synthesis beam splitter 75. The post-stage combining beam splitter 75 is a non-polarizing beam splitter, and combines the light beams branched by the post-stage combining beam splitter 75 regardless of the polarization state. As a result, four micro pulses are synthesized.

ここで、スタックユニット83bと合成ユニット88aとの間には、アパーチャー86bが配置されている。このアパーチャー86bは、例えば、円形の開口部を有している。従って、アパーチャー86bの開口部の外側に入射した光は、遮光され、後段側分岐用ビームスプリッタ74に入射できない。アパーチャー86bを通過したミクロパルスのみが後段側分岐用ビームスプリッタ74に入射する。これにより、スタックユニット83bからのミクロパルスのビーム径が制限され、スタックユニット83bからのミクロパルスのビーム径よりも小さくなる。これにより、横方向におけるビームのプロファイルが変化する。   Here, an aperture 86b is disposed between the stack unit 83b and the synthesis unit 88a. The aperture 86b has, for example, a circular opening. Accordingly, the light incident on the outside of the opening of the aperture 86b is shielded and cannot enter the post-stage branching beam splitter 74. Only the micropulses that have passed through the aperture 86b enter the post-stage branching beam splitter 74. Thereby, the beam diameter of the micro pulse from the stack unit 83b is limited and becomes smaller than the beam diameter of the micro pulse from the stack unit 83b. Thereby, the profile of the beam in the lateral direction changes.

さらに、スタックユニット83aとスタックユニット83bとの間で光学的な距離を変えている。これにより、4つのミクロパルスに光路長差が与えられる。それぞれのミクロパルスのタイミングがずれる。ここでは、スタックユニット83bからの2つのミクロパルスの間に、スタックユニット83aからの2つのミクロパルスが配置される。そして、合成ユニット88aからは、4つのミクロパルスが同じ光軸に沿って出射する。   Further, the optical distance is changed between the stack unit 83a and the stack unit 83b. Thereby, an optical path length difference is given to the four micropulses. The timing of each micro pulse is shifted. Here, two micro pulses from the stack unit 83a are arranged between two micro pulses from the stack unit 83b. Then, four micro pulses are emitted from the synthesis unit 88a along the same optical axis.

合成ユニット88aのミクロパルスは、ミラー81を介して、2段目の合成ユニット88bに設けられた後段側分岐用ビームスプリッタ76に入射する。スタックユニット83cのミクロパルスは、アパーチャー86cを介して、2段目の合成ユニット88bに設けられた後段側分岐用ビームスプリッタ76に入射する。   The micro pulse of the synthesizing unit 88a enters the post-stage branching beam splitter 76 provided in the second synthesizing unit 88b via the mirror 81. The micro pulse of the stack unit 83c is incident on the rear-stage branching beam splitter 76 provided in the second-stage synthesis unit 88b via the aperture 86c.

2段目の合成ユニット88bは、合成ユニット88aからのミクロパルスとスタックユニット83cからのミクロパルスを、同様に合成する。これにより、4つのミクロパルスと2つのミクロパルスとが合成用ビームスプリッタ77で合成されて、出射する。ここで、スタックユニット83a〜83cの間で光学的な距離を変えている。これにより、6つのミクロパルスに光路長差が与えられる。それぞれのミクロパルスのタイミングがずれる。ここでは、スタックユニット83cからの2つのミクロパルスの間に、合成ユニット88aからの4つのミクロパルスが配置される。そして、合成ユニット88bからは、6つのミクロパルスが同じ光軸に沿って出射する。   The second synthesis unit 88b synthesizes the micro pulse from the synthesis unit 88a and the micro pulse from the stack unit 83c in the same manner. As a result, the four micropulses and the two micropulses are combined by the combining beam splitter 77 and emitted. Here, the optical distance is changed between the stack units 83a to 83c. Thereby, an optical path length difference is given to six micro pulses. The timing of each micro pulse is shifted. Here, four micro pulses from the synthesis unit 88a are arranged between two micro pulses from the stack unit 83c. Then, six micro pulses are emitted from the synthesis unit 88b along the same optical axis.

ここで、スタックユニット83cと合成ユニット88bとの間には、アパーチャー86cが配置されている。このアパーチャー86cは、例えば、円形の開口部を有している。従って、アパーチャー86cの開口の外側に入射した光は、遮光され、後段側分岐用ビームスプリッタ76に入射できない。アパーチャー86cを通過したミクロパルスのみが後段側分岐用ビームスプリッタ76に入射する。これにより、スタックユニット83cからのミクロパルスのビーム径が制限される。さらに、アパーチャー86cの開口部をアパーチャー86bの開口部よりも小さくしている。従って、スタックユニット83cからのミクロパルスのビーム径は、スタックユニット83bからのミクロパルスのビーム径よりも小さくなる。アパーチャー86bは横方向におけるビームのプロファイルを変化させる。   Here, an aperture 86c is disposed between the stack unit 83c and the synthesis unit 88b. The aperture 86c has, for example, a circular opening. Therefore, the light that has entered the outside of the opening of the aperture 86c is shielded and cannot enter the post-stage branching beam splitter 76. Only the micro pulse that has passed through the aperture 86c is incident on the post-stage branching beam splitter 76. Thereby, the beam diameter of the micro pulse from the stack unit 83c is limited. Further, the opening of the aperture 86c is made smaller than the opening of the aperture 86b. Therefore, the beam diameter of the micro pulse from the stack unit 83c is smaller than the beam diameter of the micro pulse from the stack unit 83b. The aperture 86b changes the beam profile in the lateral direction.

合成ユニット88bのミクロパルスは、ミラー81を介して、3段目の合成ユニット88cに設けられた後段側分岐用ビームスプリッタ78に入射する。スタックユニット83dのミクロパルスは、アパーチャー86dを介して、合成ユニット88cに設けられた後段側分岐用ビームスプリッタ78に入射する。   The micro pulse of the synthesis unit 88b is incident on the rear-stage branching beam splitter 78 provided in the third-stage synthesis unit 88c via the mirror 81. The micro pulse of the stack unit 83d is incident on the post-stage branching beam splitter 78 provided in the synthesis unit 88c through the aperture 86d.

3段目の合成ユニット88cは、合成ユニット88bからのミクロパルスとスタックユニット83dからのミクロパルスを、同様に合成する。これにより、6つのミクロパルスと2つのミクロパルスとが合成用ビームスプリッタ79で合成されて、出射する。ここで、スタックユニット83a〜83dの間で光学的な距離を変えている。これにより、8つのミクロパルスに光路長差が与えられる。それぞれのミクロパルスのタイミングがずれる。ここでは、スタックユニット83dからの2つのミクロパルスの間に、合成ユニット88bからの6つのミクロパルスが配置される。そして、合成ユニット88dからは、8つのミクロパルスが同じ光軸に沿って出射する。   The third synthesis unit 88c synthesizes the micro pulse from the synthesis unit 88b and the micro pulse from the stack unit 83d in the same manner. As a result, the six micropulses and the two micropulses are combined by the combining beam splitter 79 and emitted. Here, the optical distance is changed between the stack units 83a to 83d. Thereby, an optical path length difference is given to eight micro pulses. The timing of each micro pulse is shifted. Here, six micro pulses from the synthesis unit 88b are arranged between two micro pulses from the stack unit 83d. Then, eight micro pulses are emitted from the synthesis unit 88d along the same optical axis.

スタックユニット83dと合成ユニット88cとの間には、アパーチャー86dが配置されている。このアパーチャー86dは、アパーチャー86cよりも小さい円形の開口部を有している。これにより、スタックユニット83dからのミクロパルスのビーム径は、スタックユニット83cからのミクロパルスのビーム径よりも小さくなる。このように、アパーチャー86b〜86dではビームの通過が制限されるため、ミクロパルスのプロファイルが変化する。   An aperture 86d is disposed between the stack unit 83d and the synthesis unit 88c. The aperture 86d has a circular opening that is smaller than the aperture 86c. Thereby, the beam diameter of the micro pulse from the stack unit 83d is smaller than the beam diameter of the micro pulse from the stack unit 83c. In this way, the apertures 86b to 86d limit the passage of the beam, so that the micropulse profile changes.

このようにパルススタッカー70から出射したパルス光は、所定の時間間隔で配置された8つのミクロパルスを有している。そして、アパーチャー86b〜86cによって、ビーム径がミクロパルス毎に変化している。すなわち、図6に示すように、マクロパルスのうち1番目と8番目のミクロパルスは、アパーチャー86dを通過しているため、ビーム径が最小になる。また、2番目と7番目のミクロパルスは、アパーチャー86dを通過しているため、ビーム径が2番目に小さくなる。3番目と6番目のミクロパルスは、アパーチャー86cを通過しているため、ビーム径が2番目に大きくなる。そして、4番目と5番目のミクロパルスは、アパーチャーを通過していないため、ビーム径が最大になる。   Thus, the pulsed light emitted from the pulse stacker 70 has eight micro pulses arranged at predetermined time intervals. The beam diameter is changed for each micro pulse by the apertures 86b to 86c. That is, as shown in FIG. 6, the first and eighth micro pulses among the macro pulses pass through the aperture 86d, so that the beam diameter is minimized. In addition, since the second and seventh micro pulses pass through the aperture 86d, the beam diameter becomes the second smallest. Since the third and sixth micropulses pass through the aperture 86c, the beam diameter becomes the second largest. Since the fourth and fifth micro pulses do not pass through the aperture, the beam diameter is maximized.

マクロパルス全体のビーム径は時間とともに大きくなっていき、縦方向におけるマクロパルスの中央近傍で最大になる。すなわち、4番目と5番目のミクロパルスに対応するタイミングで、ビーム径が最大になる。そして、縦方向におけるマクロパルスの中央近傍から時間とともにビーム径が小さくなっていく。縦方向におけるビームプロファイルは時間に応じて変化する。縦方向におけるプロファイルは対称になる。このようなパルススタッカー70を用いることによって、エリプソイド形状のマクロパルスを得ることができる。もちろん、エリプソイド形状以外の整形することも可能である。実施の形態1と同様に、パルス整形を容易に行うことができる。さらに、様々な形状のパルス光を簡素な構成で整形することができる。また、アパーチャー86b〜86dの開口径を可変にすることで、様々な形状に整形することができる。   The beam diameter of the entire macro pulse increases with time and becomes maximum near the center of the macro pulse in the vertical direction. That is, the beam diameter becomes maximum at the timing corresponding to the fourth and fifth micro pulses. The beam diameter decreases with time from the vicinity of the center of the macro pulse in the vertical direction. The beam profile in the vertical direction changes with time. The profile in the vertical direction is symmetric. By using such a pulse stacker 70, an ellipsoidal macro pulse can be obtained. Of course, shaping other than the ellipsoid shape is also possible. As in the first embodiment, pulse shaping can be easily performed. Furthermore, various shapes of pulsed light can be shaped with a simple configuration. Further, by making the aperture diameters of the apertures 86b to 86d variable, they can be shaped into various shapes.

なお、上記の説明では、アパーチャー86b〜86dを用いてプロファイルを変えたが、プロファイルを変えるプロファイル変化手段はこれに限られるものではない。例えば、1対のレンズなどを用いてプロファイルを変えることも可能である。すなわち、レンズペアからなるダウンコリメートレンズを用いることができる。そして、ビーム径を縮小して、プロファイルを変化する。縮小光学系であるレンズペアを用いる場合、光量を減らすことなくビーム径を変更することができる。もちろん、レンズペアを拡大光学系として、ビーム径を拡大してもよい。さらには、レンズペアとアパーチャーの両方を用いてプロファイルを変化させてもよい。さらに、位置に応じて透過率の異なる空間フィルタ等を用いてプロファイルを変化させてもよい。なお、光ビームを平行光束としたまま、ビーム径を変えることが好ましい。また、合成ユニット88aと、スタックユニット83aとの間にアパーチャーなどを配置して、プロファイルを変化させてもよい。   In the above description, the profile is changed using the apertures 86b to 86d, but the profile changing means for changing the profile is not limited to this. For example, the profile can be changed using a pair of lenses. That is, a down collimating lens composed of a lens pair can be used. Then, the beam diameter is reduced to change the profile. When a lens pair that is a reduction optical system is used, the beam diameter can be changed without reducing the amount of light. Of course, the beam diameter may be enlarged by using the lens pair as an enlargement optical system. Furthermore, the profile may be changed using both the lens pair and the aperture. Furthermore, the profile may be changed using a spatial filter or the like having a different transmittance according to the position. It is preferable to change the beam diameter while maintaining the light beam as a parallel light beam. Further, an aperture or the like may be arranged between the synthesis unit 88a and the stack unit 83a to change the profile.

このように、本実施の形態では、スタックユニット83a〜83dを並列配置している。このため、合成前の光路中に、プロファイル変化手段を配置することができる。このため、ミクロパルスを個別に調整することが可能になる。このことによって、パルス光を様々な形状に整形することができる。特に、縦方向(光軸と平行な方向)における調整が容易になる。また、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスが交互に配置されるため、光干渉を低減することができる。   Thus, in the present embodiment, the stack units 83a to 83d are arranged in parallel. For this reason, the profile changing means can be arranged in the optical path before synthesis. For this reason, it becomes possible to adjust micropulses individually. As a result, the pulsed light can be shaped into various shapes. In particular, adjustment in the vertical direction (direction parallel to the optical axis) is facilitated. In addition, since the P-polarized micropulses and the S-polarized micropulses are alternately arranged, optical interference can be reduced.

実施の形態1と同様にλ/2板24の角度を調整することによって、P偏光ミクロパルスとS偏光ミクロパルスの光強度の比を調整することができる。また、遮光部材37を挿入することによって、個々のミクロパルス形状の測定が可能になる。これにより、より精密なパルス形状の整形が可能になる。さらに、遮光部材37を挿入することやλ/2板24を回転させることによって、一方のミクロパルスを除去することができる。これにより、ビーム径を調整する自由度が高くなる。すなわち、全てのミクロパルスを異なるビーム径にすることができる。よって、所望の形状のパルス光を得ることができる。   As in the first embodiment, by adjusting the angle of the λ / 2 plate 24, the ratio of the light intensity of the P-polarized micropulse and the S-polarized micropulse can be adjusted. Further, by inserting the light shielding member 37, it is possible to measure individual micropulse shapes. Thereby, shaping of a more precise pulse shape becomes possible. Furthermore, one micro pulse can be removed by inserting the light shielding member 37 or rotating the λ / 2 plate 24. Thereby, the freedom degree which adjusts a beam diameter becomes high. That is, all micropulses can have different beam diameters. Therefore, pulse light having a desired shape can be obtained.

さらに、本実施の形態では、後段側合成用ビームスプリッタ75、77、79からの光を測定する測定部90が設けられている。測定部90は、光を合成する際に漏れてくる光を効率的に利用している。例えば、後段側合成用ビームスプリッタ75には、無偏光ビームスプリッタが設けられている。このため、後段側合成用ビームスプリッタ75光を合成する際にロスが生じ、一部がミラー81に入射しなくなる。換言すると、測定部90には、後段側合成用ビームスプリッタ75からミラー81に入射しない光ビームが入射する。後段側合成用ビームスプリッタ75から出射する2本の光ビームのうちの一方がミラー81に入射し、他方が測定部90に入射する。すなわち、後段側合成用ビームスプリッタ75で合成されてミラー81に向かう光ビームではない光ビームを測定部90で測定する。   Further, in the present embodiment, a measurement unit 90 that measures light from the latter-stage synthesis beam splitters 75, 77, and 79 is provided. The measuring unit 90 efficiently uses the light that leaks when combining the light. For example, the non-polarizing beam splitter is provided in the post-side synthesis beam splitter 75. For this reason, a loss occurs when combining the post-stage side combining beam splitter 75 light, and a part of the light does not enter the mirror 81. In other words, a light beam that does not enter the mirror 81 is incident on the measurement unit 90 from the post-stage synthesis beam splitter 75. One of the two light beams emitted from the post-stage synthesis beam splitter 75 enters the mirror 81, and the other enters the measurement unit 90. That is, the measurement unit 90 measures a light beam that is not the light beam that is combined by the post-stage-side combining beam splitter 75 and directed to the mirror 81.

ここで、後段側合成用ビームスプリッタ75から出射する光ビームのうち測定部90に入射する光ビームを測定光とする。また、後段側合成用ビームスプリッタ75から出射する光ビームのうちミラー81に入射する光ビームを利用光とする。利用光は、上記のようにフォトカソード51に入射して電子の発生に利用される。測定部90は、測定光を利用してパルス形状の測定を行っている。これにより、光を効率的に使用することができる。さらに、ミクロパルスをモニタしながらのパルス整形が可能になる。   Here, the light beam incident on the measurement unit 90 among the light beams emitted from the post-stage-side synthesis beam splitter 75 is defined as measurement light. The light beam incident on the mirror 81 out of the light beams emitted from the post-stage synthesis beam splitter 75 is used light. The utilized light is incident on the photocathode 51 and used for generating electrons as described above. The measurement unit 90 measures the pulse shape using measurement light. Thereby, light can be used efficiently. Furthermore, pulse shaping while monitoring micro pulses is possible.

測定部90は、パルス形状を測定するためのカメラなどを有している。例えば、2次元カメラなどによって、横方向のプロファイルを測定することができる。さらに、測定部90によって、縦方向のプロファイルを測定してもよい。ここで、縦方向のプロファイルを測定するための好適な構成例について図7を用いて説明する。図7は縦方向のプロファイルを測定する測定部90の構成を示す図である。測定部90は、測定用PBS91、ミラー92、非線形光学素子93、分光器94及びプローブ用光変調器95を有している。   The measuring unit 90 includes a camera for measuring the pulse shape. For example, a lateral profile can be measured by a two-dimensional camera or the like. Furthermore, the vertical profile may be measured by the measuring unit 90. Here, a preferred configuration example for measuring the profile in the vertical direction will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the measurement unit 90 that measures the profile in the vertical direction. The measurement unit 90 includes a measurement PBS 91, a mirror 92, a nonlinear optical element 93, a spectroscope 94, and a probe light modulator 95.

測定用PBS91には、後段側合成用ビームスプリッタ75からの光ビームが入射している。ここでは2つのミクロパルスを有する光ビームが入射している。例えば、スタックユニット83bで、スタックユニット83bからのミクロパルスを遮光する。具体的には、スタックユニット83a、83bにおいて、遮光部材37を挿入することで、2つのミクロパルスを遮光することができる。この場合、2つのミクロパルスを有するダブルパルスが後段側合成用ビームスプリッタ75から取り出される。測定用PBS91は、ミラー92の方向にダブルパルスを反射する。ここで、パルス形状の測定対象であるダブルパルスを、測定光とする。   A light beam from the post-synthesis beam splitter 75 is incident on the measurement PBS 91. Here, a light beam having two micro pulses is incident. For example, the stack unit 83b shields the micro pulse from the stack unit 83b. Specifically, two micropulses can be shielded by inserting the light shielding member 37 in the stack units 83a and 83b. In this case, a double pulse having two micro pulses is extracted from the post-stage synthesis beam splitter 75. The measurement PBS 91 reflects the double pulse in the direction of the mirror 92. Here, the double pulse which is the measurement object of the pulse shape is defined as measurement light.

さらに測定用PBS91には、プローブ用光変調器95でチャープされたチャープパルスが入射している。このチャープパルスが、パルス形状の測定に利用されるプローブ光となる。チャープパルスはダブルパルスの間隔+パルス幅よりも長いパルス幅を有している。すなわち、ダブルパルス全体がチャープパルスと重複する。このチャープパルスをプローブ光として利用する。プローブ光は時間に応じて波長が変化する。チャープパルスはプローブ用光変調器95によって、矩形状にチャープされている。より好ましくは矩形である。チャープを長くして、フラットに近い中央部を使うようにしてもよい。但し、チャープを長くすると、レーザ強度が落ちるという問題があるすなわち、チャープパルスでは、時間とともに波長が変化している。このチャープされたパルス光は、光源部10から取り出すことができる。例えば、再生増幅器14、又はマルチパス増幅器15から出射するパルス光の一部を取り出して、チャープパルスとすることができる。ここでは、例えば、基本波(790nm)をプローブ光として取り出している。そして、測定用PBS91は媒質を透過することによる分散でのダブルパルス側のパルスの伸びを防いでおいて、チャープパルスを通過させる。これにより、ダブルパルスとチャープパルスとが合成される。ここで、チャープパルスとダブルパルスとは同期して、測定用PBS91に入射する。   Further, the chirp pulse chirped by the probe optical modulator 95 is incident on the measurement PBS 91. This chirp pulse becomes probe light used for measuring the pulse shape. The chirp pulse has a pulse width longer than double pulse interval + pulse width. That is, the entire double pulse overlaps with the chirp pulse. This chirp pulse is used as probe light. The wavelength of the probe light changes with time. The chirp pulse is chirped into a rectangular shape by the probe light modulator 95. More preferably, it is a rectangle. You may make it use a center part near a flat by lengthening a chirp. However, there is a problem that when the chirp is lengthened, the laser intensity decreases. That is, in the chirp pulse, the wavelength changes with time. The chirped pulsed light can be extracted from the light source unit 10. For example, a part of the pulsed light emitted from the regenerative amplifier 14 or the multipath amplifier 15 can be extracted and used as a chirp pulse. Here, for example, the fundamental wave (790 nm) is extracted as the probe light. The measurement PBS 91 allows the chirp pulse to pass through while preventing the double pulse side pulse from spreading due to dispersion caused by transmission through the medium. Thereby, a double pulse and a chirp pulse are combined. Here, the chirp pulse and the double pulse are incident on the measurement PBS 91 in synchronization.

ダブルパルスの偏光方向を、例えば、45°回転させている。ここでは、波長板や偏光子などを用いて、偏光方向を回転させる。測定用PBS91では、ダブルパルスのS偏光成分、又はP偏光成分が取り出される。また、測定用PBS91からは、チャープパルスが取り出される。従って、測定用PBS91で効率よく合成される。測定用PBS91で合成されたパルス光は、ミラー92で反射され、非線形光学素子93に入射する。非線形光学素子93は、例えば、KDPなどの非線形光学結晶である。非線形光学素子93では第2高調波発生(SHG)、差周波発生(DFG)及び和周波発生(SFG)が生じる。ここでは、非線形光学素子93によって、第2高調波やダブルパルスとチャープパルスとの和周波、差周波が発生する。なお、第2高調波は、同じ波長での非線形光学効果による和周波と捉えることもできる。チャープパルスとダブルパルスとは同期しているため、非線形光学素子93に入射するタイミングが一致している。また、チャープパルスは、ダブルパルスよりも十分長いパルス幅を有している。これにより、効率よく和周波、又は差周波が発生する。
例えば、測定光であるダブルパルスが3倍波の場合、基本波のチャープパルスとダブルパルスとの差周波を発生させる。これにより、基本波の2倍波が発生する。測定光が紫外域の3倍波である場合でも、差周波を用いることで、容易に測定することができる。また、測定光であるダブルパルスが基本波の場合、チャープパルスとダブルパルスとの和周波により、基本波の2倍波を発生させてもよい。
For example, the polarization direction of the double pulse is rotated by 45 °. Here, the polarization direction is rotated using a wavelength plate, a polarizer, or the like. In the measurement PBS 91, the S-polarized component or the P-polarized component of the double pulse is extracted. Further, a chirp pulse is taken out from the measurement PBS 91. Therefore, it is efficiently synthesized by the measurement PBS 91. The pulsed light synthesized by the measurement PBS 91 is reflected by the mirror 92 and enters the nonlinear optical element 93. The nonlinear optical element 93 is a nonlinear optical crystal such as KDP, for example. The nonlinear optical element 93 generates second harmonic generation (SHG), difference frequency generation (DFG), and sum frequency generation (SFG). Here, the non-linear optical element 93 generates a second harmonic or a sum frequency and a difference frequency of a double pulse and a chirp pulse. Note that the second harmonic can also be regarded as the sum frequency due to the nonlinear optical effect at the same wavelength. Since the chirp pulse and the double pulse are synchronized, the timings of incidence on the nonlinear optical element 93 coincide. In addition, the chirp pulse has a pulse width sufficiently longer than that of the double pulse. Thereby, a sum frequency or a difference frequency is efficiently generated.
For example, when the double pulse that is the measurement light is a triple wave, a difference frequency between the chirp pulse of the fundamental wave and the double pulse is generated. As a result, a double wave of the fundamental wave is generated. Even when the measurement light is a third harmonic wave in the ultraviolet region, it can be easily measured by using the difference frequency. Further, when the double pulse that is the measurement light is a fundamental wave, a double wave of the fundamental wave may be generated by the sum frequency of the chirp pulse and the double pulse.

非線形光学素子93によって発生した和周波又は差周波は、分光器94に入射する。分光器94は、入射した和周波のスペクトルを測定する。例えば、分光器94は、入射側に設けられているスリット等を介して入射したパルスレーザ光をその波長に応じて空間的に分散させる。反射型回折格子を用いた分光器94の場合、さらに入射スリットからの光を分光素子までに導く凹面ミラーと分光素子によって分光された光を2次元アレイカメラまで導く凹面ミラーなどの光学系が設けられている。もちろん、上記以外の構成を有する分光器94を用いてもよい。入射光は分光器94によって入射スリットの方向と垂直な方向に分散される。すなわち、分光器94は、入射スリットのライン状の開口部と垂直な方向に出射光を波長分散する。分光器94により分光された出射光は2次元アレイカメラに入射する。2次元アレイカメラには、受光素子がマトリクス状に配列されている。   The sum frequency or difference frequency generated by the nonlinear optical element 93 enters the spectroscope 94. The spectroscope 94 measures the spectrum of the incident sum frequency. For example, the spectroscope 94 spatially disperses pulsed laser light incident through a slit or the like provided on the incident side according to the wavelength. In the case of the spectroscope 94 using a reflective diffraction grating, an optical system such as a concave mirror that guides light from the entrance slit to the spectroscopic element and a concave mirror that guides light split by the spectroscopic element to the two-dimensional array camera is provided. It has been. Of course, a spectroscope 94 having a configuration other than the above may be used. Incident light is dispersed by the spectroscope 94 in a direction perpendicular to the direction of the incident slit. That is, the spectroscope 94 wavelength-disperses the emitted light in a direction perpendicular to the line-shaped opening of the entrance slit. The outgoing light separated by the spectroscope 94 enters the two-dimensional array camera. In the two-dimensional array camera, light receiving elements are arranged in a matrix.

分光器94で分光されることによって、異なる波長の光が、異なる受光画素に入射する。すなわち、波長に応じて入射する受光画素がずれる。これにより、和周波又は差周波のスペクトル測定が可能になる。例えば、最長波長の光は受光画素列の一端側の受光画素に入射し、最短波長の光は他端側の受光画素に入射する。そして、波長に応じて入射する受光画素が異なる。さらに、チャーピングされたパルスレーザ光を用いているため、受光画素列がパルスレーザ光内の時間に対応する。従って、パルス内において異なるタイミングの光は、異なる受光画素に入射する。例えば、パルス先端の光は、受光画素列の一端側の受光画素に入射し、パルス後端の光は、受光画素列の他端の受光画素に入射する。そして、1パルスのスペクトルを分光器94のカメラの1フレームで検出する。すなわち、分光器94のカメラの1フレームで、パルスレーザ光の1パルスのスペクトルが取得される。これにより、和周波、又は差周波のスペクトル分布を高速に測定することができる。   By being split by the spectroscope 94, light of different wavelengths enters different light receiving pixels. That is, the incident light receiving pixel is shifted according to the wavelength. Thereby, the spectrum measurement of the sum frequency or the difference frequency becomes possible. For example, the light with the longest wavelength enters the light receiving pixel on one end side of the light receiving pixel row, and the light with the shortest wavelength enters the light receiving pixel on the other end side. The incident light receiving pixels are different depending on the wavelength. Further, since the chirped pulse laser beam is used, the light receiving pixel array corresponds to the time in the pulse laser beam. Therefore, light at different timings in the pulse enters different light receiving pixels. For example, the light at the front end of the pulse is incident on a light receiving pixel on one end side of the light receiving pixel row, and the light at the rear end of the pulse is incident on a light receiving pixel on the other end of the light receiving pixel row. Then, the spectrum of one pulse is detected by one frame of the camera of the spectroscope 94. That is, the spectrum of one pulse of the pulsed laser beam is acquired with one frame of the camera of the spectroscope 94. Thereby, the spectral distribution of sum frequency or difference frequency can be measured at high speed.

このように、分光器94では、ダブルパルスとチャープパルスの和周波又は差周波のスペクトルが測定される。さらに、チャープパルスを用いているため、波長が時間に対応する。ダブルパルスに含まれるミクロパルスの時間間隔は、スペクトルのピーク波長間隔に相当する。スペクトルには、縦方向におけるダブルパルスの形状の情報が含まれている。これにより、ミクロパルスの間隔を正確に測定することができる。具体的には、パルス間隔をτとすると、ピーク波長の間隔はτに基づく値となる。これにより、パルス間隔τを算出することができる。   Thus, the spectroscope 94 measures the spectrum of the sum frequency or the difference frequency of the double pulse and the chirp pulse. Furthermore, since a chirp pulse is used, the wavelength corresponds to time. The time interval of the micro pulses included in the double pulse corresponds to the peak wavelength interval of the spectrum. The spectrum includes information on the shape of a double pulse in the vertical direction. Thereby, the interval between micropulses can be measured accurately. Specifically, when the pulse interval is τ, the peak wavelength interval is a value based on τ. Thereby, the pulse interval τ can be calculated.

このように、非線形光学素子93、及び分光器94を用いることで、縦方向のパルス形状を正確に測定することができる。なお、チャープパルスの代わりに2色のダブルパルスをプローブ光として用いてもよい。この場合、プローブ用光変調器95によって、基本波のパルスレーザ光を変調させる。そして、波長の異なるダブルパルスを発生させる。例えば、1つ目のパルスを短波長にして、2つめのパルスを長波長にする。もちろん、この反対でもよい。このように、時間に応じて異なる波長となるパルス光をプローブ光とする。
そして、プローブ用の2色ダブルパルスと測定用のダブルパルスを同期させて、非線形光学素子93に入射させる。すなわち、測定光であるダブルパルスとプローブ光である2色ダブルパルスを重ね合わせる。これにより、非線形光学素子93で和周波や差周波が発生する。ここで、測定光であるダブルパルスは、2色ダブルパルスと重複している。波長の異なる2色ダブルパルスとの和周波、又は差周波を分光器94で測定する。
なお、縦方向におけるパルス形状の測定については、例えば、ファーストライト(FASTLITE)社製PHAZZLER(登録商標)を利用することができる。これにより、パルス形状を簡便に測定することができる。例えば、基本波を測定光とする場合、測定光であるダブルパルスをPHAZZLER(登録商標)に入射させる。これにより、プローブ光である2色ダブルパルスと、測定光との和周波を発生させることができる。そして、PHAZZLER(登録商標)の分光器でスペクトルを測定することで、縦方向のパルス形状を測定することができる。このように、AO変調を利用したプローブ用光変調器95を用いることで、プローブ光と測定光との和周波又は差周波を容易に発生させることができる。
Thus, by using the nonlinear optical element 93 and the spectroscope 94, the pulse shape in the vertical direction can be accurately measured. Note that a double pulse of two colors may be used as the probe light instead of the chirp pulse. In this case, the fundamental pulse laser beam is modulated by the probe optical modulator 95. Then, double pulses having different wavelengths are generated. For example, the first pulse has a short wavelength and the second pulse has a long wavelength. Of course, this may be the opposite. In this way, pulsed light having different wavelengths depending on time is used as probe light.
Then, the two-color double pulse for probe and the double pulse for measurement are synchronized and made incident on the nonlinear optical element 93. That is, the double pulse as measurement light and the two-color double pulse as probe light are superimposed. As a result, a sum frequency and a difference frequency are generated in the nonlinear optical element 93. Here, the double pulse as the measurement light overlaps with the two-color double pulse. The spectroscope 94 measures the sum frequency or difference frequency with the two-color double pulse having different wavelengths.
For measurement of the pulse shape in the vertical direction, for example, PHAZLER (registered trademark) manufactured by FASTLITE can be used. Thereby, a pulse shape can be measured easily. For example, when the fundamental wave is used as measurement light, a double pulse that is measurement light is incident on PHAZLER (registered trademark). Thereby, the sum frequency of the two-color double pulse as the probe light and the measurement light can be generated. Then, the pulse shape in the vertical direction can be measured by measuring the spectrum with a PHAZLER (registered trademark) spectrometer. Thus, by using the probe light modulator 95 using AO modulation, the sum frequency or difference frequency of the probe light and the measurement light can be easily generated.

また、測定光に含まれるミクロパルスの数は、2つに限られるものではない。例えば、測定光が、4つ又は8つのミクロパルスを含んでいてもよい。このような場合、パルススタッカー70の後段に、PBSを挿脱可能に配置する。8つのミクロパルスを取り出すときは、パルススタッカー70の出射側のλ/2板で、45°偏光にする。そして、PBSでS偏光成分かP偏光成分を取り出す。これにより、8つのミクロパルスを取り出すことができる。また、プローブ光としても、8色のミクロパルスを用意する。すなわち、測定光に含まれるミクロパルスと同数のミクロパルスをプローブ光として用意する。なお、プローブ光のミクロパルスは矩形パルスとしてもよい。あるいは、測定光の8つのミクロパルス列をカバーするパルス幅のチャープパルスをプローブ光として用意してもよい。4つのミクロパルスを取り出すときは、例えば、各段のスタックユニットで、一方の偏光成分をマスクする。これにより、例えば、P偏光成分のみが取り出される。4つのミクロパルスを測定する場合、1つおきにミクロパルスを取り出すことができる。例えば、P偏光ミクロパルスのみを取り出すことが可能になる。このようにすることで、各ミクロパルス間隔と、各ミクロパルスの縦方向の形状を同時に測定することができる。もちろん、上記の測定方法は、実施の形態1で示したパルススタッカー20やスタッキングロッド120に対しても利用可能である。   Further, the number of micropulses included in the measurement light is not limited to two. For example, the measurement light may include four or eight micro pulses. In such a case, the PBS is detachably disposed at the subsequent stage of the pulse stacker 70. When taking out the eight micropulses, the light is converted to 45 ° polarization by the λ / 2 plate on the emission side of the pulse stacker 70. Then, the S polarization component or the P polarization component is extracted with PBS. Thereby, eight micro pulses can be taken out. Also, as the probe light, eight-color micropulses are prepared. That is, the same number of micropulses as the probe light are prepared as the probe light. Note that the micro pulse of the probe light may be a rectangular pulse. Alternatively, a chirp pulse having a pulse width that covers eight micro pulse trains of measurement light may be prepared as probe light. When extracting four micropulses, for example, one polarization component is masked by the stack unit of each stage. Thereby, for example, only the P-polarized light component is extracted. When measuring four micropulses, every other micropulse can be taken out. For example, it becomes possible to extract only P-polarized micropulses. By doing in this way, each micropulse interval and the shape of the vertical direction of each micropulse can be measured simultaneously. Of course, the above measurement method can also be used for the pulse stacker 20 and the stacking rod 120 shown in the first embodiment.

さらに、分光器94の測定結果に基づいて、ミクロパルス毎に縦方向のパルス形状を測定することもできる。このための信号処理について図8〜図11を用いて説明する。なお、以下の信号処理は、例えば、制御装置48で実施することができる。   Further, the pulse shape in the vertical direction can be measured for each micro pulse based on the measurement result of the spectroscope 94. Signal processing for this purpose will be described with reference to FIGS. The following signal processing can be performed by the control device 48, for example.

まず、図8に示すデータをフーリエ変換する。なお、図8に示すデータは、分光器94で測定されたスペクトルの一例である。フーリエ変換することで、図9に示す時間領域のデータが得られる。チャープパルスとダブルパルスに基づいた和周波であるため、図9に示すように、例えば、ダブルパルスを例に取ると、2つのサイドバンドが発生している。2つのサイドバンドは±τ近傍に現れている。ここで、1つのサイドバンドに着目して、サイドバンドをウィンドウで取り出す。ここでは、時間τ近傍にサイドバンドが表れている。このサイドバンドをウィンドウで切り出す。これにより、図10に示すデータが得られる。ここで、図10で示すデータに対してフーリエ逆変換を行う。これにより、図11に示すように、周波数領域のデータが得られる。   First, the data shown in FIG. 8 is Fourier transformed. Note that the data shown in FIG. 8 is an example of a spectrum measured by the spectroscope 94. The time domain data shown in FIG. 9 is obtained by performing Fourier transform. Since the sum frequency is based on a chirp pulse and a double pulse, as shown in FIG. 9, for example, when a double pulse is taken as an example, two sidebands are generated. Two sidebands appear in the vicinity of ± τ. Here, paying attention to one sideband, the sideband is taken out with a window. Here, a side band appears in the vicinity of time τ. Cut out this sideband in the window. Thereby, the data shown in FIG. 10 is obtained. Here, inverse Fourier transform is performed on the data shown in FIG. As a result, data in the frequency domain is obtained as shown in FIG.

ここで、図11に示すデータは、以下の式で表される。
φ(ω)+ωτ
Here, the data shown in FIG. 11 is expressed by the following equation.
φ 1 (ω) + ωτ

なお、φ(ω)はサイドバンドとして取り出した方のミクロパルスの形状を示す関数であり、τは上記の通りパルス間隔である。ここで、図11に示すデータからωτの項を削除して、データをつなぎ合わせると、図12に示すグラフとなる。なお、図12に示すφ(t)には、周波数強度分布(振幅スペクトル)と周波数位相分布(位相スペクトル)の情報が含まれている。図12に示すデータをフーリエ変換すると、図13に示す時間領域のデータが得られる。ここで、時間領域の強度分布が縦方向のパルス形状になる。 Note that φ 1 (ω) is a function indicating the shape of the micropulse extracted as a sideband, and τ is the pulse interval as described above. Here, if the term of ωτ is deleted from the data shown in FIG. 11 and the data are joined together, the graph shown in FIG. 12 is obtained. Note that φ 1 (t) shown in FIG. 12 includes information on frequency intensity distribution (amplitude spectrum) and frequency phase distribution (phase spectrum). When the data shown in FIG. 12 is Fourier-transformed, the time domain data shown in FIG. 13 is obtained. Here, the intensity distribution in the time domain has a pulse shape in the vertical direction.

このような測定を行うことで、ミクロパルス毎に縦方向のパルス形状を正確に測定することができる。そして、この測定結果に基づいて、パルスを整形する。例えば、測定結果に基づいて、制御装置48が、光変調器13を制御する。これにより、より正確なパルス整形を行うことができる。また、後段側合成用ビームスプリッタ75から漏れてくる光は、実際にスタックされるミクロパルスと同じ形状を有している。従って、精度の高い測定が可能になる。また、同様に、後段側合成用ビームスプリッタ77、79から出射する光を検出してもよい。さらには、2以上のミクロパルスを同時に測定してもよい。この場合でも、それぞれのサイドバンドに着目することで、ミクロパルスの形状を測定することができる。   By performing such a measurement, the pulse shape in the vertical direction can be accurately measured for each micro pulse. Based on the measurement result, the pulse is shaped. For example, the control device 48 controls the optical modulator 13 based on the measurement result. Thereby, more accurate pulse shaping can be performed. The light leaking from the post-stage synthesis beam splitter 75 has the same shape as the micropulses that are actually stacked. Therefore, highly accurate measurement is possible. Similarly, the light emitted from the post-stage synthesis beam splitters 77 and 79 may be detected. Furthermore, two or more micro pulses may be measured simultaneously. Even in this case, the shape of the micro pulse can be measured by paying attention to each side band.

さらに、合成用PBS29a〜29dから漏れてくるパルス光を測定するようにしてもよい。スタックユニット83aに入射したパルス光に存在する無偏光成分は、合成用PBS29aから漏れてくる。合成用PBS29aからミラー81に入射せずに、漏れてくる光を検出することができる。これにより、光を有効的に利用することができる。さらに、実質的に同じパルス形状のパルスを測定することができるため、より正確な測定が可能になる。もちろん、漏れてくる光を検出する測定部90で横方向のパルス形状を測定してもよい。この場合、測定部90にカメラやビームプロファイラーを設ける。ここでは、無偏光成分が測定部90に入射する測定光になる。そして、偏光成分がミラー81に入射する利用光となる。   Further, pulse light leaking from the combining PBSs 29a to 29d may be measured. The non-polarized component present in the pulsed light incident on the stack unit 83a leaks from the combining PBS 29a. Leaked light can be detected without entering the mirror 81 from the combining PBS 29a. Thereby, light can be used effectively. Furthermore, since pulses having substantially the same pulse shape can be measured, more accurate measurement is possible. Of course, the pulse shape in the lateral direction may be measured by the measuring unit 90 that detects leaking light. In this case, the measuring unit 90 is provided with a camera and a beam profiler. Here, the non-polarized light component becomes the measurement light incident on the measurement unit 90. Then, the polarization component becomes the utilization light incident on the mirror 81.

上記のパルススタッカー70を、実施の形態1と同様に、電子銃以外の用途に用いてもよい。もちろん、実施の形態1と実施の形態2とを適宜組み合わせてもよい。例えば、パルススタッカー70においても遮光部材37やスタック用λ/2板24を用いて、ミクロパルスを遮光することができる。各ミクロパルスの最適化が可能になる。さらには、実施の形態2に示すパルススタッカー70において、入射側λ/4板21、入射側λ/2板22、及び入射側PBS23を用いてもよい。同様に、実施の形態2に示すパルススタッカー70において、出射側λ/2板35を用いてもよい。なお、実施の形態1、2において、各ミクロパルスは完全にずれていなくてもよい。すなわち、ミクロパルスの一部が時間的に重複していてもよい。   The pulse stacker 70 may be used for applications other than the electron gun, as in the first embodiment. Of course, the first embodiment and the second embodiment may be appropriately combined. For example, even in the pulse stacker 70, the micropulse can be shielded by using the light shielding member 37 and the stacking λ / 2 plate 24. Each micropulse can be optimized. Further, in the pulse stacker 70 shown in the second embodiment, the incident side λ / 4 plate 21, the incident side λ / 2 plate 22, and the incident side PBS 23 may be used. Similarly, in the pulse stacker 70 shown in the second embodiment, the emission side λ / 2 plate 35 may be used. In the first and second embodiments, each micro pulse may not be completely deviated. That is, some of the micro pulses may overlap in time.

上記のように、パルススタッカーにおいて、分岐用PBS28で分岐された後の光ビームの一方を遮光部材37によって、遮光している。このため、各ミクロパルスをより正確に測定することができ、パルス形状の微調整が可能になる。さらに、実施の形態2に係るパルススタッカー70において、アパーチャー86b〜86dなどを用いて、ビームのプロファイルを調整している。これにより、ミクロパルス毎の整形が可能になる。さらに、カメラ47や測定部90でパルス形状を測定している。また、ビームモニター55で光ビームに応じた測定を行っている。そして、これらの測定結果に基づいて、パルス形状を整形している。これにより、より精度よく調整することが可能になる。よって、精度よくパルス形状を整形することができ、所望のバンチ形状に近づけることができる。
時間的に重複していてもよい。
As described above, in the pulse stacker, one of the light beams after being branched by the branching PBS 28 is shielded by the light shielding member 37. For this reason, each micro pulse can be measured more accurately, and the pulse shape can be finely adjusted. Further, in the pulse stacker 70 according to the second embodiment, the beam profile is adjusted using the apertures 86b to 86d. Thereby, shaping for every micro pulse is attained. Further, the pulse shape is measured by the camera 47 and the measurement unit 90. Further, the beam monitor 55 performs measurement according to the light beam. Then, the pulse shape is shaped based on these measurement results. Thereby, it becomes possible to adjust more accurately. Therefore, the pulse shape can be shaped with high accuracy, and the desired bunch shape can be obtained.
It may overlap in time.

また、実施の形態1、2に示す構成により、深紫外、真空紫外域〜157nmまでのパルス光に対しても整形が可能になる。このように、本発明は、波長が157nm〜400nmのパルス光の整形に好適である。さらに、広波長帯域で使用可能なため、超短パルスを整形することが可能になる。   In addition, the configurations shown in the first and second embodiments enable shaping of pulsed light in the deep ultraviolet and vacuum ultraviolet region to 157 nm. Thus, the present invention is suitable for shaping pulsed light having a wavelength of 157 nm to 400 nm. Furthermore, since it can be used in a wide wavelength band, it becomes possible to shape an ultrashort pulse.

実施例
上記のパルス整形装置で整形したパルス形状の測定結果を図14〜図22に示す。図14〜図22では、光変調器13での2次分散を変えたときの、電子ビームのエネルギースペクトルを示す図である。ここでは、上記のように、ベンディングマグネットによって電子ビームのバンチ内電子ビームを空間的に分散させた。そして、ビームモニタ55としてビームプロファイラーを用い、分散されたバンチ内電子ビームの横方向空間分布を測定した。上記のように、電子のエネルギーによってベンディングマグネットでの曲率が変化する。また、RF電子銃では、時間に応じて加速エネルギーが異なる。従って、バンチ内電子ビームのエネルギー分布を測定することによって、縦方向のパルス形状を計測した。
Example The measurement result of the pulse shape shaped by the above-described pulse shaping device is shown in FIGS. 14 to 22 are diagrams showing the energy spectrum of the electron beam when the secondary dispersion in the optical modulator 13 is changed. Here, as described above, the electron beam in the bunch of the electron beam was spatially dispersed by the bending magnet. Then, a beam profiler was used as the beam monitor 55, and the lateral spatial distribution of the dispersed electron beam in the bunch was measured. As described above, the curvature of the bending magnet changes depending on the energy of electrons. Further, in the RF electron gun, the acceleration energy varies depending on time. Therefore, the pulse shape in the vertical direction was measured by measuring the energy distribution of the electron beam in the bunch.

図14〜図22は、分散部での電子ビームの空間分布を示すグレースケールのイメージデータである。なお、分散部とは、ベンディングマグネットで電子ビームを曲げた後の箇所である。図14〜図22では、電子がエネルギーに応じて横方向に分散されている。ここで、図14〜図22において、左側が高エネルギー側であり、パルス光の先端側になる。なお、図14〜図22では、実際の測定で取得されたカラーイメージデータをグレースケールで表示している。また、図14〜図22の下部には、点線箇所におけるプロファイルのデータが示されている。
さらに、2次分散の0点出しを行うため、光変調器13の2次分散の設定値を負の値にした。ここでは、光変調器13の設定値を−13066fsとした。そして、この状態で、パルスコンプレッサー16でのコンプレッサー長を変えて、フーリエ限界パルスを得た。また、高次の分散を補償するため、光変調器13の3次分散の設定値を−7475fsとし、4次分散の設定値を−2680fsとした。この状態で、光変調器13の2次分散のみを変化させると、リニアにチャープさせることができる。
14 to 22 are gray scale image data showing the spatial distribution of the electron beam in the dispersion section. In addition, a dispersion | distribution part is a location after bending an electron beam with a bending magnet. 14 to 22, electrons are dispersed in the horizontal direction according to energy. Here, in FIGS. 14 to 22, the left side is the high energy side, which is the tip side of the pulsed light. In FIGS. 14 to 22, the color image data acquired by actual measurement is displayed in gray scale. 14 to 22 show profile data at dotted lines.
Further, the second-order dispersion setting value of the optical modulator 13 is set to a negative value in order to perform second-order dispersion zero-pointing. Here, the set value of the optical modulator 13 is set to −13066 fs 2 . And in this state, the compressor length in the pulse compressor 16 was changed, and the Fourier limit pulse was obtained. Further, in order to compensate for higher-order dispersion, the set value of the third-order dispersion of the optical modulator 13 is set to −7475 fs 3 and the set value of the fourth-order dispersion is set to −2680 fs 4 . In this state, if only the second-order dispersion of the optical modulator 13 is changed, it can be chirped linearly.

図14は、光変調器13であるDAZZLER(登録商標)の2次分散の設定値を8500fsとしたときの、分散部での電子ビームの空間分布を示す図である。同様に、図15は、2次分散の設定値を10500fs、図16は、2次分散の設定値を12500fs、図17は2次分散の設定値を14500fs、図18は2次分散の設定値を15500fs、図19は2次分散の設定値を16500fs、図20は2次分散の設定値を18500fs、図21は2次分散の設定値を20500fs、図22は、2次分散の設定値を22500fsとしたときの、分散部での空間分布を示す図である。
なお、光変調器13自体の2次分散が13066fsである。このため、フーリエ限界の時の2次分散を0とすると、光変調器13の2次分散の設定値に、13066fsを加えた値が、光変調器13において与えられる2次分散の絶対値となる。従って、光変調器13による2次分散が、図14では21566fsになり、図15では23566fsになり、図16では25566fsになり、図17では27566fsになり、図18では28566fsになり、図19では29566fsになり、図20では31566fsになり、図21では33566fsになり、図33では35566fsになっている。
FIG. 14 is a diagram illustrating the spatial distribution of the electron beam in the dispersion portion when the second-order dispersion setting value of DAZZLER (registered trademark) which is the optical modulator 13 is 8500 fs 2 . Similarly, FIG. 15 shows a secondary dispersion setting value of 10500 fs 2 , FIG. 16 shows a secondary dispersion setting value of 12500 fs 2 , FIG. 17 shows a secondary dispersion setting value of 14500 fs 2 , and FIG. 18 shows a secondary dispersion setting. 19 is 15500 fs 2 , FIG. 19 is the secondary dispersion setting value 16500 fs 2 , FIG. 20 is the secondary dispersion setting value 18500 fs 2 , FIG. 21 is the secondary dispersion setting value 20500 fs 2 , and FIG. of the second-order dispersion set value when the 22500Fs 2, shows the spatial distribution in the dispersing section.
Note that the second order dispersion of the optical modulator 13 itself is 13066 fs 2 . Therefore, when the secondary dispersion at the Fourier limit is set to 0, the absolute value of the secondary dispersion given by the optical modulator 13 is obtained by adding 13066 fs 2 to the set value of the secondary dispersion of the optical modulator 13. It becomes. Thus, second-order dispersion by the optical modulator 13, becomes 21566Fs 2 in FIG. 14, becomes 23566Fs 2 in FIG. 15, it becomes in Figure 16 25566Fs 2, becomes 27566Fs 2 in FIG. 17, the 28566Fs 2 in FIG. 18 In FIG. 19, it becomes 29566 fs 2 , in FIG. 20 it becomes 31666 fs 2 , in FIG. 21 it becomes 33566 fs 2 and in FIG. 33 it becomes 35566 fs 2 .

2次分散の設定値を変えることで、縦方向のパルス形状を最適化することができる。例えば、光変調器13を制御して、2次分散の設定値を15500fs以上にすると、各ミクロパルスが繋がり、マクロパルスとして一体となる。また、2次分散の設定値が12500fsまでは、各ミクロパルスが繋がっておらず、22500fsになると、ミクロパルス同士がオーバラップして数珠玉状になる。このように、光変調器13の2次分散の設定値を変更することで、スタッキング状態を改善することができる。 By changing the set value of the secondary dispersion, the pulse shape in the vertical direction can be optimized. For example, when the optical modulator 13 is controlled to set the second-order dispersion setting value to 15500 fs 2 or more, the micropulses are connected and integrated as a macropulse. Also, second-order dispersion setting up 12500Fs 2 are not each micro pulses connected, at the 22500Fs 2, micro pulses together is Job's tears like overlap. Thus, the stacking state can be improved by changing the set value of the second-order dispersion of the optical modulator 13.

次に、横方向のパルス形状を整形した実施例の測定結果を図23〜図28に示す。図23〜図29は、パルス光の空間プロファイルを測定した画像である。ここでは、カメラ47の代わりにレーザプロファイラーを用いて、空間プロファイルを測定した。すなわち、図23〜図29は、レーザプロファイラーでの取得した画像データを示している。図23〜図29では、下側及び左側に、サークルの中心におけるプロファイルデータが示されている。なお、図23〜図29において、中心部分のサークルは直径0.8mmの円を示している。また、図23〜図29は、実際の測定で取得されたカラーイメージデータをグレースケールで表示している。以下に、調整方法をその手順に従って説明する。
(ステップ0)
まず、図3に示すパルススタッカー20において、各段でのディレイ時間を調整した。さらに、上記のように、光変調器13で最適な2次分散を設定して、バンチ内電子のエネルギーがむらなくつながっていることを確認した。ここでは、光変調器13の2次分散の設定値を14500fsにした時に、マクロパルス内のミクロパルスが滑らかにつながっていることを、電子ビームのエネルギースペクトルから判断した。そして、この値に設定して、レーザ空間プロファイル整形を開始した。なお、このステップ0は、以下の一連のステップの終了後(レーザ空間プロファイルの最適化後)にもう一度行う。
Next, the measurement result of the Example which shape | molded the pulse shape of the horizontal direction is shown in FIGS. 23 to 29 are images obtained by measuring the spatial profile of pulsed light. Here, a spatial profile was measured using a laser profiler instead of the camera 47. 23 to 29 show image data acquired by the laser profiler. 23 to 29, profile data at the center of the circle is shown on the lower side and the left side. In FIGS. 23 to 29, the circle at the center shows a circle having a diameter of 0.8 mm. 23 to 29 display color image data acquired by actual measurement in gray scale. Below, the adjustment method is demonstrated according to the procedure.
(Step 0)
First, in the pulse stacker 20 shown in FIG. 3, the delay time at each stage was adjusted. Furthermore, as described above, the optimum secondary dispersion was set by the optical modulator 13, and it was confirmed that the energy of the electrons in the bunch were connected evenly. Here, it was determined from the energy spectrum of the electron beam that the micropulses in the macropulse were smoothly connected when the set value of the secondary dispersion of the optical modulator 13 was 14500 fs 2 . And it set to this value and started laser space profile shaping. This step 0 is performed again after the following series of steps is completed (after optimization of the laser space profile).

(ステップ1)
整形開始初期条件として、パルススタッカー20からの8個のミクロパルスが可変形ミラー40の中心に入射し、フォトカソード51と等距離にあるプロファイラ上でほぼ同じ位置にあるように粗調整した。これらは、パルススタッカー20の前のウェッジ56の上下左右の角度制御によって、調整することができる。また、実際には、ウェッジ56の代わりに2枚のパラレルウィンドウの上下左右の角度を制御して、調整した。この段階でのパルス光の空間プロファイルは、図23に示す状態になった。
(Step 1)
As an initial condition for shaping, eight micropulses from the pulse stacker 20 were incident on the center of the deformable mirror 40, and were roughly adjusted so that they were at approximately the same position on the profiler equidistant from the photocathode 51. These can be adjusted by controlling the angle of the top / bottom / left / right of the wedge 56 in front of the pulse stacker 20. Actually, the vertical and horizontal angles of the two parallel windows are controlled and adjusted instead of the wedge 56. The spatial profile of the pulsed light at this stage is as shown in FIG.

(ステップ2)
ミクロパルス8個のパルス強度がパルススタッカー20直後(出射側λ/2板35の前)のパワーメータで同じになるように、マスクしたスタックユニットのスタック用λ/2板24の角度を回転制御した。このとき、マスキングは、(NNS,NNP)、(NSN,NPN)、(SNN,PNN)の双対になるペアで同じミクロパルス強度になるように微調整した。ここで、NとSとPは各段でのマスク状態を示している。すなわち、Nとはマスクしない状態を示し、PとはS偏光成分をマスクしてP偏光成分を透過させる状態を示し、SとはP偏光成分をマスクしてP偏光成分を透過させる状態を示している。上記のように、N、S、Pを3つ並べて書くことにより、3段のパルススタッカー20のマスク状態を特定することができる。
(Step 2)
Rotation control of the angle of the stacking λ / 2 plate 24 of the masked stack unit is made so that the pulse intensity of the eight micropulses becomes the same by the power meter immediately after the pulse stacker 20 (before the emission side λ / 2 plate 35). did. At this time, the masking was finely adjusted so that the same micropulse intensity was obtained in a pair of (NNS, NNP), (NSN, NPN), and (SNN, PNN). Here, N, S, and P indicate mask states at each stage. That is, N indicates a state in which the mask is not masked, P indicates a state in which the S polarization component is masked and the P polarization component is transmitted, and S indicates a state in which the P polarization component is masked and the P polarization component is transmitted. ing. As described above, the mask state of the three-stage pulse stacker 20 can be specified by writing N, S, and P side by side.

例えば、NNSとは、1段目と2段目のスタックユニット31,32でマスクなしで、3段目のスタックユニット33でP偏光ミクロパルスをマスクしている状態(S偏光ミクロパルスの通過を許可している状態)を示している。また、NNPとは、1段目と2段目のスタックユニット31,32でマスクなしで、3段目のスタックユニット33でS偏光ミクロパルスをマスクしている状態(P偏光ミクロパルスの通過を許可している状態)を示している。なお、その他のマスク状態についても同様である。   For example, NNS is a state in which the first and second stack units 31 and 32 have no mask, and the third stack unit 33 masks P-polarized micropulses (passing S-polarized micropulses). Is permitted). NNP is a state in which the first and second stack units 31 and 32 do not have a mask, and the third stack unit 33 masks an S-polarized micropulse (passing through a P-polarized micropulse). Is permitted). The same applies to other mask states.

従って、(NNS,NNP)の双対ペアのミクロパルス強度を等しくする場合、1段目と2段目のスタックユニット31、32をマスクしない状態で、3段目のスタックユニット33で一方をマスクする。そして、出射側λ/2板35の前に、パワーメータを配置して、それぞれのミクロパルスのパワーを測定する。すなわち、NNSのマスク状態で、S偏光成分のパワーを測定し、NNPのマスク状態で、P偏光成分のパワーを測定する。そして、それぞれのパワーを比べ、S偏光成分とP偏光成分とが同じパワーとなるように、スタックユニット33のスタック用λ/2板24を回転させる。これにより、(NNS,NNP)の双対のミクロパルス強度を等しくすることができる。   Accordingly, when the micropulse intensity of the dual pair of (NNS, NNP) is made equal, the first and second stack units 31 and 32 are not masked, and one of them is masked by the third stack unit 33. . A power meter is disposed in front of the emission side λ / 2 plate 35 to measure the power of each micro pulse. That is, the power of the S polarization component is measured in the NNS mask state, and the power of the P polarization component is measured in the NNP mask state. Then, the respective powers are compared, and the stacking λ / 2 plate 24 of the stack unit 33 is rotated so that the S-polarized component and the P-polarized component have the same power. Thereby, the dual micropulse intensity of (NNS, NNP) can be made equal.

同様に、1段目と2段目のスタックユニット31、32についても、順番にマスクをして、各段でのS偏光成分とP偏光成分とが同じ強度になるように、スタック用λ/2板24を回転させる。2段目のスタックユニット32のみマスクすると、(NSN,NPN)の双対でミクロパルス強度が等しくなる。また、1段目のスタックユニット31のみマスクすると、(SNN,PNN)の双対でミクロパルス強度が等しくなる。このようにして、各段について、スタック用λ/2板25の最適な回転角度を求めた。   Similarly, the stack units 31 and 32 in the first stage and the second stage are masked in order so that the S-polarization component and the P-polarization component in each stage have the same intensity. The two plates 24 are rotated. When only the second stack unit 32 is masked, the micropulse intensity becomes equal for the dual of (NSN, NPN). Further, if only the first stack unit 31 is masked, the micropulse intensity becomes equal for the dual of (SNN, PNN). In this way, the optimum rotation angle of the stacking λ / 2 plate 25 was determined for each stage.

そして、レーザトランスポート光学系での反射率、透過率の偏光依存性を補償するように、ミクロパルス8個のパルス強度がカメラ47等上で同じになるように、出射側λ/2板35を回転制御した。   In order to compensate the polarization dependency of the reflectance and transmittance in the laser transport optical system, the emission side λ / 2 plate 35 is set so that the pulse intensities of the eight micropulses are the same on the camera 47 and the like. The rotation was controlled.

図24〜図27にステップ2における測定データを示す。なお、図24〜図27は、下記の一連のステップの終了後、再度行った精密調整時のものである。図24はマスク状態がSNNの場合の測定データを示し、図25は、マスク状態がPNNの場合の測定データを示している。図24と図25は、双対のミクロパルス間で、アライメントがずれている例を示している。図25では、ミクロパルスの入射位置が、サークルの中心からずれている。   The measurement data in step 2 are shown in FIGS. FIGS. 24 to 27 are those at the time of fine adjustment performed again after the following series of steps is completed. FIG. 24 shows measurement data when the mask state is SNN, and FIG. 25 shows measurement data when the mask state is PNN. 24 and 25 show an example in which the alignment is shifted between the dual micropulses. In FIG. 25, the incident position of the micro pulse is shifted from the center of the circle.

図26は、マスク状態がNSNの場合の測定データを示し、マスク状態がNPNの場合の測定データを示している。図26と図27とでは、双対のミクロパルス間の強度が異なっている。マスク状態がNPNのミクロパルスの強度が、NSNのミクロパルスよりも低くなっている。このような場合、スタック用λ/2板の回転角度を調整して、双対のミクロパルスの強度を同じにする。そして、この後、双対のマスキング間で、プロファイルがカメラ47上で同じく重なるように微調整する。   FIG. 26 shows measurement data when the mask state is NSN, and shows measurement data when the mask state is NPN. In FIG. 26 and FIG. 27, the intensity between dual micropulses is different. The intensity of the micropulse with the mask state of NPN is lower than that of the micropulse with NSN. In such a case, the rotation angle of the stacking λ / 2 plate is adjusted to make the intensity of the dual micropulses the same. After that, fine adjustment is performed so that the profiles are overlapped on the camera 47 between the dual masking.

(ステップ3)
可変形ミラー40の59個のチャネルで、全て同じ電圧のセットをかけた。そして、オール0〜255Vまでかけていき、8個のミクロパルスが目的のビーム径程度になる印加電圧を求めた。例えば、カソード表面上で0.8mmのスポット径を目指す場合、印加電圧をオール115Vとすると、最も適しているという結果になった。ステップ3の段階での測定データを図28に示す。そして、この状態から、中心の直径0.8mmのサークル内に収まる様に、円筒形型パルス光強度を遺伝的アルゴリズムで探す。ここから、探索の出発点となる。
(Step 3)
All 59 channels of the deformable mirror 40 were applied with the same voltage set. Then, the voltage applied was all 0 to 255 V, and the applied voltage at which the eight micropulses were about the target beam diameter was determined. For example, when aiming for a spot diameter of 0.8 mm on the cathode surface, an applied voltage of 115V was most suitable. The measurement data at the stage of step 3 is shown in FIG. Then, from this state, the cylindrical pulsed light intensity is searched by a genetic algorithm so as to be within a circle having a center diameter of 0.8 mm. From here, it becomes the starting point of the search.

(ステップ4)
可変形ミラー40の制御アルゴリズムである遺伝的アルゴリズムの初期遺伝子を、同じ電圧セットで用意した。ここでは、上記のようにオール115V近辺での遺伝子が優秀であることが予想されることから、生存率を上げるために個体数を増やした。また、突然変異確率を1%とした。遺伝的アルゴリズムで実際の3万ステップで試行すると、281回の突然変異を起こした。
初期遺伝子(合計100個)
オール85〜99 1セットづつ 1×15=15
オール100〜104 2セットづつ 2×5=10
オール105〜125 3セットづつ 3×21=63
オール126〜135 1セットづつ 1×10=10
オール85〜99 2セット 2×1=2
因みに最後のオール115Vのセット2本は、何回か最適化アルゴリズムを試行するうちに優れたセットであると見做された遺伝子(DNA)と置き換えるようにする。それにより、優秀な遺伝子の生存率を上げる。
遺伝的アルゴリズムは、ある評価関数を最大化するように制御する。その評価関数の要素は、例えば、H. Tomizawa, T. Asaka, H. Dewa, H. Hanaki, T. Kobayashi, A. Mizuno, S. Suzuki, T. Taniuchi, and K. Yanagida, <Status of SPring−8 photocathode RF Gun for Future light Sourcesc, Proceedings of the 27th International Free electron laser Conference, Stanford, CA, 21−26 August 2005, (2005) pp. 138−141の表1の9個のパラメータに各係数をかけたものの線形結合で作った。そして、各係数は、表の上から50、200、170、200、300、0、200、0、10に設定した。
(Step 4)
The initial gene of the genetic algorithm, which is the control algorithm of the deformable mirror 40, was prepared with the same voltage set. Here, as described above, since the gene in the vicinity of all 115V is expected to be excellent, the number of individuals was increased in order to increase the survival rate. The mutation probability was 1%. Attempting with a genetic algorithm in actual 30,000 steps resulted in 281 mutations.
Early genes (100 total)
All 85-99 per set 1 × 15 = 15
All 100-104 2 sets each 2 × 5 = 10
All 105-125 3 sets each 3 × 21 = 63
All 126-135 per set 1 × 10 = 10
All 85-99 2 sets 2 × 1 = 2
By the way, the last two sets of all 115V are replaced with genes (DNA) that are considered to be excellent sets after several attempts of the optimization algorithm. This increases the survival rate of excellent genes.
The genetic algorithm controls to maximize a certain evaluation function. The element of the evaluation function is, for example, H.264. Tomizawa, T .; Asaka, H .; Dewa, H.M. Hanaki, T .; Kobayashi, A .; Mizuno, S.M. Suzuki, T .; Taniuchi, and K. Yanagida, <Status of SPring-8 photocathode RF Gun for Future light Sourcesc, Processeds of the 27th International Free laser, 200 Nine parameters in Table 1 of 138-141 were multiplied by each coefficient to make a linear combination. And each coefficient was set to 50, 200, 170, 200, 300, 0, 200, 0, 10 from the top of the table.

(ステップ5)
全体として3万ステップになるように、交互にマスクしながら、可変形ミラー40を遺伝的アルゴリズムで整形した。ここでは、以下のような順番でマスキングを行った。
全体(NNN)−SSS−全体−SSP−全体−SPS−全体−PSS−全体−SPP−全体−PSP−全体−PPS−全体−PPP−全体
各段階でのマクロパルス全体の調整は、2000ステップづつ行った。従って、1サイクルの中で全体の調整を9回行っているため、全体調整を18000ステップ行った。各ミクロパルスの調整は、それぞれ1500ステップづつ全8回行った。従って、1サイクルの中で各ミクロパルスの整形を12000ステップを行った。そして、1サイクルの中で、合わせて30000ステップ行った。このステップ5での、空間プロファイルが図29に示すようになった。
(Step 5)
The deformable mirror 40 was shaped by a genetic algorithm while alternately masking so that the total number of steps was 30,000. Here, masking was performed in the following order.
Overall (NNN) -SSS-Overall-SSP-Overall-SPS-Overall-PSS-Overall-SPP-Overall-PSP-Overall-PPS-Overall-PPP-Overall Adjustment of the entire macro pulse in each step is in 2000 steps went. Therefore, since the whole adjustment was performed nine times in one cycle, the whole adjustment was performed 18000 steps. Each micropulse was adjusted 8 times, 1500 steps each. Therefore, 12000 steps were performed to shape each micropulse in one cycle. In total, 30000 steps were performed in one cycle. The spatial profile in step 5 is as shown in FIG.

このように、マクロパルス全体の測定とミクロパルス毎の測定とを交互に行い、その測定結果に応じてパルス形状を随時調整した。すなわち、複数ステップの全体測定が終了した後、複数ステップのミクロパルス測定を行った。そして、全体測定とミクロパルス測定を交互に行っていった。また、ミクロパルス測定ではマスクするミクロパルスを順番に変えていき、全てのミクロパルスの測定を順番に行っていった。そして、遺伝的アルゴリズムを用いて、可変形ミラー40を調整して、パルス形状を最適化していった。   Thus, the measurement of the whole macro pulse and the measurement for each micro pulse were alternately performed, and the pulse shape was adjusted as needed according to the measurement result. That is, after the whole measurement of a plurality of steps was completed, micropulse measurement of a plurality of steps was performed. And the whole measurement and the micro pulse measurement were performed alternately. In the micro pulse measurement, the micro pulses to be masked are changed in order, and all the micro pulses are measured in order. Then, using a genetic algorithm, the deformable mirror 40 was adjusted to optimize the pulse shape.

この後、ステップ2の精密調整を行なった。そして、各ミクロパルス間のミスアライメントと、パルスエネルギーの不均一性をなくした。この様子は、図24〜図27に示した。プロファイラー上での各ミクロパルスの位置ずれが、10μm以内になり、8つのミクロパルスのパルスエネルギーの平均値からの差は±10%以内に収まった。
さらに、ステップ0を行い、電子ビームのエネルギースペクトルとエミッタンスが最小値になるように、光変調器13の2次分散の設定値を設定した。ここでは、光変調器13の2次分散の値から判断して、光変調器13の2次分散の設定値を18500fsに変更した。この設定値を設定した後、ステップ4のオール115Vのセット2本を、先の30000ステップでの最適化アルゴリズムの試行で選ばれた最適の遺伝子(DNA)2本と置き換えた。そして、30000ステップの最適化を行った。
Thereafter, the precision adjustment in Step 2 was performed. And the misalignment between each micro pulse and the nonuniformity of pulse energy were eliminated. This state is shown in FIGS. The positional deviation of each micropulse on the profiler was within 10 μm, and the difference from the average value of the pulse energy of 8 micropulses was within ± 10%.
Further, Step 0 was performed, and the set value of the secondary dispersion of the optical modulator 13 was set so that the energy spectrum and emittance of the electron beam were minimized. Here, the setting value of the secondary dispersion of the optical modulator 13 is changed to 18500 fs 2 , judging from the value of the secondary dispersion of the optical modulator 13. After setting this set value, the two sets of all 115V in Step 4 were replaced with the two optimal genes (DNA) selected in the optimization algorithm trial in the previous 30000 steps. Then, optimization of 30000 steps was performed.

なお、遺伝的アルゴリズムについて、その初期遺伝子集団を用意するとき、最初のステップにおいて2乗間隔ですべてが同じ電極印加電圧になるセットで作ることが好ましい場合がある。このようにすることで、探索空間を最大化することができる。これは、可変形ミラー30が静電アクチュエータ方式の場合、可変形ミラー40の変形変位量が各電極に印加する電圧の2乗に比例するためである。従って、この方法をごく初期のステップで使用している。なお、可変形ミラー30がピエゾアクチュエータ方式の場合はこの方法を利用しなくてもよい。   As for the genetic algorithm, when the initial gene population is prepared, it may be preferable that the genetic algorithm is created with a set in which all the same applied voltage is applied at a square interval in the first step. In this way, the search space can be maximized. This is because when the deformable mirror 30 is an electrostatic actuator system, the deformation displacement amount of the deformable mirror 40 is proportional to the square of the voltage applied to each electrode. This method is therefore used in the very first steps. Note that this method need not be used when the deformable mirror 30 is of the piezo actuator type.

本発明にかかる電子銃の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the electron gun concerning this invention. 本発明にかかる電子銃に用いられる光源部の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the light source part used for the electron gun concerning this invention. 本発明の実施の形態1にかかるパルススタッカーの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the pulse stacker concerning Embodiment 1 of this invention. パルススタッカーでのパルス波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the pulse waveform in a pulse stacker. 本発明の実施の形態1の変形例にかかるスタッキングロッドの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the stacking rod concerning the modification of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかるパルススタッカーの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the pulse stacker concerning Embodiment 2 of this invention. 時間方向におけるパルス形状を測定する測定部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement part which measures the pulse shape in a time direction. 時間方向におけるパルス形状を測定する信号処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the signal processing which measures the pulse shape in a time direction. 時間方向におけるパルス形状を測定する信号処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the signal processing which measures the pulse shape in a time direction. 時間方向におけるパルス形状を測定する信号処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the signal processing which measures the pulse shape in a time direction. 時間方向におけるパルス形状を測定する信号処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the signal processing which measures the pulse shape in a time direction. 時間方向におけるパルス形状を測定する信号処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the signal processing which measures the pulse shape in a time direction. 時間方向におけるパルス形状を測定する信号処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the signal processing which measures the pulse shape in a time direction. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、光変調器の2次分散を変えたときの、分散部での電子ビームのエネルギー分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the energy distribution of the electron beam in a dispersion | distribution part when the secondary dispersion of an optical modulator is changed. 本発明の実施例において、パルス光の空間プロファイルを示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the spatial profile of pulsed light. 本発明の実施例において、パルス光の空間プロファイルを示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the spatial profile of pulsed light. 本発明の実施例において、パルス光の空間プロファイルを示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the spatial profile of pulsed light. 本発明の実施例において、パルス光の空間プロファイルを示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the spatial profile of pulsed light. 本発明の実施例において、パルス光の空間プロファイルを示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the spatial profile of pulsed light. 本発明の実施例において、パルス光の空間プロファイルを示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the spatial profile of pulsed light. 本発明の実施例において、パルス光の空間プロファイルを示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the spatial profile of pulsed light.

符号の説明Explanation of symbols

10 光源部、11 レーザ発振器、12 パルスストレッチャー、13 光変調器、
14 再生増幅器、15 マルチパス増幅器、16 パルスコンプレッサー、
17 波長変換器、
20 パルススタッカー、21 入射側λ/4板、22 入射側λ/2板、
23 入射側PBS、24 スタック用λ/2板、25 固定ミラー対、
26 可動ミラー対、27 アクチュエータ、28 分岐用PBS、
28a〜28d 分岐用PBS、29 合成用PBS、29a〜29d 合成用PBS、
30 ミラー、31 スタックユニット、32 スタックユニット、
33 スタックユニット、34 ミラー、35 出射側λ/2板、37 遮光部材、
40 可変形ミラー、41 ミラー、42 レンズ、43 レンズ、44 レンズ、
45 ミラー、46 ビームスプリッタ、47 カメラ、48 制御装置、
51 フォトカソード、52 共振器、53 マイクロ波源、55 ビームモニタ
70 パルススタッカー
71 前段側PBS、71a 前段側PBS、71b 前段側PBS、
74 後段側分岐用ビームスプリッタ、75 後段側合成用ビームスプリッタ、
76 後段側分岐用ビームスプリッタ、77 後段側合成用ビームスプリッタ、
78 後段側分岐用ビームスプリッタ、79 後段側合成用ビームスプリッタ、
81 ミラー、84 前段側λ/2板、85a 前段側λ/2板、
85b 前段側λ/2板、86b〜86d アパーチャー
90 測定部、91 測定用PBS、92 ミラー、93 非線形光学素子、
94 分光器、95 プローブ用光変調器、
120 スタッキングロッド、121 ウェッジ、122 ウェッジ、
123 複屈折素子、124 取出し用λ/2波長板、125 取出し用PBS、
126 スタック用λ/2板、131 スタックユニット、132 スタックユニット、
133 スタックユニット、
10 light source unit, 11 laser oscillator, 12 pulse stretcher, 13 light modulator,
14 regenerative amplifiers, 15 multipath amplifiers, 16 pulse compressors,
17 wavelength converter,
20 pulse stacker, 21 incident side λ / 4 plate, 22 incident side λ / 2 plate,
23 PBS on the incident side, 24 λ / 2 plate for stack, 25 fixed mirror pair,
26 movable mirror pair, 27 actuator, 28 PBS for branching,
28a-28d PBS for branching, 29 PBS for synthesis, 29a-29d PBS for synthesis,
30 mirrors, 31 stack units, 32 stack units,
33 stack unit, 34 mirror, 35 emission side λ / 2 plate, 37 light shielding member,
40 deformable mirror, 41 mirror, 42 lens, 43 lens, 44 lens,
45 mirror, 46 beam splitter, 47 camera, 48 control device,
51 Photocathode, 52 Resonator, 53 Microwave source, 55 Beam monitor 70 Pulse stacker 71 Pre-stage side PBS, 71a Pre-stage side PBS, 71b Pre-stage side PBS,
74 Rear-side branching beam splitter, 75 Rear-stage combining beam splitter,
76 latter stage side beam splitter, 77 latter stage beam splitter,
78 Post-stage side beam splitter, 79 Post-stage side beam splitter,
81 mirror, 84 front side λ / 2 plate, 85a front side λ / 2 plate,
85b Front stage side λ / 2 plate, 86b to 86d Aperture 90 measurement unit, 91 measurement PBS, 92 mirror, 93 nonlinear optical element,
94 spectrometer, 95 light modulator for probe,
120 stacking rods, 121 wedges, 122 wedges,
123 Birefringent element, 124 λ / 2 wave plate for extraction, 125 PBS for extraction,
126 λ / 2 plate for stack, 131 stack unit, 132 stack unit,
133 stack unit,

Claims (15)

パルス光を2本の光ビームに分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段によって分岐された2本の光ビームを合成する光合成手段と、
前記光分岐手段から前記光合成手段に入射する2本の光ビームのパルス光に光路長差を与えて、タイミングをずらす遅延手段と、
前記光合成手段からのパルス光のパルス形状を調整する調整手段と、
前記光分岐手段と前記光合成手段との間において、前記光合成手段に入射する一方の光ビームを遮光可能な遮光部材と、
前記調整手段により前記パルス形状を調整するために、前記遮光部材によって前記一方の光ビームを遮光した状態で前記他方の光ビームに応じた測定を行う測定器と、を備えるパルス整形装置。
Optical branching means for splitting the pulsed light into two light beams;
Light combining means for combining two light beams branched by the light branching means;
A delay unit that shifts timing by giving an optical path length difference to the pulse light of two light beams incident on the light combining unit from the light branching unit;
Adjusting means for adjusting the pulse shape of the pulsed light from the photosynthesis means;
A light blocking member capable of blocking one light beam incident on the light combining unit between the light branching unit and the light combining unit;
A pulse shaping device comprising: a measuring device that performs measurement according to the other light beam in a state where the one light beam is shielded by the light shielding member in order to adjust the pulse shape by the adjusting means.
回転可能に設けられたλ/2板が前記光分岐手段の前に配置され、
前記光合成手段と前記光分岐手段とが偏光状態に応じて光を分岐する偏光ビームスプリッタである請求項1に記載のパルス整形装置。
A λ / 2 plate rotatably provided is disposed in front of the light branching means,
The pulse shaping device according to claim 1, wherein the light combining unit and the light branching unit are polarization beam splitters that branch light according to a polarization state.
前記測定器が前記他方の光ビームのパルス形状を測定し、
前記測定器で測定された前記他方の光ビームのパルス形状に基づいて、前記調整手段が前記パルス形状を調整する請求項1、又は2に記載のパルス整形装置。
The measuring device measures the pulse shape of the other light beam;
The pulse shaping device according to claim 1 or 2, wherein the adjustment unit adjusts the pulse shape based on the pulse shape of the other light beam measured by the measuring device.
前記遅延手段によって与えられる光路長差が可変であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のパルス整形装置。   4. The pulse shaping device according to claim 1, wherein the optical path length difference given by the delay means is variable. 前記光合成手段が前記一方の光ビームと前記他方の光ビームを合成する偏光ビームスプリッタであり、前記光合成手段から出射する偏光成分を利用光とし、前記光合成手段から漏れてくる無偏光成分を測定光とし、
前記測定光のパルス形状の測定結果に基づいて、前記利用光のパルス形状を調整する請求項1乃至4のいずれか一項に記載のパルス整形装置。
The light combining unit is a polarization beam splitter that combines the one light beam and the other light beam, and the polarized light component emitted from the light combining unit is used light, and the non-polarized component leaking from the light combining unit is measured light. age,
The pulse shaping device according to any one of claims 1 to 4, wherein the pulse shape of the utilization light is adjusted based on a measurement result of the pulse shape of the measurement light.
タイミングがずれた2つのパルス光を合成して、第1の光ビームを出射する第1のスタックユニットと、
タイミングがずれた2つのパルス光を合成して、第2の光ビームを出射する第2のスタックユニットと、
第1及び第2のスタックユニットの後段において、前記第1及び第2の光ビームを合成する後段側光合成手段と、
前記後段側光合成手段と前記スタックユニットとの間に配置され、前記第1の光ビームのプロファイルを変化させるプロファイル変化手段と、を備え、
前記第1及び第2のスタックユニットのそれぞれが請求項1〜のいずれか1項に記載のパルス整形装置によって構成され、
前記遮光部材が光ビームを遮光しない状態で前記光合成手段によって合成された2つのパルス光を前記第1及び第2の光ビームとして、前記第1及び第2のスタックユニットからそれぞれ出射されているパルス整形装置。
A first stack unit that synthesizes two pulsed lights having different timings and emits a first light beam; and
A second stack unit that synthesizes two pieces of pulsed light with different timings and emits a second light beam; and
A rear-stage side light combining means for combining the first and second light beams at a subsequent stage of the first and second stack units;
A profile changing means for changing the profile of the first light beam, which is disposed between the latter-stage photosynthesis means and the stack unit;
Each of the first and second stack units is constituted by the pulse shaping device according to any one of claims 1 to 5 ,
Pulses emitted from the first and second stack units as the first and second light beams by using the two light beams synthesized by the light synthesizing unit in a state where the light shielding member does not shield the light beam. Shaping device.
前記後段側光合成手段が前記一方の光ビームと前記他方の光ビームを合成する偏光ビームスプリッタであり、前記後段側光合成手段から出射する偏光成分を利用光とし、前記後段側光合成手段から漏れてくる無偏光成分を測定光とし、
前記測定光のパルス形状の測定結果に基づいて、前記利用光のパルス形状を調整する請求項に記載のパルス整形装置。
The latter-stage light combining means is a polarization beam splitter that combines the one light beam and the other light beam. The polarized light component emitted from the latter-stage light combining means is used as light and leaks from the latter-stage light combining means. The non-polarized component is used as measurement light.
The pulse shaping device according to claim 6 , wherein the pulse shape of the utilization light is adjusted based on a measurement result of the pulse shape of the measurement light.
時間に応じて波長が変化するプローブ光を発生する手段と、
前記測定光と前記プローブ光とが同期して入射する非線形光学素子と、
前記非線形光学素子から出射する光のスペクトルを測定する分光器と、をさらに備え、
前記分光器での測定結果に基づいて、前記パルス光の進行方向におけるパルス形状を調整する請求項5、又は7に記載のパルス整形装置。
Means for generating probe light whose wavelength changes with time;
A nonlinear optical element on which the measurement light and the probe light are incident synchronously;
A spectroscope for measuring a spectrum of light emitted from the nonlinear optical element, and
The pulse shaping device according to claim 5 or 7, wherein a pulse shape in a traveling direction of the pulsed light is adjusted based on a measurement result of the spectroscope.
前記後段側光合成手段が無偏光ビームスプリッタである請求項6に記載のパルス整形装置。   The pulse shaping device according to claim 6, wherein the post-stage side light combining means is a non-polarizing beam splitter. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載のパルス整形装置と、
前記パルス整形装置で整形されたパルス光が入射するフォトカソードと、を備える電子銃。
The pulse shaping device according to any one of claims 1 to 9,
An electron gun comprising: a photocathode on which pulsed light shaped by the pulse shaping device is incident.
前記フォトカソードで発生した電子ビームのバンチ形状を測定し、
前記バンチ形状の測定結果に基づいて、前記パルス形状を調整する請求項10に記載の電子銃。
Measure the bunch shape of the electron beam generated at the photocathode,
The electron gun according to claim 10, wherein the pulse shape is adjusted based on a measurement result of the bunch shape.
前記電子ビームのバンチ内電子をエネルギーに応じて空間的に分散させた後、バンチ内電子の空間分布を測定し、
前記空間分布の測定結果に基づいて、前記パルス光の進行方向におけるパルス形状を調整する請求項11に記載の電子銃。
After the electrons in the bunches of the electron beam are spatially dispersed according to energy, the spatial distribution of electrons in the bunches is measured,
The electron gun according to claim 11, wherein a pulse shape in a traveling direction of the pulsed light is adjusted based on a measurement result of the spatial distribution.
パルス光を2本の光ビームに分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段によって分岐された2本の光ビームを合成する光合成手段と、
前記光分岐手段から前記光合成手段に入射する2本の光ビームのパルス光に光路長差を与えて、タイミングをずらす遅延手段と、を備えたパルス整形装置を用いたパルス整形方法であって、
前記光分岐手段で分岐された2本の光ビームのうちの一方の光ビームを遮光するステップと、
前記一方の光ビームを遮光した状態で、他方の光ビームに応じた測定を行うステップと、
前記測定を行うステップでの測定結果に基づいて、パルス形状を調整するステップと、を備えるパルス整形方法。
Optical branching means for splitting the pulsed light into two light beams;
Light combining means for combining two light beams branched by the light branching means;
A pulse shaping method using a pulse shaping device comprising: delay means that shifts the timing by giving an optical path length difference to pulse light of two light beams incident on the light combining means from the light branching means,
Shielding one of the two light beams branched by the light branching means;
Performing measurement according to the other light beam in a state where the one light beam is shielded;
Adjusting a pulse shape based on a measurement result in the step of performing the measurement.
前記光分岐手段で分岐された2本の光ビームのうち、遮光する光ビームを前記一方の光ビームから前記他方の光ビームに切り替えて、前記他方の光ビームを遮光し、前記一方の光ビームを遮光しない状態とするステップと、
前記他方の光ビームを遮光した状態で、一方の光ビームに応じた測定を行うステップと、をさらに備え、
前記パルス形状を調整するステップでは、前記一方の光ビームに応じた測定を行うステップでの測定結果に基づいて、パルス形状を調整する請求項13に記載のパルス整形方法。
Of the two light beams branched by the light branching means, the light beam to be shielded is switched from the one light beam to the other light beam, the other light beam is shielded, and the one light beam A step of not shielding the light,
A step of performing measurement according to one light beam in a state where the other light beam is shielded,
The pulse shaping method according to claim 13, wherein in the step of adjusting the pulse shape, the pulse shape is adjusted based on a measurement result in the step of performing measurement according to the one light beam.
タイミングがずれた2つのパルス光を合成して、第1の光ビームを出射するステップと、
タイミングがずれた2つのパルス光を合成して、第2の光ビームを出射するステップと、
前記第1の光ビームのプロファイルを変化させるステップと、
前記第2の光ビームと、前記プロファイルが変化した前記第1の光ビームとを合成して、出射するステップと、を備え、
前記第1及び第2の光ビームのそれぞれが請求項13、又は14に記載のパルス整形方法によって整形された2つのパルス光を含む光ビームであるパルス整形方法。
Synthesizing two pieces of pulsed light having different timings and emitting a first light beam; and
Synthesizing two pieces of pulsed light that are out of timing and emitting a second light beam; and
Changing the profile of the first light beam;
Synthesizing and emitting the second light beam and the first light beam having the changed profile, and
15. A pulse shaping method, wherein each of the first and second light beams is a light beam including two pulse lights shaped by the pulse shaping method according to claim 13 or 14.
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