(57)【要約】【課題】光導波路を安定的に形成すると共に、光導波路にてパルスレーザ光を確実に導波させる。【解決手段】まず、多価電離可能なガスが存在する放電管１０の内部空間Ｚ内がプラズマ状態となるように、予備放電回路３１により放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１を流す。放電管１０に流れているパルス電流の電流値を増大させる。内部空間Ｚ内には、磁場形成部５０により所定方向Ｄに沿う磁場が印加されている。【選択図】図１
2020080254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を形成する光導波路形成方法であって、
多価電離可能なガスが存在する容器の内部空間内がプラズマ状態となるように、放電回路により前記容器にパルス電流を流す第１ステップと、
前記容器に流れている前記パルス電流の電流値を増大させる第２ステップと、を備え、
少なくとも前記第２ステップにおいては、前記内部空間内に、磁場形成部により所定方向に沿う磁場が印加されている、光導波路形成方法。
【請求項２】
前記第１ステップでは、前記放電回路により前記所定方向に沿って前記容器に前記パルス電流を流す、請求項１に記載の光導波路形成方法。
【請求項３】
前記第１ステップは、前記放電回路により前記容器に前記パルス電流を流す前に、前記容器の前記内部空間内に前記ガスを導入するステップを含み、
前記ガスは、ガス導入ノズルを介して、前記所定方向に沿った軸線を基準として軸対称に前記内部空間内に導入される、請求項１又は２に記載の光導波路形成方法。
【請求項４】
前記第２ステップにおいて、前記パルス電流の電流値が増大を開始してから最大値となるまでの時間は、０．５μｓ〜１０μｓである、請求項１〜３の何れか一項に記載の光導波路形成方法。
【請求項５】
前記第１ステップは、前記放電回路により前記容器に前記パルス電流を流す前に、前記容器に設けられた陽電極及び陰電極の何れかに対して前記放電回路によりスパーク放電させるステップを含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の光導波路形成方法。
【請求項６】
前記容器は、前記所定方向に沿った軸線を中心軸とする筒状を呈しており、
前記磁場形成部は、前記容器を包囲するように設けられた永久磁石である、請求項１〜５の何れか一項に記載の光導波路形成方法。
【請求項７】
前記容器は、前記所定方向に沿った軸線を中心軸とする筒状を呈しており、
前記磁場形成部は、前記容器を包囲するように設けられた電磁石である、請求項１〜５の何れか一項に記載の光導波路形成方法。
【請求項８】
前記第１ステップ又は前記第２ステップの前から、前記内部空間内に前記磁場を印加するステップを更に備える、請求項７に記載の光導波路形成方法。
【請求項９】
多価電離可能なガスが存在可能な内部空間を有する容器と、
前記内部空間内に磁場を印加する磁場形成部と、
前記容器にパルス電流を流す放電回路と、
前記放電回路により前記容器に流れる前記パルス電流を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記内部空間内がプラズマ状態となるように、前記放電回路により前記容器に前記パルス電流を流す第１パルス電流制御部と、
前記容器に流れている前記パルス電流の電流値を増大させる第２パルス電流制御部と、を有し、
前記内部空間内には、前記磁場形成部により所定方向に沿う磁場が印加される、光導波路形成装置。
【請求項１０】
前記第１パルス電流制御部は、前記放電回路により前記所定方向に沿って前記容器に前記パルス電流を流す、請求項９に記載の光導波路形成装置。
【請求項１１】
前記容器に設けられ、前記ガスを前記内部空間内に前記所定方向に沿った軸線を基準として軸対称に導入するガス導入ノズルを更に備える、請求項９又は１０に記載の光導波路形成装置。
【請求項１２】
前記第２パルス電流制御部により前記パルス電流の電流値が増大を開始してから最大値となるまでの時間は、０．５μｓ〜１０μｓである、請求項９〜１１の何れか一項に記載の光導波路形成装置。
【請求項１３】
前記第１パルス電流制御部は、前記容器に設けられた陽電極及び陰電極の何れかに対して前記放電回路によりスパーク放電させる、請求項９〜１２の何れか一項に記載の光導波路形成装置。
【請求項１４】
前記容器は、前記所定方向に沿った軸線を中心軸とする筒状を呈しており、
前記磁場形成部は、前記容器を包囲するように設けられた永久磁石又は電磁石である、請求項９〜１３の何れか一項に記載の光導波路形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路形成方法、及び光導波路形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光導波路形成方法として、例えば下記非特許文献１には、高速Ｚピンチ法を利用して光導波路を形成する方法が記載されている。下記非特許文献１に記載された光導波路形成方法では、ヘリウムガスが封入されたキャビラリー等の放電管に対して高速放電回路によりパルス電流を流すことにより、放電管内に発生したプラズマ（多価電離チャネル）を径方向にピンチ効果で収縮させ、当該プラズマがスタグネートする直前に放電管内に光導波路を過渡的に形成する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Tomonao Hosokai  外７名、「Optical  guidance  of  terawatt  laser  pulses  by  the  implosion  phase  of  a  fast  Z-pinch  discharge  in  a  gas-filled  capillary」、OPTICSLETTERS、Vol 25, No.1、p.10-12、1 January 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光導波路形成方法では、多価電離チャネルの収縮過程における流体的不安定性に起因して、光導波路を安定的に形成することが困難な場合があった。そこで、上記非特許文献１に記載された光導波路形成方法では、流体的不安定性の成長よりも速い速度で多価電離チャネルを収縮させるべく、高速放電回路を用いてパルス電流を高速に立ち上げている。しかしながら、放電管内に光導波路を過渡的に形成するタイミングは、高速放電回路の放電開始タイミングに基づく一方、この光導波路が放電管内で維持される維持時間は、パルス電流の立ち上がりの速さに応じることから、高速放電回路の放電のスイッチジッタよりも小さくなる。そのため、過渡的に形成した光導波路にてパルスレーザ光を導波させる場合、光導波路とパルスレーザ光とを正確に同期させることは容易ではなく、光導波路にてパルスレーザ光を確実に導波させることが困難になる可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、光導波路を安定的に形成すると共に、光導波路にてパルスレーザ光を確実に導波させることが可能な光導波路形成方法、及び光導波路形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光導波路形成方法は、光導波路を形成する光導波路形成方法であって、多価電離可能なガスが存在する容器の内部空間内がプラズマ状態となるように、放電回路により容器にパルス電流を流す第１ステップと、容器に流れているパルス電流の電流値を増大させる第２ステップと、を備え、少なくとも第２ステップにおいては、内部空間内に、磁場形成部により所定方向に沿う磁場が印加されている。
【０００７】
この光導波路形成方法では、容器の内部空間内がプラズマ状態となった後に、容器に流れているパルス電流の電流値が増大され、ピンチ効果による多価電離チャネルの収縮が開始される。これにより、多価電離チャネルの収縮の初期における擾乱が少なくなり、多価電離チャネルを安定的に収縮させることができる。また、少なくとも第２ステップにおいては、内部空間内に、磁場形成部により所定方向に沿う磁場が印加されている。これにより、内部空間内においては、当該磁場が所定方向に沿って電子をガイドするように作用し、電子ひいてはパルス電流が所定方向に沿って流れやすくなる。そのため、当該パルス電流を増大させることで生じるピンチ効果による多価電離チャネルの収縮（それに寄与する自己磁場の分布）を均一化でき、多価電離チャネルを安定的に収縮させることができる。以上により、例えば高速放電回路を用いてパルス電流を高速に立ち上げなくても、光導波路を安定的に形成することができる。パルス電流を高速に立ち上げることに起因して、光導波路形成時間（光導波路が維持される維持時間）が放電回路の放電のスイッチジッタよりも小さくなることを抑制することができる。その結果、光導波路とパルスレーザ光とを容易且つ正確に同期させることができ、光導波路にてパルスレーザ光を確実に導波させることが可能となる。
【０００８】
本発明に係る光導波路形成方法において、第１ステップでは、放電回路により所定方向に沿って容器にパルス電流を流してもよい。この場合、少なくとも第２ステップでは、磁場形成部で印加された磁場の方向に沿ってパルス電流が流れることから、当該磁場によって電子をガイドする作用を効果的に発揮させることができる。
【０００９】
本発明に係る光導波路形成方法において、第１ステップは、放電回路により容器にパルス電流を流す前に、容器の内部空間内にガスを導入するステップを含み、ガスは、ガス導入ノズルを介して、所定方向に沿った軸線を基準として軸対称に内部空間内に導入されてもよい。これにより、内部空間内におけるガスの分布が軸線を基準として軸対称となるように、内部空間内にガスを導入することができる。多価電離チャネルの収縮の初期における擾乱が少なくなり、多価電離チャネルを安定的に収縮させ、光導波路を安定的に形成することができる。
【００１０】
本発明に係る光導波路形成方法において、第２ステップにおいて、パルス電流の電流値が増大を開始してから最大値となるまでの時間は、０．５μｓ〜１０μｓであってもよい。パルス電流の立ち上がり（電流値が増大を開始してから最大値となるまでの時間）が遅いほど、光導波路形成時間は長くなる。このことから、パルス電流の立ち上がりを０．５μｓ〜１０μｓと遅くすることで、光導波路形成時間を十分に長くすることができる。ひいては、光導波路形成時間を、放電回路の放電のスイッチジッタよりも長くすることができる。光導波路とパルスレーザ光とを容易且つ正確に同期させることができ、光導波路にてパルスレーザ光を確実に導波させることが可能となる。
【００１１】
本発明に係る光導波路形成方法において、第１ステップは、放電回路により容器にパルス電流を流す前に、容器に設けられた陽電極及び陰電極の何れかに対して放電回路によりスパーク放電させるステップを含んでもよい。スパーク放電により、紫外光等の放射線を発生させて、内部空間内のガスに照射することができる。これにより、容器にパルス電流が流れやすくなり、第１ステップで内部空間内がプラズマ状態となるタイミングを安定化することが可能となる。
【００１２】
本発明に係る光導波路形成方法において、容器は、所定方向に沿った軸線を中心軸とする筒状を呈しており、磁場形成部は、容器を包囲するように設けられた永久磁石であってもよい。これにより、容器の内部空間内に、所定方向に沿う磁場を簡易且つ確実に印加することができる。
【００１３】
本発明に係る光導波路形成方法において、容器は、所定方向に沿った軸線を中心軸とする筒状を呈しており、磁場形成部は、容器を包囲するように設けられた電磁石であってもよい。これにより、容器の内部空間内に、所定方向に沿う磁場を簡易且つ確実に印加することができる。
【００１４】
本発明に係る光導波路形成方法は、第１ステップ又は第２ステップの前から、内部空間内に磁場を印加するステップを更に備えてもよい。これにより、容器の内部空間内に、適切なタイミングで磁場を印加することができる。
【００１５】
本発明に係る光導波路形成装置は、多価電離可能なガスが存在可能な内部空間を有する容器と、内部空間内に磁場を印加する磁場形成部と、容器にパルス電流を流す放電回路と、放電回路により容器に流れるパルス電流を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、内部空間内がプラズマ状態となるように、放電回路により容器にパルス電流を流す第１パルス電流制御部と、容器に流れているパルス電流の電流値を増大させる第２パルス電流制御部と、を有し、内部空間内には、磁場形成部により所定方向に沿う磁場が印加される。
【００１６】
この光導波路形成装置においても、上記光導波路形成方法と同様に、光導波路を安定的に形成すると共に、光導波路にてパルスレーザ光を確実に導波させることが可能となる。
【００１７】
本発明の光導波路形成装置において、第１パルス電流制御部は、放電回路により所定方向に沿って容器にパルス電流を流してもよい。この場合、磁場形成部で印加された磁場の方向に沿ってパルス電流が流れることから、当該磁場によって電子をガイドする作用を効果的に発揮させることができる。
【００１８】
本発明の光導波路形成装置は、容器に設けられ、ガスを内部空間内に所定方向に沿った軸線を基準として軸対称に導入するガス導入ノズルを更に備えてもよい。これにより、内部空間内におけるガスの分布が軸線を基準として軸対称となるように、内部空間内にガスを導入することができる。多価電離チャネルの収縮の初期における擾乱が少なくなり、多価電離チャネルを安定的に収縮させ、光導波路を安定的に形成することができる。
【００１９】
本発明の光導波路形成装置において、第２パルス電流制御部によりパルス電流の電流値が増大を開始してから最大値となるまでの時間は、０．５μｓ〜１０μｓであってもよい。パルス電流の立ち上がりが遅いほど、光導波路形成時間は長くなる。このことから、パルス電流の立ち上がりを０．５μｓ〜１０μｓと遅くすることで、光導波路形成時間を十分に長くすることができる。ひいては、光導波路形成時間を、放電回路の放電のスイッチジッタよりも長くすることができる。光導波路とパルスレーザ光とを容易且つ正確に同期させることができ、光導波路にてパルスレーザ光を確実に導波させることが可能となる。
【００２０】
本発明の光導波路形成装置において、第１パルス電流制御部は、容器に設けられた陽電極及び陰電極の何れかに対して放電回路によりスパーク放電させてもよい。放電回路により容器にパルス電流を流す前に、スパーク放電により、紫外光等の放射線を発生させて、内部空間内のガスに照射することができる。これにより、容器にパルス電流が流れやすくなり、内部空間内がプラズマ状態となるタイミングを安定化することが可能となる。
【００２１】
本発明の光導波路形成装置において、容器は、所定方向に沿った軸線を中心軸とする筒状を呈しており、磁場形成部は、容器を包囲するように設けられた永久磁石又は電磁石であってもよい。これにより、容器の内部空間内に、所定方向に沿う磁場を簡易且つ確実に印加することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光導波路を安定的に形成すると共に、光導波路にてパルスレーザ光を確実に導波させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る電子加速器を示す概略構成図である。
【図２】図１に示される放電管及び磁場形成部の断面図である。
【図３】（ａ）は、予備放電パルス電流及び主放電パルス電流を模式的に示すグラフである。（ｂ）は、光導波路が形成される時点での放電管の内部空間における電子密度分布を模式的に示すグラフである。
【図４】第１実施形態に係る光導波路形成方法を含む電子加速方法を示すフローチャートである。
【図５】ガス、予備放電に係るパルス電流の電流値、及び主放電に係るパルス電流の電流値の時間変化を示すグラフである。
【図６】パルス電流の電流値及び多価電離チャネルの径の時間変化を示すグラフである。
【図７】多価電離チャネルの収縮過程における流体的不安定性を説明するための模式図である。
【図８】第２実施形態に係る軟Ｘ線レーザ照射装置を示す概略構成図である。
【図９】第３実施形態に係る散乱Ｘ線発生装置を示す概略構成図である。
【図１０】（ａ）は、図１に示される放電管において、多価電離チャネルの収縮過程におけるプラズマの吹き出しを示す模式図である。（ｂ）は、図１に示される放電管の変形例において、多価電離チャネルの収縮過程におけるプラズマの吹き出しを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２５】
［第１実施形態］
図１は、光導波路形成装置１を備えた電子加速器１００を示す概略構成図である。図１に示される電子加速器１００は、高強度に集光されたパルスレーザ光でプラズマ中に超高強度のレーザ航跡場（電場）を励起し、このレーザ航跡場により電子ビームをギガ電子ボルトの超高エネルギまで加速するレーザ駆動プラズマ電子加速器である。電子加速器１００は、レーザパルス光を集光したまま長距離（例えば１０ｃｍ）伝搬可能な光導波路を形成する光導波路形成装置１を備える。電子加速器１００は、放電管（容器）１０と、磁場形成部５０と、レーザ光照射部２０と、放電回路３０と、コントローラ４０と、を含んで構成されている。
【００２６】
放電管１０は、所定方向Ｄに沿った軸線Ｘを中心軸とする筒状を呈している。放電管１０は、例えばガラス又はセラミック等で形成された円管である。放電管１０は、多価電離可能なガスが存在可能な内部空間Ｚを有する。放電管１０の内径は、特に限定されないが、例えば１ｍｍよりも大きくてもよい。ガスとしては、アルゴンガス又はヘリウムガス等が挙げられる。放電管１０の一端側には、高電圧電極としての陽電極１１が設けられている。放電管１０の他端側には、グランド電極としての陰電極１２と、スパーク電極としての針電極１３とが設けられている。陽電極１１、陰電極１２及び針電極１３は、放電回路３０に電気的に接続されている。陰電極１２は、接地されている。陽電極１１及び陰電極１２には、抵抗１９が電気的に接続されている。放電管１０は、真空容器６０の内部に配置されている。
【００２７】
磁場形成部５０は、例えばネオジウム等で形成された永久磁石である。磁場形成部５０は、筒状を呈している。ここでの磁場形成部５０は、円筒状を呈している。磁場形成部５０は、放電管１０を包囲するように設けられている。磁場形成部５０は、中心軸が放電管１０の中心軸（軸線Ｘ）と同軸となるように設けられている。磁場形成部５０は、Ｎ極が陽電極１１側に位置し且つＳ極が陰電極１２側に位置するように設けられてもよいし、Ｎ極が陰電極１２側に位置し且つＳ極が陽電極１１側に位置するように設けられてもよい。磁場形成部５０は、放電管１０の内部空間Ｚ内に所定方向Ｄに沿う磁場を印加する。当該磁場の強度は、例えば０．５Ｔである。
【００２８】
図２は、放電管１０及び磁場形成部５０の断面図である。図２に示されるように、放電管１０の一端側には、陽電極保持部１４が設けられている。放電管１０の他端側には、陰電極保持部１５及び絶縁板１６が設けられている。なお、図１においては、陽電極保持部１４、陰電極保持部１５及び絶縁板１６の図示が省略されている。
【００２９】
陽電極保持部１４は、板状を呈している。陽電極保持部１４には、貫通孔１４ａが形成されている。貫通孔１４ａは、軸線Ｘを中心軸とする孔である。貫通孔１４ａの断面は、円形状を呈している。陽電極保持部１４は、貫通孔１４ａの中心軸が放電管１０の中心軸と同軸となるように設けられている。
【００３０】
陽電極１１には、貫通孔１１ａが形成されている。貫通孔１１ａは、軸線Ｘを中心軸とする孔である。貫通孔１１ａの断面は、円形状を呈している。陽電極１１は、貫通孔１１ａの中心軸が陽電極保持部１４の貫通孔１４ａの中心軸と同軸となるように、貫通孔１４ａに嵌め込まれている。貫通孔１１ａは、放電管１０の内部空間Ｚと放電管１０の外部とを連通させる。つまり、放電管１０の内部空間Ｚは、貫通孔１１ａを介して外部に開放されている。
【００３１】
陰電極保持部１５は、板状を呈している。陰電極保持部１５には、貫通孔１５ａが形成されている。貫通孔１５ａは、軸線Ｘを中心軸とする孔である。貫通孔１５ａの断面は、円形状を呈している。陰電極保持部１５は、貫通孔１５ａの中心軸が放電管１０の中心軸と同軸となるように設けられている。
【００３２】
陰電極１２には、貫通孔１２ａが形成されている。貫通孔１２ａは、軸線Ｘを中心軸とする孔である。貫通孔１２ａの断面は、円形状を呈している。陰電極１２は、貫通孔１２ａの中心軸が陰電極保持部１５の貫通孔１５ａの中心軸と同軸となるように、貫通孔１５ａに嵌め込まれている。
【００３３】
針電極１３には、貫通孔１３ａが形成されている。貫通孔１３ａは、軸線Ｘを中心軸とする孔である。貫通孔１３ａの断面は、円形状を呈している。針電極１３は、貫通孔１３ａの中心軸が陰電極１２の貫通孔１２ａの中心軸と同軸となるように、陰電極１２に対して放電管１０とは反対側に設けられている。針電極１３と陰電極１２との距離は、１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。
【００３４】
絶縁板１６は、板状を呈している。絶縁板１６には、貫通孔１６ａが形成されている。貫通孔１６ａは、軸線Ｘを中心軸とする孔である。貫通孔１６ａの断面は、円形状を呈している。絶縁板１６は、貫通孔１６ａの中心軸が陰電極１２の貫通孔１２ａの中心軸と同軸となるように、陰電極１２と針電極１３との間に設けられている。貫通孔１２ａ，１６ａ，１３ａは、放電管１０の内部空間Ｚと放電管１０の外部とを連通させる。つまり、放電管１０の内部空間Ｚは、貫通孔１２ａ，１６ａ，１３ａを介して外部に開放されている。
【００３５】
陰電極保持部１５には、ガスを内部空間Ｚに導入する構成として、通路１５ｂ、バッファ部１５ｃ及びノズル（ガス導入ノズル）１５ｄが形成されている。通路１５ｂには、ガス供給源（図示省略）のガス導入管１５ｆが接続されている。通路１５ｂは、ガス導入管１５ｆからバッファ部１５ｃへガスを供給する流路である。ガス導入管１５ｆには、ガスの流通を制御する電磁弁等のバルブ１５ｇ（図１参照）が設けられている。バッファ部１５ｃは、放電管１０の中心軸（軸線Ｘ）を基準として軸対称に形成されている。バッファ部１５ｃは、陰電極１２を囲う環状を呈している。バッファ部１５ｃは、通路１５ｂを介して供給されたガスを一時的に溜め得る空間である。
【００３６】
ノズル１５ｄは、ガスを内部空間Ｚ内に噴射（入射）させる噴口を構成する。ここでのノズル１５ｄは、超音速ノズルである。ノズル１５ｄは、バッファ部１５ｃと放電管１０の内部空間Ｚとの間に形成され、これらを連通させる。ノズル１５ｄは、放電管１０の中心軸を基準として軸対称に形成されている。ノズル１５ｄは、陰電極１２を囲う環状を呈している。ノズル１５ｄの断面積は、バッファ部１５ｃ側から内部空間Ｚ側に向かって漸減する。ノズル１５ｄは、バッファ部１５ｃに溜めたガスを内部空間Ｚ内に軸線Ｘを基準として軸対称に導入する。
【００３７】
図１に戻り、レーザ光照射部２０は、パルスレーザ光Ｌを内部空間Ｚへ集光して照射する。例えばパルスレーザ光Ｌは、近赤外レーザ光である。レーザ光照射部２０は、レーザ光源２１、集光レンズ２２及びミラー２３を有する。レーザ光照射部２０では、レーザ光源２１から出射したパルスレーザ光Ｌは、集光レンズ２２で集光され、ミラー２３で反射された後、放電管１０の軸方向（所定方向Ｄ）に沿って進み、放電管１０の陰電極１２側から内部空間Ｚに入射する。ここでのレーザ光照射部２０は、内部空間Ｚにおける放電管１０の中心軸の位置に、当該軸方向に沿ってパルスレーザ光Ｌを照射する。レーザ光照射部２０は、真空容器６０の内部に配置されている。
【００３８】
放電回路３０は、放電管１０にパルス電流を流す回路である。放電回路３０のインダクタンスは、例えば１０μＨ以下である。放電回路３０は、スパーク放電を実現するパルス電流（以下、「スパーク放電パルス電流」という）及び予備放電を実現するパルス電流（以下、「予備放電パルス電流」という）を放電管１０に流す予備放電回路３１と、主放電を実現するパルス電流（以下、「主放電パルス電流」という）を放電管１０に流す主放電回路３２と、を備える。
【００３９】
図３（ａ）は、予備放電パルス電流Ｉ１及び主放電パルス電流Ｉ２を模式的に例示するグラフである。予備放電パルス電流Ｉ１の電流値は、例えば数アンペア〜１０アンペアであり、ここでは１０アンペアである。主放電パルス電流Ｉ２の電流値は、例えば数ｋアンペア以下の電流値であり、ここでは、４〜５ｋアンペアである。図３（ａ）に示されるように、予備放電パルス電流Ｉ１は、主放電パルス電流Ｉ２と比較して、緩やかな立ち上がり及び立下がり並びに長時間に亘って維持される低いピークを有する。主放電パルス電流Ｉ２は、予備放電パルス電流Ｉ１と比較して、急な立ち上がり及び立ち下がり並びに高いピークを有する。
【００４０】
図１及び図３（ａ）に示されるように、予備放電回路３１は、例えばアモルファスコアを用いた昇圧トランスである予備放電パルストランス３１ａを有する。図示するように、予備放電回路３１の１次側には、半導体スイッチ（図示省略）と抵抗３１ｂとＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）３１ｃとコンデンサ３１ｄとが含まれている。予備放電回路３１の１次側は、接地されている。予備放電回路３１の２次側には、インダクタ３１ｅと抵抗３１ｆとコンデンサ３１ｇと抵抗３１ｈとダイオード３１ｍとが含まれている。予備放電回路３１の２次側は、陽電極１１、陰電極１２及び針電極１３に接続されている。
【００４１】
このような予備放電回路３１は、コントローラ４０からの指令に基づいて、放電管１０の内部空間Ｚ内がプラズマ状態となるように予備放電パルス電流Ｉ１を放電管１０に流す。具体的には、予備放電回路３１は、コントローラ４０からＩＧＢＴ３１ｃへ放電開始トリガが入力された場合、まず、コンデンサ３１ｇが充電される前に、コンデンサ３１ｇを介して陰電極１２及び針電極１３にスパーク放電パルス電流を流し、陰電極１２と針電極１３との間でスパーク放電を生じさせる。スパーク放電とは、気体放電において音と発光を伴う放電のことをいう。その後、予備放電回路３１は、陰電極１２及び陽電極１１に予備放電パルス電流Ｉ１を流して予備放電を開始し、放電管１０の内部空間Ｚ内のガスを予備電離させる（プラズマ状態とする）。なお、放電開始トリガの入力と予備放電パルス電流Ｉ１の立ち上がりとの間には、例えば数ｎｓ程度の第１スイッチジッタが存在している（図３（ａ）参照）。
【００４２】
主放電回路３２は、例えばアモルファスコアを用いた昇圧トランスである主放電パルストランス３２ａを有する。図示するように、主放電回路３２の１次側には、半導体スイッチ（図示省略）と抵抗３２ｂとＩＧＢＴ３２ｃとコンデンサ３２ｄとが含まれている。主放電回路３２の１次側は、接地されている。主放電回路３２の２次側は、陽電極１１及び陰電極１２に接続されている。
【００４３】
このような主放電回路３２は、コントローラ４０からの指令に基づいて、予備放電パルス電流Ｉ１に加えて主放電パルス電流Ｉ２を放電管１０に流し、放電管１０に流れているパルス電流の電流値を増大させる。具体的には、主放電回路３２は、コントローラ４０からＩＧＢＴ３２ｃへ主放電開始トリガが入力された場合、当該入力に応じて陰電極１２及び陽電極１１に主放電パルス電流Ｉ２を加えて主放電を開始する。なお、主放電開始トリガの入力と主放電パルス電流Ｉ２の立ち上がりとの間には、例えば数ｎｓ程度の第２スイッチジッタが存在している（図３（ａ）参照）。
【００４４】
コントローラ４０は、例えば一以上のコンピュータ装置により構成されている。コントローラ４０は、プロセッサであるＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（Random  Access  Memory）又はＲＯＭ（Read  Only  Memory）等を含んで構成される。コントローラ４０は、ＣＰＵ及びＲＡＭ等のハードウェア上にプログラム等を読み込ませることにより、各種の制御を実行する。コントローラ４０には、マウス又はキーボード等の入力部とディスプレイ等の表示部とが接続されていてもよい。
【００４５】
コントローラ４０は、放電管１０の内部空間Ｚ内へのガスの導入、レーザ光照射部２０のパルスレーザ光Ｌの照射、及び、放電回路３０により放電管１０に流れるパルス電流を制御する。コントローラ４０は、その機能的構成として、ガス導入制御部４１、予備放電制御部（第１パルス電流制御部）４２、主放電制御部（第２パルス電流制御部）４３、及びレーザ光照射制御部４４、を有する。
【００４６】
ガス導入制御部４１は、バルブ１５ｇへガス導入開始トリガ（第１トリガ）を出力する。これにより、バルブ１５ｇを開にし、ノズル１５ｄから放電管１０の内部空間Ｚ内にガスを導入させる。予備放電制御部４２は、予備放電回路３１のＩＧＢＴ３１ｃへ放電開始トリガ（第２トリガ）を出力する。これにより、内部空間Ｚ内にガスが存在している間に、予備放電回路３１により陰電極１２及び針電極１３にスパーク放電パルス電流を流して、陰電極１２に対してスパーク放電させた後、内部空間Ｚ内がプラズマ状態となるように、予備放電回路３１により放電管１０に所定方向Ｄに沿って（所定方向Ｄとは反対方向に）予備放電パルス電流Ｉ１を流す。
【００４７】
主放電制御部４３は、放電開始トリガの出力後、主放電回路３２のＩＧＢＴ３２ｃへ主放電開始トリガ（第３トリガ）を出力する。これにより、内部空間Ｚ内にガスが存在し且つ放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１が流れている間に、放電管１０に流れているパルス電流の電流値について、予備放電パルス電流Ｉ１から増大させ、予備放電パルス電流Ｉ１に主放電パルス電流Ｉ２を組み合わせた電流値とする。主放電制御部４３によるパルス電流の立ち上がり（電流値が増大を開始してから最大値となるまでの時間，図５参照）は、例えば０．５μｓ〜１０μｓである。パルス電流を増大させることにより、軸線Ｘを中心軸とする円柱状の多価電離チャネルを内部空間Ｚ内に形成すると共に、当該多価電離チャネルをピンチ効果で収縮させ、光導波路を過渡的に内部空間Ｚ内に形成する。
【００４８】
ピンチ効果及び光導波路の形成について、具体的に説明する。パルス電流を増大させることにより、放電管１０の内部空間Ｚ内で予備電離されたプラズマをさらに加熱させ、パルス電流で形成されるθ磁場（自己磁場）の磁気圧（内部空間Ｚ内で径方向内側に作用する圧力）を増加させることにより、多価電離チャネルをピンチ効果で収縮（インプロージョン）させる。そして、高速で収縮する多価電離チャネルの前面に衝撃波を駆動させ、当該収縮がスタグネートする直前の光導波路形成時間にて、多価電離チャネルと衝撃波との相互作用により光導波路を過渡的に内部空間Ｚ内に形成する。光導波路形成時間は、例えば１００ｎｓ〜２００ｎｓである（図６参照）。
【００４９】
図３（ｂ）は、光導波路が形成される時点での内部空間Ｚにおける電子密度分布を模式的に示すグラフである。図３（ｂ）に示されるグラフでは、放電管１０の軸方向と直交する面での電子密度分布を示している。内部空間Ｚにおいて過渡的に形成される光導波路は、光ファイバと同様の機能を有する。光導波路では、径方向の電子密度分布が放物凹型の分布を有し、軸方向において当該分布が一様に保たれている状態である。放物凹型の電子密度分布は、光ファイバと同様の凸型の屈折率分布を生成する。
【００５０】
図１に戻り、レーザ光照射制御部４４は、レーザ光源２１を制御し、光導波路形成時間内に内部空間Ｚ内へパルスレーザ光Ｌをレーザ光源２１から照射させる。これにより、過渡的に内部空間Ｚ内に形成した光導波路にて当該パルスレーザ光Ｌを導波させ、パルスレーザ光Ｌのポンデロモーティブ力により、電子ビームを加速するレーザ航跡場を内部空間Ｚ内に発生させる。
【００５１】
コントローラ４０は、電子ビーム源８０を制御し、電子ビーム源８０から放電管１０の軸方向に沿って電子ビームＥを出射させる。電子ビーム源８０から出射した電子ビームＥは、放電管１０の軸方向に沿って進み、ミラー２３に形成された孔を介して当該ミラー２３を通過した後、レーザ光照射部２０のパルスレーザ光Ｌと同軸に放電管１０の陰電極１２側から内部空間Ｚに入射する。
【００５２】
なお、電圧波形測定器によって、放電管１０に印加されている電圧波形をモニターすることができる。この場合、電圧波形測定器は、陽電極１１と陰電極１２との間に接続されている。電圧波形測定器としては、例えばオシロスコープを用いることができる。電圧波形測定器によれば、多価電離チャネルの出現時のインピーダンス上昇により現れる当該電圧波形の上昇のピークタイミングをモニターすることができる。コントローラ４０は、当該電圧波形の上昇のピークタイミングに基づくことで、多価電離チャネルが出現する上記光導波路形成時間を決定することが可能となる。
【００５３】
次に、電子加速器１００を用いて光導波路を形成して電子ビームを加速する方法について、図４〜図６を参照しつつ説明する。
【００５４】
まず、放電管１０の内部空間Ｚ内にガスを導入する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、コントローラ４０のガス導入制御部４１によりバルブ１５ｇにガス導入開始トリガを入力し、当該入力に応じてバルブ１５ｇを開にし、ノズル１５ｄにより放電管１０の内部空間Ｚ内に所定量のガスをパルス的に噴射（入射）する。ガスは、ノズル１５ｄを介して、軸線Ｘを基準として軸対称に内部空間Ｚ内に噴射される。ガスは、ノズル１５ｄを介して、所定方向Ｄに沿って超音速で流れるように内部空間Ｚ内に噴射される。内部空間Ｚ内に噴射されたガスは、内部空間Ｚ内において、１ｃｍ／μｓ程度の速度で所定方向Ｄに沿って進む。
【００５５】
放電回路３０の予備放電回路３１によりスパーク放電させる（ステップＳ２）。ステップＳ２では、コントローラ４０の予備放電制御部４２によりＩＧＢＴ３１ｃに放電開始トリガを入力し、当該入力に応じて内部空間Ｚ内にガスが存在している間に、陰電極１２に対して予備放電回路３１によりスパーク放電させる。
【００５６】
放電回路３０の予備放電回路３１により予備放電を開始する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、内部空間Ｚ内にガスが存在している間に、予備放電回路３１により放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１を流す。これにより、内部空間Ｚ内を一様な１価電離したプラズマ状態とする（予備電離する）。
【００５７】
放電回路３０の主放電回路３２により主放電を開始する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、コントローラ４０の主放電制御部４３によりＩＧＢＴ３２ｃに主放電開始トリガを入力し、当該入力に応じて内部空間Ｚ内にガスが存在し且つ放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１が流れている間に、主放電回路３２により予備放電パルス電流Ｉ１に加えて主放電パルス電流Ｉ２を放電管１０に流す。これにより、放電管１０に流れているパルス電流の電流値Ｉａｌｌを、時間経過とともに増大させ、内部空間Ｚ内に多価電離チャネルを形成する（ステップＳ５）。時間経過とともに増大するパルス電流の電流値Ｉａｌｌで形成されるθ磁場（自己磁場）の磁気圧で、多価電離チャネルを収縮させる（ステップＳ６）。
【００５８】
図６は、パルス電流の電流値Ｉａｌｌ及び多価電離チャネルの径Ｒの時間変化を示すグラフである。図６に示されるように、放電管１０に流れているパルス電流の電流値Ｉａｌｌが増大すると共に、多価電離チャネルの径Ｒが小さくなる。多価電離チャネルの収縮がスタグネートする時刻の直前の時刻ｔ１から時刻ｔ２に亘る光導波路形成時間にて、光導波路を過渡的に内部空間Ｚ内に形成する。これと共に、この光導波路形成時間内の時刻ｔ３にて、ＴＷ（テラワット）超級の高強度なパルスレーザ光Ｌをレーザ光源２１から出射させ、当該パルスレーザ光Ｌを内部空間Ｚ内へその中心軸に沿って照射する（ステップＳ７）。光導波路に当該パルスレーザ光Ｌを導波させ、レーザ航跡場を内部空間Ｚ内に発生させる（ステップＳ８）。なお、多価電離チャネルは、収縮がスタグネートした後、膨張ないし崩れる。
【００５９】
なお、図６の点線は、高速放電回路によってパルス電流を立ち上げた場合のパルス電流Ｉ３と多価電離チャネルの径ｒとの時間変化を示している。高速放電回路によってパルス電流を立ち上げた場合、パルス電流の立ち上がりは、１０ｎｓ程度であり、光導波路形成時間は、１ｎｓ〜２ｎｓ程度である。
【００６０】
コントローラ４０のレーザ光照射制御部４４により、光導波路形成時間内に内部空間Ｚ内へ電子ビームＥを電子ビーム源８０から出射させ、内部空間Ｚ内に発生させたレーザ航跡場に電子ビームＥを入射させる（ステップＳ９）。当該電子ビームＥは、レーザ航跡場により加速され、放電管１０の陽電極１１側から出射される（ステップＳ１０）。
【００６１】
以上、本実施形態では、放電管１０の内部空間Ｚ内がプラズマ状態となった後に、放電管１０に流れているパルス電流の電流値が増大され、ピンチ効果による多価電離チャネルの収縮が開始される。これにより、多価電離チャネルの収縮の初期における擾乱（電子の密度及び電気導電度等の不均一）が少なくなり、多価電離チャネルを安定的に収縮させることができる。また、内部空間Ｚ内には、磁場形成部５０により所定方向Ｄに沿う磁場が印加される。これにより、内部空間Ｚ内においては、当該磁場が磁気絶縁効果によって所定方向Ｄに沿って電子をガイドする（電子が磁場に巻き付く）ように作用し、電子ひいてはパルス電流が所定方向Ｄに沿って流れやすくなる。そのため、当該パルス電流を増大させることで生じるピンチ効果による多価電離チャネルの収縮（それに寄与するθ磁場の分布）を所定方向Ｄ回りで均一化でき、多価電離チャネルを安定的に収縮させることができる。以上により、例えば高速放電回路を用いてパルス電流を高速に立ち上げなくても、光導波路を安定的に形成することができる。パルス電流を高速に立ち上げることに起因して、光導波路形成時間（光導波路の寿命）が放電回路３０の第１スイッチジッタ及び第２スイッチジッタよりも小さくなることを抑制することができる。その結果、光導波路とパルスレーザ光Ｌとを容易且つ正確に同期させることができ、光導波路にてパルスレーザ光Ｌを確実に導波させることが可能となる。
【００６２】
多価電離チャネルの収縮過程における流体的不安定性について説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、放電管１０に流れているパルス電流の電流値Ｉａｌｌが増大すると、パルス電流で形成されるθ磁場Ｂθの磁気圧が増加し、多価電離チャネルＣがピンチ効果によって収縮する。多価電離チャネルＣの収縮過程においては、収縮の初期における擾乱が成長し、多価電離チャネルＣの流体的不安定性が大きくなった結果、例えば、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示されるように、多価電離チャネルＣが、収縮過程においてくびれ等の発生によってちぎれ（崩壊）てしまう場合がある。又は、例えば、図７（ｅ）及び図７（ｆ）に示されるように、多価電離チャネルＣが、収縮過程において屈曲等の発生によってちぎれてしまう場合がある。これに対して、本実施形態では、上述したように、多価電離チャネルＣを安定的に収縮させることができ、光導波路を安定的に形成することができる。
【００６３】
本実施形態によれば、高速放電回路のような低インダクタンス化が不要となる。例えば低インダクタンス化のための立体回路が不要となる。放電回路３０を非立体回路とし、構造を単純化できると共に、放電回路３０の寿命を長くすることができる。
【００６４】
本実施形態では、放電回路３０により所定方向Ｄに沿って放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１及び主放電パルス電流Ｉ２を流す。磁場形成部５０で印加された磁場の方向に沿って予備放電パルス電流Ｉ１及び主放電パルス電流Ｉ２が流れることから、当該磁場によって電子をガイドする作用を効果的に発揮させることができる。所定方向Ｄに沿って流れる主放電パルス電流Ｉ２を増大させることで生じるピンチ効果による多価電離チャネルの収縮を均一化できる。多価電離チャネルを安定的に収縮させることができ、光導波路を安定的に形成することができる。
【００６５】
本実施形態では、放電回路３０により放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１を流す前に、放電管１０の内部空間Ｚ内にガスを導入し、ガスは、ノズル１５ｄを介して、軸線Ｘを基準として軸対称に内部空間Ｚに導入される。これにより、内部空間Ｚ内におけるガスの分布が軸線Ｘを基準として軸対称となるように、内部空間Ｚ内にガスを導入することができる。多価電離チャネルの収縮の初期における擾乱が少なくなり、多価電離チャネルを安定的に収縮させ、光導波路を安定的に形成することができる。
【００６６】
本実施形態では、パルス電流の立ち上がりは、０．５μｓ〜１０μｓである。パルス電流の立ち上がりが遅いほど、光導波路形成時間は長くなる（図６参照）。このことから、パルス電流の立ち上がりを０．５μｓ〜１０μｓと遅くすることで、光導波路形成時間を１００ｎｓ〜２００ｎｓと十分に長くすることができる。ひいては、光導波路形成時間を、放電回路３０の第１スイッチジッタ（例えば数ｎｓ）及び第２スイッチジッタ（例えば数ｎｓ）よりも長くすることができる。すなわち、本実施形態では、「第１スイッチジッタ及び第２スイッチジッタ＜＜光導波路形成時間」を実現することができる。光導波路とパルスレーザ光Ｌとを容易且つ正確に同期させることができ、光導波路にてパルスレーザ光Ｌを確実に導波させることが可能となる。
【００６７】
なお、パルス電流の立ち上がりが０．５μｓよりも小さいと、多価電離チャネルの収縮が速くなり、光導波路形成時間が放電回路３０の第１スイッチジッタ及び第２スイッチジッタよりも小さくなるおそれが顕著となる。一方で、パルス電流の立ち上がりが１０μｓよりも大きいと、多価電離チャネルの収縮が遅くなり、光導波路が形成される前に多価電離チャネルが崩れてしまうおそれが顕著となる。そこで、本実施形態では、パルス電流の立ち上がりを０．５μｓ〜１０μｓに設定している。
【００６８】
本実施形態では、予備放電回路３１により放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１を流す前に、予備放電回路３１により放電管１０に設けられた陰電極１２に対してスパーク放電させる。スパーク放電により、紫外光等の放射線を発生させて、内部空間Ｚ内のガスに照射することができる。具体的には、陰電極１２及び針電極１３にスパーク放電パルス電流を流してスパーク放電を生じさせると、陰電極１２及び針電極１３の近傍のガスが電離して、スパーク放電時の電子と衝突することにより紫外光等の放射線が発生する。当該紫外光が内部空間Ｚ内のガスに照射されると、放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１が流れやすくなる。これにより、ステップＳ３で予備放電パルス電流Ｉ１の立ち上がりのタイミングのばらつきを低減し、内部空間Ｚ内がプラズマ状態となるタイミングを安定化することが可能となる。予備放電パルス電流Ｉ１の立ち上がりが主放電パルス電流Ｉ２の立ち上がりの後になることが抑制され、放電管１０の内部空間Ｚ内が確実にプラズマ状態となった後に、放電管１０に流れているパルス電流の電流値を増大させ、ピンチ効果による多価電離チャネルの収縮を開始させることができる。これにより、多価電離チャネルの収縮の初期における擾乱を確実に少なくすることができる。多価電離チャネルを安定的に収縮させることができ、光導波路を安定的に形成することができる。また、ステップＳ３で内部空間Ｚ内がプラズマ状態となるタイミングを安定化することで、放電開始トリガと主放電開始トリガとのタイミングの差を容易に設定することができる。
【００６９】
本実施形態では、放電管１０は、所定方向Ｄに沿った軸線Ｘを中心軸とする筒状を呈しており、磁場形成部５０は、放電管１０を包囲するように設けられた永久磁石である。これにより、放電管１０の内部空間Ｚ内に、所定方向Ｄに沿う磁場を簡易且つ確実に印加することができる。
【００７０】
本実施形態では、ガス導入開始トリガの入力に応じて、放電管１０の内部空間Ｚ内にガスを導入し、放電開始トリガの入力に応じて、内部空間Ｚ内にガスが存在している間に、放電管１０に設けられた陰電極１２に対して予備放電回路３１によりスパーク放電させた後、内部空間Ｚ内がプラズマ状態となるように、予備放電回路３１により放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１を流し、主放電開始トリガの入力に応じて、内部空間Ｚ内にガスが存在し且つ放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１が流れている間に、主放電回路３２により予備放電パルス電流Ｉ１に加えて主放電パルス電流Ｉ２を放電管１０に流すことにより、放電管１０に流れているパルス電流の電流値Ｉａｌｌを増大させる。これにより、光導波路を安定的に形成すると共に、光導波路にてパルスレーザ光Ｌを確実に導波させることを具体的に実現することができる。
【００７１】
本実施形態によれば、次の作用効果も奏される。本実施形態では、予備放電回路３１のスイッチとして半導体スイッチが用いられている。このため、高電圧スイッチが用いられている場合に比べて、第１スイッチジッタを小さくすることができる。同様に、主放電回路３２のスイッチとして半導体スイッチが用いられている。このため、高電圧スイッチが用いられている場合に比べて、第２スイッチジッタを小さくすることができる。
【００７２】
本実施形態では、放電管１０の内部空間Ｚ内がプラズマ状態となるように、予備放電回路３１により放電管１０に予備放電パルス電流Ｉ１を流している。このため、放電管１０に主放電パルス電流Ｉ２が流れやすくなり、第２スイッチジッタを小さくすることができる。
【００７３】
本実施形態では、電圧波形測定器により、放電管１０に印加されている電圧波形をモニターしている。多価電離チャネル出現時のインピーダンス上昇に起因して、放電管１０に印加されている電圧波形に上昇のピークタイミングが現れることが見出されるため、当該電圧波形をモニターすることで、多価電離チャネルが出現する光導波路形成時間を、カメラ等を用いずに精度よく決定することができる。したがって、電圧波形の上昇ピークタイミングから光導波路形成時間を予め決定し、当該光導波路形成時間にパルスレーザ光Ｌを照射することで、パルスレーザ光Ｌと光導波路とを容易且つ正確に同期させ、光導波路にてパルスレーザ光Ｌを確実に導波させることが可能となる。
【００７４】
本実施形態では、内径が大きい放電管１０を使用可能であり、放電管１０にパルスレーザ光Ｌが当たって放電管１０が損傷してしまうおそれが少ない。光導波路は、高強度のパルスレーザ光Ｌを、従来に対して１／１００〜１／１０００の規模で長距離伝播させることができる。勾配の大きな屈折率構造の光導波路を形成することができる。予備放電を実施することから、放電管１０に電流を均一に流すことができる。
【００７５】
なお、本実施形態において、電子加速器１００におけるコントローラ４０のレーザ光照射制御部４４以外の構成が、光導波路形成装置１を構成する（図１参照）。上記ステップＳ１からステップＳ７の光導波路の形成までが、光導波路形成方法を構成する。上記ステップＳ１からステップＳ３までが、第１ステップを構成する。上記ステップＳ４からステップＳ７の光導波路の形成までが、第２ステップを構成する。
【００７６】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る軟Ｘ線レーザ照射装置（Ｘ線レーザ照射装置）を説明する。本実施形態の説明では、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【００７７】
図８は、光導波路形成装置１を備えた軟Ｘ線レーザ照射装置２００を示す概略構成図である。軟Ｘ線レーザ照射装置２００は、レーザ駆動により軟Ｘ線レーザを照射する装置である。軟Ｘ線レーザ照射装置２００において、レーザ光源２１が出射するパルスレーザ光は、例えば赤外レーザ光である。軟Ｘ線レーザ照射装置２００は、コントローラ４０（図１参照）に代えて、レーザ光照射制御部２４４を機能的構成として有するコントローラ２４０を備える。
【００７８】
レーザ光照射制御部２４４は、内部空間Ｚ内へパルスレーザ光Ｌをレーザ光源２１から照射させる。これにより、第１実施形態と同様に過渡的に内部空間Ｚ内に形成した光導波路においてパルスレーザ光Ｌを導波させ、軟Ｘ線レーザを発振する反転分布状態を内部空間Ｚ内に形成できる。その結果、自然放出により発生した光が増幅し、軟Ｘ線レーザが放電管１０の陽電極１１側から出射される。
【００７９】
以上、本実施形態では、反転分布状態を形成させるパルスレーザ光Ｌを、過渡的に形成した光導波路にて確実に導波することができる。なお、本実施形態では、放電管１０の内部空間Ｚ内に種光を入射させることにより軟Ｘ線レーザを放電管１０から出射してもよい。
【００８０】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る散乱Ｘ線発生装置を説明する。本実施形態の説明では、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。
【００８１】
図９は、光導波路形成装置１を備えた散乱Ｘ線発生装置３００を示す概略構成図である。散乱Ｘ線発生装置３００は、コンプトン散乱を利用して散乱Ｘ線を発生させる装置である。散乱Ｘ線発生装置３００において、レーザ光源２１が出射するパルスレーザ光は、例えば可視レーザ光である。散乱Ｘ線発生装置３００は、電子ビームＥをパルスレーザ光Ｌと衝突するように放電管１０の内部空間Ｚ内へ照射する電子ビーム源３８０をさらに備える。電子ビーム源３８０は、放電管１０の陽電極１１側から、電子ビームＥを内部空間Ｚ内へ入射する。散乱Ｘ線発生装置３００は、コントローラ４０（図１参照）に代えて、散乱Ｘ線用照射制御部３４４を機能的構成として有するコントローラ３４０を備える。
【００８２】
散乱Ｘ線用照射制御部３４４は、内部空間Ｚ内へパルスレーザ光Ｌをレーザ光源２１から照射させると共に電子ビームＥを電子ビーム源３８０から照射させる。これにより、第１実施形態と同様に過渡的に内部空間Ｚ内に形成した光導波路において、パルスレーザ光Ｌと電子ビームＥとを導波させて衝突させ、コンプトン散乱により散乱Ｘ線を発生させる。
【００８３】
以上、本実施形態では、コンプトン散乱により散乱Ｘ線を発生させるパルスレーザ光Ｌ及び電子ビームＥを、過渡的に形成した光導波路にて確実に導波することができる。
【００８４】
［変形例］
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記の各数値には、設計上、計測上又は製造上等の誤差が含まれていてもよい。
【００８５】
上記実施形態では、磁場形成部５０が永久磁石である例を示したが、磁場形成部５０は、例えばコイル磁石等の電磁石であってもよい。この場合でも、放電管１０の内部空間Ｚ内に、所定方向Ｄに沿う磁場を簡易且つ確実に印加することができる。磁場形成部５０が電磁石である場合、光導波路形成方法は、上記ステップＳ１又は上記ステップＳ４の前から内部空間Ｚ内に磁場を印加するステップを更に備えてもよい。つまり、光導波路形成方法では、第１ステップ又は第２ステップの前から、内部空間Ｚ内に磁場が印加されてもよい。この場合、内部空間Ｚ内に、適切なタイミングで磁場を印加することができる。磁場は、少なくとも上記ステップＳ４の前から、内部空間Ｚ内に印加されればよい。つまり、磁場は、少なくとも第２ステップにおいて内部空間Ｚ内に印加されればよい。
【００８６】
上記実施形態では、陰電極１２に対してスパーク放電させる例を示したが、陽電極１１に対してスパーク放電させてもよい。この場合、針電極１３は、陽電極１１に対して放電管１０とは反対側に設けられている。予備放電制御部４２は、予備放電回路３１により陽電極１１及び陰電極１２の何れかに対してスパーク放電させる。
【００８７】
上記実施形態では、陰電極１２に対してスパーク放電させる例を示したが、スパーク放電に代えて、例えばレーザ光を内部空間Ｚ内に照射してもよい。
【００８８】
上記実施形態において、放電管１０の内壁面の形状は特に限定されない。例えば図１０（ａ）に示される上記実施形態のように、放電管１０の内壁面は、放電管１０の軸線と平行な直線状に延びる形状を呈していてもよい。この場合、多価電離チャネルの収縮過程では、放電管１０の一端側（図示右側）及び他端側（図示左側）から外部に、多価電離チャネルを構成するプラズマＰが吹き出す。具体的には、多価電離チャネルの収縮過程においては、内部空間Ｚから陽電極１１の貫通孔１１ａ（詳細は図２参照）を介して、軸方向における一端側に向かう方向に沿ってプラズマＰが吹き出すと共に、内部空間Ｚから陰電極１２の貫通孔１２ａ，１６ａ，１３ａ（詳細は図２参照）を介して、軸方向における他端側に向かう方向に沿ってプラズマＰが吹き出す。放電管１０の一端側及び他端側から吹き出すプラズマＰの分布は等しい。
【００８９】
また、例えば図１０（ｂ）に示されるように、放電管１０の内壁面は、放電管１０の軸線に対して傾斜する方向に延びるテーパ形状を呈していてもよい。具体的には、放電管１０の内壁面は、他端側から一端側に行くに従って内径が大きくなるように延び、放電管１０の一端側の内径は、放電管１０の他端側の内径よりも大きくてもよい。これにより、多価電離チャネルの収縮過程では、内部空間Ｚから外部に吹き出すプラズマＰの分布を変えることができる。具体的には、多価電離チャネルの収縮過程においては、放電管１０の一端側からのプラズマＰの吹き出しが、放電管１０の他端側からのプラズマＰの吹き出しに比べて大きくなる。吹き出したプラズマＰは放電管１０内に入力されるパルスレーザ光Ｌの集光状態を悪化させるため、放電管１０の他端側からのプラズマＰの吹き出しを減らすことにより、放電管１０の他端側付近でのパルスレーザ光Ｌの集光状態の悪化を防ぐことができる。なお、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）においては、陽電極１１及び陰電極１２の図示が簡略化されている。
【００９０】
上記実施形態では、ガスを放電管１０の内部空間Ｚ内に導入する例を示したが、ガスは、予め放電管１０の内部空間Ｚ内に封入されていてもよい。この場合、放電管１０の内部空間Ｚは、放電管１０の外部に開放されていない。放電管１０の内部空間Ｚは、密封されている。
【００９１】
上記実施形態では、内部空間Ｚ内に導入されるガスの種類及び密度、並びに、放電管１０に流すパルス電流の電流値に基づいて、光導波路形成時間を決定（制御）してもよい。ガスの種類及び密度、並びに、放電管１０に流すパルス電流の電流値といったパラメータにより、ピンチ効果の影響を把握できる。よって、これらのパラメータに基づくことで、光導波路形成時間を精度よく定めることができる。決定した光導波路形成時間にパルスレーザ光Ｌを照射することで、パルスレーザ光Ｌと光導波路とを容易且つ正確に同期させ、光導波路にてパルスレーザ光Ｌを確実に導波させることが可能となる。
【００９２】
上記実施形態では、容器として放電管１０を用いたが、容器としては放電管１０に特に限定されず、種々の容器を用いることができる。上記実施形態において、陽電極１１、陰電極１２及び針電極１３の周囲には、例えば冷却水によって各電極を冷却するための冷却装置が設けられていてもよい。
【００９３】
本発明の光導波路形成装置が適用される装置は、上記に限定されるものではない。本発明の光導波路形成装置は、光導波路を利用する種々の装置に適用してもよく、例えば動的電子顕微鏡に適用してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１…光導波路形成装置、１０…放電管（容器）、１１…陽電極、１２…陰電極、１５ｄ…ノズル（ガス導入ノズル）、３０…放電回路、４０…コントローラ、５０…磁場形成部、Ｄ…所定方向、Ｘ…軸線、Ｚ…内部空間。
【図１】
2020080254.tif 000003
【図２】
2020080254.tif 000004
【図３】
2020080254.tif 000005
【図４】
2020080254.tif 000006
【図５】
2020080254.tif 000007
【図６】
2020080254.tif 000008
【図７】
2020080254.tif 000009
【図８】
2020080254.tif 000010
【図９】
2020080254.tif 000011
【図１０】
2020080254.tif 000012