【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光パルスビーム発生装置及びそれを用いたＸ線発生装置に関し、特に高い周波数の電気信号に同期した光パルスビームを発生する光分周器及びＸ線発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４を参照し、Ｘ線発生装置を例にとって、従来の光パルスビームの発生装置について説明する。

【０００３】図４は、従来のＸ線発生装置のブロック図を示す。 基準信号発生器１００が、周波数２８５６ＭＨ
ｚの正弦波基準信号ｓｉｇ ₁₀を発生する。 分周器１０１
が、基準信号ｓｉｇ ₁₀を２４分周して、周波数が１１９
ＭＨｚの電気信号ｓｉｇ ₁₁を出力する。 分周器１０３
が、電気信号ｓｉｇ ₁₁を分周して、周波数が１００Ｈｚ
の電気信号ｓｉｇ ₁₂を出力する。

【０００４】レーザ発振器１０２が、電気信号ｓｉｇ ₁₁
に同期して、パルスの繰り返し周波数が１１９ＭＨｚの光パルスビームｐｌ ₁₀を出力する。 パルスセレクタ１０
４が、電気信号ｓｉｇ ₁₂に基づいて光パルスビームｐｌ
₁₀のパルスを間引く。 これにより、パルスの繰り返し周波数が１００Ｈｚの光パルスビームｐｌ ₁₁が得られる。

【０００５】再生増幅器１０５及び主増幅器１０６が、
光パルスビームｐｌ ₁₁を増幅し、増幅された光パルスビームｐｌ ₁₂を出力する。 電気信号ｓｉｇ ₁₂が、再生増幅器１０５及び主増幅器１０６のレーザ媒質の励起光光源のゲート信号として用いられる。 パルスセレクタ１０４
で、繰り返し周波数１１９ＭＨｚの光パルスビームｐｌ
₁₀を間引いて、繰り返し周波数１００Ｈｚの光パルスビームｐｌ ₁₁に変換するのは、繰り返し周波数の高い光パルスビームをそのまま増幅するのが困難だからである。
パルスセレクタ１０４は、例えばポッケルスセルを用いて構成される。

【０００６】電源１０７が、基準信号ｓｉｇ ₁₀に基づいて電子加速器１０８の加速電界発生のための高周波信号ｓｉｇ ₁₃を出力する。 高周波信号ｓｉｇ ₁₃は、基準信号ｓｉｇ ₁₀に同期した周波数２８５６ＭＨｚの信号を、電気信号ｓｉｇ ₁₂に基づいて生成された１００Ｈｚのゲート信号により変調された信号である。 すなわち、電子加速器１０８に、加速用電力が間欠的に入力される。

【０００７】電子加速器１０８は、電子銃から放出された電子ビームを加速し、パルスの繰り返し周波数が１０
０Ｈｚの電子パルスビームｐｅ ₁₀を出力する。 冷却水温度制御装置１０９が、電子加速器１０８に供給される冷却水の温度を調節する。 加速空洞の温度が一定に保たれることにより、その共鳴周波数の変動が防止される。

【０００８】電子パルスビームｐｅ ₁₀に、光パルスビームｐｌ ₁₂が衝突する。 この衝突により、パルス幅が短く、かつ単色のＸ線パルスビームｐｘ ₁₀が発生する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】周波数２８５６ＭＨｚ
の高周波電界で加速された電子パルスビームｐｅ ₁₀のパルス幅は約１ｐｓである。 これに対し、分周器１０１により生成される電気パルス信号ｓｉｇ ₁₁のパルスは、時間軸上で２ｐｓ程度のゆらぎをもっている。 このゆらぎを持った電気パルス信号ｓｉｇ ₁₁に同期して放出される光パルスビームｐｌ ₁₀も同程度のゆらぎを持っている。
このため、電子パルスビームｐｅ ₁₀と光パルスビームｐ
ｌ ₁₂との衝突確率が非常に低くなる。 また、電子加速器１０８を駆動する大電力電気信号によって電磁ノイズが発生し、基準信号ｓｉｇ ₁₀の安定度が低下する。 これにより、システム全体の精度が悪くなる場合がある。

【００１０】本発明の目的は、高周波電気信号に高精度に同期した光パルスビームを発生することが可能な光パルスビーム発生装置を提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、電子パルスビームと光パルスビームとを高確率で衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置に関する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によると、パルスの繰り返し周波数が第１の周波数であり、波長が第１の波長である第１の光パルスビームを出力する第１のパルスレーザ発振器と、前記第１のパルスレーザ発振器から出力された第１の光パルスビームを受け、前記第１の周波数を有する第１の電気信号を出力する電気信号発生器と、前記電気信号発生器から出力された第１
の電気信号を分周し、前記第１の周波数よりも低い第２
の周波数を有する第２の電気信号を発生する分周器と、
前記分周器から出力された第２の電気信号に同期し、パルスの繰り返し周波数が前記第２の周波数であり、波長が前記第１の波長と異なる第２の波長である第２の光パルスビームを出力する第２のパルスレーザ発振器と、前記第１の光パルスビームと第２の光パルスビームとを受け、前記第２の光パルスビームをゲート信号とし、前記第１の光パルスビームに同期した第３の光パルスビームを出力する光混合器とを有する光パルスビーム発生装置が提供される。

【００１３】第３の光パルスビームは、第１の光パルスビームに同期する。 第２の光パルスビームは、ゲート信号として用いられるのみであるため、第３の光パルスビームが第１の光パルスビームに同期する精度は、分周器の分周精度に影響されない。 第１の電気信号も、第１の光パルスビームに同期し、その同期精度は分周器の影響を受けない。 このため、第３の光パルスビームと第１の電気信号とが高精度に同期する。 基準信号が第１の光パルスビームであるため、電磁ノイズの影響を受けにくい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜３を参照して、本発明の実施例によるＸ線発生装置について説明する。

【００１５】図１は、実施例によるＸ線発生装置のブロック図を示す。 基準光パルス発生器１が、基準光パルスビームｐｌ ₀を出力する。 基準光パルスビームｐｌ ₀は、
パルスの繰り返し周波数２８５６ＭＨｚ、波長８６５ｎ
ｍのレーザパルスビームである。 基準光パルス発振器１
として、例えばチタンサファイア（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉ
ｒｅ）レーザ発振器が用いられる。 なお、その他に、Ｃ
ｒ：ＬｉＳＡＦレーザ発振器や半導体レーザ発振器を用いることも可能である。 基準光パルス発生器１から放出された基準光パルスビームｐｌ ₀は、部分透過ミラーにより２つのビームに分割される。 一方のビームが光検出器２に入射し、他方のビームが光混合器１０に入射する。

【００１６】光検出器２は、基準光パルスビームｐｌ ₀
を検出し、パルスの繰り返し周波数が２８５６ＭＨｚの電気パルス信号ｓｉｇ ₀に変換する。 電気パルス信号ｓ
ｉｇ ₀は、バンドパスフィルタ３により、周波数２８５
６ＭＨｚの正弦波形の電気信号ｓｉｇ ₁に変換される。

【００１７】分周器４が、電気信号ｓｉｇ ₁を分周し、
周波数１００Ｈｚの正弦波形の電気信号ｓｉｇ ₂を生成する。 炭酸ガスレーザ発振器５が、電気信号ｓｉｇ ₂をトリガ信号として、パルスの繰り返し周波数１００Ｈ
ｚ、波長１０６００ｎｍの光パルスビームｐｌ ₁を放出する。

【００１８】光混合器１０が、基準光パルスビームｐｌ
₀と光パルスビームｐｌ ₁とを混合し、パルスの繰り返し周波数１００Ｈｚ、波長８００ｎｍの光パルスビームｐ
ｌ ₂を出力する。 以下、図２及び図３を参照して、光混合器１０の構成及び動作について説明する。

【００１９】図２は、光混合器１０の概略図を示す。 基準光パルス信号ｐｌ ₀が、部分透過鏡１５を透過して、
非線形光学結晶１６に入射する。 光パルスビームｐｌ ₁
が、部分透過鏡１５により反射し、非線形光学結晶１６
に入射する。 非線形光学結晶１６は、例えばＡｇＧａＳ
₂結晶である。 このようにして、基準光パルスビームｐ
ｌ ₀と光パルスビームｐｌ ₁とが、非線形光学結晶１６内で重ね合わされる。

【００２０】２つの光パルスビームが重ね合わされることにより、両者の周波数（ここでいう周波数は、パルスの繰り返し周波数ではなく、光の周波数である）の和及び差に相当する周波数を持った光パルスビームが得られる。 本実施例の場合には、波長８６５ｎｍの光と波長１
０６００ｎｍの光が重ね合わされることにより、波長８
００ｎｍの光パルスビームが得られる。

【００２１】非線形光学結晶１６を透過した光パルスビームが、バンドパスフィルタ１７に入射する。 バンドパスフィルタ１７は、波長８００ｎｍの光を透過させ、波長８６５ｎｍ及び波長１０６００ｎｍの光を遮蔽する。
従って、波長８００ｎｍの光パルスビームｐｌ ₂が得られる。

【００２２】図３は、基準光パルスビームｐｌ ₀ 、光パルスビームｐｌ ₁ 、及びｐｌ ₂の波形のタイミングチャートを示す。 基準光パルスビームｐｌ ₀のパルス幅は約１
００ｆｓであり、パルス間隔は約３５０ｐｓである。 光パルスビームｐｌ ₁のパルス幅は約１０ｐｓであり、パルス間隔は１０ｍｓである。

【００２３】光パルスビームｐｌ ₁は、基準光パルスビームｐｌ ₀に同期しているため、理想的には、光パルスビームｐｌ ₁のパルスのピーク位置が、基準光パルスビームｐｌ ₀のパルスのピーク位置に一致する。 ところが、図１に示す分周器４の分周精度が十分でないため、
電気信号ｓｉｇ ₂にジッタが生ずる。 現在の技術で、このジッタを±２ｐｓの範囲内に収めることが可能である。 このジッタのために、光パルスビームｐｌ ₁のパルスのピークが、基準光パルスビームｐｌ ₀のパルスのピークの位置から２ｐｓ程度ずれる場合がある。

【００２４】光パルスビームｐｌ ₁のパルス幅１０ｐｓ
が、ピーク位置の最大ずれ量２ｐｓに比べて十分大きいため、光パルスビームｐｌ ₁の一つのパルスが、基準光パルスビームｐｌ ₀の一つのパルスに余裕を持って重なる。 両者の重なる位置に、光パルスビームｐｌ ₂のパルスが現れる。 すなわち、光パルスビームｐｌ ₁がゲート信号として用いられ、光パルスビームｐｌ ₂は基準光パルスビームｐｌ ₀に同期する。 このため、光パルスビームｐｌ ₁のパルス位置が時間軸上でゆらいだとしても、
光パルスビームｐｌ ₂のパルス位置は、基準光パルスビームｐｌ ₀のパルス位置にほぼ一致する。 このため、分周器４の分周精度に影響されることなく、光パルスビームｐｌ ₂を基準光パルスビームｐｌ ₀に高精度に同期させることができる。

【００２５】図１に戻って説明を続ける。 光パルスビームｐｌ ₂が、再生増幅器１１及び主増幅器１２により増幅され、光パルスビームｐｌ ₃が得られる。 光パルスビームｐｌ ₃は、約１００ｍＪ／パルスのエネルギを有する。 再生増幅器１１及び主増幅器１２は、例えばチタンサファイア結晶を用いた光増幅器である。 再生増幅器１
１及び主増幅器１２は、電気信号ｓｉｇ ₂に同期させて励起用光源を動作させる。 このようにして、基準光パルスビームｐｌ ₀に高精度に同期した繰り返し周波数１０
０Ｈｚの光パルスビームｐｌ ₃が得られる。

【００２６】電源２０に、電気信号ｓｉｇ ₁が入力される。 電源２０は、電気信号ｓｉｇ ₁に同期した周波数２
８５６ＭＨｚの高周波電気信号ｓｉｇ ₃を間欠的に出力する。 電気信号ｓｉｇ ₂に同期して、パルスの繰り返し周波数１００Ｈｚのゲート信号が生成される。 このゲート信号に基づいて、電気信号ｓｉｇ ₃が間欠的に出力される。

【００２７】電子銃２２が、電子ビームｐｅ ₁を出射する。 電子ビームｐｅ ₁は、パルスの繰り返し周波数が１
００Ｈｚのパルスビームである。 電子銃２２が、電気信号ｓｉｇ ₂に同期させて電子パルスビームを出射する。

【００２８】電子加速器２１が、電子ビームｐｅ ₁を加速する。 電子加速器２１は、例えば電子ビームの進行方向に並んだ複数の加速空洞を有する線形加速器である。
電気信号ｓｉｇ ₃により、加速空洞内に加速電界が発生する。 加速電界によって加速された電子パルスビームｐ
ｅ ₂が得られる。 電気信号ｓｉｇ ₃は、基準光パルスビームｐｌ ₀に同期しているため、電子パルスビームｐｅ
₂も、基準光パルスビームｐｌ ₀に高精度に同期する。

【００２９】分周器４から出力された電気信号ｓｉｇ ₂
は、電源２０でゲート信号として用いられるのみであるため、電気信号ｓｉｇ ₂のジッタは、電子パルスビームｐｅ ₂のゆらぎの原因にはならない。

【００３０】主増幅器１２で増幅された光パルスビームｐｌ ₃を、電子加速器２１で加速された電子パルスビームｐｅ ₂に衝突させると、逆コンプトン散乱過程によりエネルギ分解能の高い単色のＸ線パルスビームｐｘ ₀が発生する。 このＸ線パルスビームｐｘ ₀のパルス幅はフェムト秒のオーダになる。 光パルスビームｐｌ ₃及び電子パルスビームｐｅ ₂は、共に基準光パルスビームｐｌ ₀
に高精度に同期しているため、両者の衝突確率を高めることができる。

【００３１】また、上記実施例では、基準光パルスビームを基準信号とするため、電気信号を基準信号とする場合に比べて、電磁ノイズによる影響を受けにくい。

【００３２】制御手段２５が、電子加速器２１の加速空洞に入射する高周波電気信号ｓｉｇ ₃の反射波の大きさを監視する。 制御手段２５は、反射波の強度がある基準値よりも大きくならないように、基準光パルスビームｐ
ｌ ₀のパルスの繰り返し周波数を微調整する。 基準光パルスビームｐｌ ₀の繰り返し周波数を、加速空洞の熱膨張等による共振周波数の変動に追随させることにより、
反射波の増加を防止することができる。 繰り返し周波数の微調整は、例えば、基準光パルス発生器１の光共振器長を調節することにより行われる。

【００３３】基準光パルスビームｐｌ ₀の繰り返し周波数が変化すると、それに追随して光パルスビームｐｌ ₃
及び電子パルスビームｐｅ ₂の繰り返し周波数も変動する。 このため、両者の衝突確率は低下しない。 通常の電子加速器では、反射波が大きくならないように加速空洞の壁を冷却水で冷却する。 本実施例の場合には、基準光パルスビームｐｌ ₀の繰り返し周波数を微調整することにより反射波を少なくするため、加速空洞の壁の温度制御を厳密に行う必要がなく、単に冷却すれば十分である。

【００３４】上述の実施例によるＸ線発生装置で得られるＸ線パルスビームｐｘ ₀は、パルス幅が短く、かつ単色である。 このＸ線パルスビームｐｘ ₀を用いることにより、例えば、タービンのキズの有無の検査を、タービンを稼動させたまま行うことが可能になるであろう。

【００３５】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。 例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基準光パルスビームに同期して高周波電気信号を生成するとともに、基準光パルスビームに同期して、パルスの繰り返し周波数の低い光パルスビームを生成する。 このため、高周波電気信号と光パルスビームとを高精度に同期させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるＸ線発生装置のブロック図である。

【図２】光混合器の概略図である。

【図３】光パルスビームのパルスのタイミングチャートである。

【図４】従来のＸ線発生装置のブロック図である。

【符号の説明】

１ 基準光パルス発生器 ２ 光検出器 ３ フィルタ ４ 分周器 ５ 炭酸ガスレーザ発振器 １０ 光混合器 １１ 再生増幅器 １２ 主増幅器 １５ 部分透過鏡 １６ 非線形光学結晶 １７ バンドパスフィルタ ２０ 電源 ２１ 電子加速器 ２２ 電子銃 ２５ 制御手段