(57)【要約】      （修正有）【課題】測定精度を維持しつつ、常温環境下で簡易かつ短時間で測定できる小型の絶対光強度測定装置及び該装置を用いた絶対光強度測定方法を提供する。【解決手段】絶対光強度測定装置５０は、少なくとも、光源から照射される光を受光する受光板２ａ、及び一端側に前記光を通過させる開口部が形成されるとともに胴部他端側に前記受光板が支持される筒状部材２ｂを有する受光部１と、前記受光部の外周に前記受光部と離間して配され、前記受光板に照射される前記光の光軸上の位置が開口される第１の熱シールド１１と、前記第１の熱シールドに接続され、前記第１の熱シールドを温度制御可能に加熱する第１の熱シールド用ヒータ部１３と、を有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、光源から照射される光を受光する受光板、及び一端側に前記光を通過させる開口部が形成されるとともに胴部他端側に前記受光板が支持される筒状部材を有する受光部と、
前記受光部の外周に前記受光部と離間して配され、前記受光板に照射される前記光の光軸上の位置が開口される第１の熱シールドと、
前記第１の熱シールドに接続され、前記第１の熱シールドを温度制御可能に加熱する第１の熱シールド用ヒータ部と、
を有することを特徴とする絶対光強度測定装置。
【請求項２】
更に、受光部に接続され、前記受光部の温度が前記光の照射前後で一定になるように前記受光部を加熱する受光部用ヒータ部を有し、
室温をＴ０とし、第１の熱シールドの温度をＴ１とし、前記受光部の温度をＴ２としたとき、次式、Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２を満たすように、第１の熱シールド用ヒータ部及び前記受光部用ヒータ部の加熱が制御可能とされる請求項１に記載の絶対光強度測定装置。
【請求項３】
更に、第１の熱シールドの外周に前記第１の熱シールドと離間して配され、受光板に照射される光の光軸上の位置が開口される第２の熱シールドと、
前記第２の熱シールドに接続され、前記第２の熱シールドを加熱する第２の熱シールド用ヒータ部と、を有し、
第１の熱シールド用ヒータ部の加熱が、前記光の照射により昇温する受光部の温度変化に追従して、前記第１の熱シールド用容器の温度を前記受光部の温度と等温になるように制御可能とされ、
室温をＴ０とし、前記第２の熱シールドの温度をＴ３とし、前記第１の熱シールドの温度をＴ４としたとき、次式、Ｔ０＜Ｔ３≦Ｔ４を満たすように、前記第１の熱シールド用ヒータ部及び前記第２の熱シールド用ヒータ部の加熱が制御可能とされる請求項１に記載の絶対光強度測定装置。
【請求項４】
第１の熱シールドが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びこれらの合金のいずれかで形成される請求項１から３のいずれかに記載の絶対光強度測定装置。
【請求項５】
請求項２に記載の絶対光強度測定装置を用いた絶対光強度測定方法であって、
光照射前の受光部に対し、前記受光部の温度をＴ２に加熱したときの受光部用ヒータ部の出力Ｗ０を検出する第１の出力検出ステップと、
加熱された状態の前記受光部に対し、前記光を受光板に照射する光照射ステップと、
前記光の照射により昇温した前記受光部に対し、前記受光部用ヒータ部を前記出力Ｗ０より低い出力で作動させて、前記受光部の温度をＴ２に降温させたときの前記受光部用ヒータ部の出力Ｗ１を検出する第２の出力検出ステップと、
前記出力Ｗ０及び前記出力Ｗ１の差に基づき、前記光の絶対強度を算出する演算処理ステップと、
を含むことを特徴とする絶対光強度測定方法。
【請求項６】
請求項３に記載の絶対光強度測定装置を用いた絶対光強度測定方法であって、
光照射前の受光部の温度情報を検出する第１の温度検出ステップと、
前記光を受光板に照射する光照射ステップと、
前記光の照射により昇温した状態の前記受光部の温度情報を検出する第２の温度検出ステップと、
検出された前記光の照射前後の前記受光部の前記温度情報の差に基づき、前記光の絶対強度を算出する演算処理ステップと、
を含むことを特徴とする絶対光強度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線自由電子レーザ光を含む光の絶対強度を測定する絶対光強度測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自由電子レーザは、光速度近くまで加速した電子ビームを磁界中に入射し、磁界によって振動する電子からの放出光と電子の振動位相を合わせることにより、光増幅を行わせて発振させるレーザで、半導体レーザ等の通常のレーザとは、原理的に異なるレーザである。
自由電子レーザのうち、Ｘ線領域で発振を行うレーザは、Ｘ線自由電子レーザ（ＸＦＥＬ：Ｘ−ｒａｙ  Ｆｒｅｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌａｓｅｒ）と呼ばれ、日本では、独立行政法人理化学研究所と公益財団法人高輝度光科学研究センターが共同で建設した光源施設であるＳＡＣＬＡ（ＳＰｒｉｎｇ−８  Ａｎｇｓｔｒｏｍ  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｆｒｅｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌａｓｅｒ）での利用が開始され、様々な技術分野での貢献が期待されている。
【０００３】
Ｘ線自由電子レーザを用いて実験を行う場合、そのレーザ強度が実験結果に大きな影響を与える。また、レーザ強度は、最も基本的な物理量を示すものであり、国際単位系（ＳＩ）にトレーサブルな値を示すことが、ＳＡＣＬＡのような光源施設にとって重要事項となる。そのため、Ｘ線自由電子レーザの強度を正確に測定する技術が求められている。
【０００４】
このようなＸ線自由電子レーザの絶対強度を測定する装置としては、本発明者らが開発したものとして、極低温カロリメータが知られている（非特許文献１参照）。極低温カロリメータの概略図を図１に示す。該図１に示すように、極低温カロリメータ１００は、Ｘ線自由電子レーザ光源から照射される光（Ｘ線自由電子レーザ光）を受光する受光部１０１と、受光部１０１を液体ヘリウム温度に冷却する液体ヘリウム室１０２と、液体窒素室１０３と、これら各部を収容する真空容器１０４とで構成される。光強度測定方法としては、液体ヘリウム温度に冷却された受光部１０１に光を入射させ、その温度上昇を測定することで行う。光を入射させたときの温度変化の例を図２に示す。該図２に示すように、受光部１０１に光を入射させると、温度が上昇することが分かる。ここで、予め電気ヒータにより受光部１０１を加熱し、電気ヒータの入力電力（Ｗ）と受光部１０１の温度上昇との関係を得ておけば、受光部１０１の温度上昇から、光の強度（Ｗ）を見積もることができる。例えば、図２に示す測定ケースでは、光の強度が７．３３６μＷと見積もられる。このような極低温カロリメータ１００によれば、受光部１０１の上昇温度が光の照射時間中、安定的に観察され、Ｘ線自由電子レーザの強度を正確に測定し易い。
【０００５】
しかしながら、極低温カロリメータ１００では、作動温度が液体ヘリウム温度であることから、設置から使用可能となるまでに冷却期間として４日程度要する問題がある。また、極低温及び高真空の条件が必要になるため、装置が大型化する問題がある。Ｘ線自由電子レーザ施設の設置場所は、限られており、測定装置の運搬や設置の観点から小型化可能な構成が求められる。また、液体ヘリウム、液体窒素等の冷媒を用いるため、ランニングコストが高く、また、その補充等の取り扱いが煩雑となる問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M. Kato, T. Tanaka, T. Kurosawa, N. Saito, M. Richter, A. A.Sorokin, K. Tiedtke, T. Kudo, K. Tono, M. Yabashi and T. Ishikawa, “Pulseenergy measurement at the hard x-ray laser in Japan”, Applied Physics Letters101巻 2号 023503 (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、測定精度を維持しつつ、常温環境下で簡易かつ短時間で測定できる小型の絶対光強度測定装置及び該装置を用いた絶対光強度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。
＜１＞  少なくとも、光源から照射される光を受光する受光板、及び一端側に前記光を通過させる開口部が形成されるとともに胴部他端側に前記受光板が支持される筒状部材を有する受光部と、前記受光部の外周に前記受光部と離間して配され、前記受光板に照射される前記光の光軸上の位置が開口される第１の熱シールドと、前記第１の熱シールドに接続され、前記第１の熱シールドを温度制御可能に加熱する第１の熱シールド用ヒータ部と、を有することを特徴とする絶対光強度測定装置。
＜２＞  更に、受光部に接続され、前記受光部の温度が前記光の照射前後で一定になるように前記受光部を加熱する受光部用ヒータ部を有し、室温をＴ０とし、第１の熱シールドの温度をＴ１とし、前記受光部の温度をＴ２としたとき、次式、Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２を満たすように、第１の熱シールド用ヒータ部及び前記受光部用ヒータ部の加熱が制御可能とされる前記＜１＞に記載の絶対光強度測定装置。
＜３＞  更に、第１の熱シールドの外周に前記第１の熱シールドと離間して配され、受光板に照射される光の光軸上の位置が開口される第２の熱シールドと、前記第２の熱シールドに接続され、前記第２の熱シールドを加熱する第２の熱シールド用ヒータ部と、を有し、第１の熱シールド用ヒータ部の加熱が、前記光の照射により昇温する受光部の温度変化に追従して、前記第１の熱シールド用容器の温度を前記受光部の温度と等温になるように制御可能とされ、室温をＴ０とし、前記第２の熱シールドの温度をＴ３とし、前記第１の熱シールドの温度をＴ４としたとき、次式、Ｔ０＜Ｔ３≦Ｔ４を満たすように、前記第１の熱シールド用ヒータ部及び前記第２の熱シールド用ヒータ部の加熱が制御可能とされる前記＜１＞に記載の絶対光強度測定装置。
＜４＞  第１の熱シールドが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びこれらの合金のいずれかで形成される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の絶対光強度測定装置。
＜５＞  前記＜２＞に記載の絶対光強度測定装置を用いた絶対光強度測定方法であって、光照射前の受光部に対し、前記受光部の温度をＴ２に加熱したときの受光部用ヒータ部の出力Ｗ０を検出する第１の出力検出ステップと、加熱された状態の前記受光部に対し、前記光を受光板に照射する光照射ステップと、前記光の照射により昇温した前記受光部に対し、前記受光部用ヒータ部を前記出力Ｗ０より低い出力で作動させて、前記受光部の温度をＴ２に降温させたときの前記受光部用ヒータ部の出力Ｗ１を検出する第２の出力検出ステップと、前記出力Ｗ０及び前記出力Ｗ１の差に基づき、前記光の絶対強度を算出する演算処理ステップと、を含むことを特徴とする絶対光強度測定方法。
＜６＞  前記＜３＞に記載の絶対光強度測定装置を用いた絶対光強度測定方法であって、光照射前の受光部の温度情報を検出する第１の温度検出ステップと、前記光を受光板に照射する光照射ステップと、前記光の照射により昇温した状態の前記受光部の温度情報を検出する第２の温度検出ステップと、検出された前記光の照射前後の前記受光部の前記温度情報の差に基づき、前記光の絶対強度を算出する演算処理ステップと、を含むことを特徴とする絶対光強度測定方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、測定精度を維持しつつ、常温環境下で簡易かつ短時間で測定できる小型の絶対光強度測定装置及び該装置を用いた絶対光強度測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】極低温カロリメータの概略図である。
【図２】極低温カロリメータに光を入射させたときの温度変化の例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る絶対光強度測定装置の概略図である。
【図４】各ヒータ部の温度制御を示すブロック図である。
【図５】精密抵抗測定器の回路構成を示す図である。
【図６】光学系の概要を示す説明図である。
【図７】等温制御による測定結果を示す図である。
【図８】準断熱制御による測定結果を示す図である。
【図９】オンラインビームモニタの校正状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る絶対光強度測定装置を図３を主として参照しつつ説明する。
【００１２】
絶対光強度測定装置５０は、受光部１、受光部用ヒータ部３、第１の熱シールド１１、第１の熱シールド用ヒータ部１３、第２の熱シールド２１、及び第２の熱シールド用ヒータ部２３を主部材として構成される。
【００１３】
受光部１は、光源から照射される光を受光する受光板２ａと、一端側に前記光を通過させる開口部が形成されるとともに胴部他端側に受光板２ａが支持される筒状部材２ｂとで構成される。
受光板２ａは、前記光の光軸と直交する垂直面に対して傾斜させた状態で支持される。受光板２ａに照射される前記光は、受光板２ａに吸光されるか反射され、反射光は、筒状部材２ｂ内で吸光、反射を繰り返し、次第に減衰しながら全光エネルギーが受光板２ａ及び筒状部材２ｂに吸収される。筒状部材２ｂの形状としては、前記光の吸光、反射を効果的に行う観点から、開口部が形成される一端側に向かって先細りの形状とされることが好ましい。
受光板２ａ及び筒状部材２ｂの形成材料としては、特に制限はないが、Ｘ線自由電子レーザの光エネルギーを効果的に吸収させる場合、Ａｕ、Ｃｕ及びこれらの合金のいずれかが好ましく、中でも、受光板２ａをＡｕで形成し、筒状部材２ｂをＣｕで形成することが好ましい。
【００１４】
受光部用ヒータ部３は、受光部１に接続され、受光部１を所定温度に加熱するように制御可能とされる。その詳細な構成については、後述する。
また、受光部用ヒータ部３は、テフロン（登録商標）などの断熱材で形成されるスペーサ７ａ，７ｂにより、第１の熱シールド１１に支持される。なお、スペーサ７ａ，７ｂは、直接、受光部１を支持するように配されていてもよい。前記断熱材としては、測定対象となる光のエネルギーに応じて適宜選択することができる。
また、受光部用ヒータ部３は、図示しない配線により、外部電源、ＰＣ等の演算処理部と接続可能とされる。なお、この点は、後述する第１の熱シールド用ヒータ部１３及び第２の熱シールド用ヒータ部２３においても、同様である。
【００１５】
第１の熱シールド１１は、受光部１の外周に受光部１と離間して配され、受光板２ａに照射される前記光の前記光軸上の位置が開口されるように構成される。また、第１の熱シールド１１は、テフロンなどの断熱材で形成されるスペーサ１７ａ，１７ｂにより、第２の熱シールド２１に支持される。
第１の熱シールド用ヒータ部１３は、第１の熱シールド１１に接続され、該第１の熱シールド１１を温度制御可能に加熱する。なお、その詳細な構成については、受光部用ヒータ部３の構成とともに後述する。
【００１６】
この第１の熱シールド１１は、第１の熱シールド用ヒータ部１３により、所定温度に加熱され、外部の熱影響から内部をシールドする役割を有する。これにより、極低温カロリメータのように、極低温及び高真空としなくても、受光部１が外部の熱影響を受けず、簡易かつ短時間で正確なレーザ光絶対強度の測定が可能となる。即ち、絶対光強度測定装置５０では、常温、大気圧又は低真空の環境下で用いることができる。
ところで、外部の熱影響から内部をシールドする観点からは、第１の熱シールド用ヒータ部１３を用いることなく、第１の熱シールド１１の熱容量を大きくして、外部の熱影響から内部をシールドする形態も考えられる。しかしながら、このような形態では、第１の熱シールド１１が大型化し、装置の小型化が困難になる。また、この形態では、外部の熱影響を小さくすることができるものの、この熱影響を排除することはできないため、正確な測定が困難となる。
そのため、絶対光強度測定装置５０では、第１の熱シールド１１を第１の熱シールド用ヒータ部１３で加熱する構成とする。
こうした観点から、第１の熱シールド１１としては、熱容量が小さく、熱伝導率が大きい材料で形成されることが好ましく、特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びこれらの合金で形成されることが好ましい。
なお、図３中、第１の熱シールド用ヒータ部１３は、第１の熱シールド１１に対して、１箇所に配置されているが、第１の熱シールド１１全体を均一に加熱するため、複数箇所に配置されていてもよい。また、この点は、後述する第２の熱シールド用ヒータ部２３においても同様である。
【００１７】
第２の熱シールド２１は、第１の熱シールド１１の外周に第１の熱シールド１１と離間して配され、受光板２ａに照射される前記光の前記光軸上の位置が開口されるように構成される。また、第２の熱シールド２１は、テフロンなどの断熱材で形成されるスペーサ２７ａ，２７ｂにより、真空容器の容器壁などの壁４０に支持される。
第２の熱シールド２１は、第１の熱シールド１１と同様、外部の熱影響から内部をシールドする役割を有し、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びこれらの合金で形成されることが好ましい。
また、第２の熱シールド用ヒータ部２３は、第２の熱シールド２１に接続され、該第２の熱シールド２１を温度制御可能に加熱する。なお、その詳細な構成については、受光部用ヒータ部３、第１の熱シールド用ヒータ部１３の構成とともに後述する。また、図３中、第２の熱シールド用ヒータ部２３は、第２の熱シールド２１に対して、１箇所に配置されているが、第２の熱シールド２１全体を均一に加熱するため、複数箇所に配置されていてもよい。
【００１８】
必要に応じて、断熱容器３１を配してもよい。断熱容器３１は、第２の熱シールド２１の外周に第２の熱シールド２１と離間して配され、受光板２ａに照射される前記光の前記光軸上の位置が開口されるように構成される。また、断熱容器３１は、壁４０に支持される。断熱容器３１の形成材料としては、特に制限はなく、テフロン等の公知の断熱材を用いることができる。
【００１９】
絶対光強度測定装置５０は、図３に示す壁４０のほか、各種支持材に支持されていてもよい。本例では、壁４０は、真空容器の容器壁であり、絶対光強度測定装置５０が前記真空容器内に設置される。ただし、絶対光強度測定装置５０としては、大気圧下でも動作させることができる。
【００２０】
受光部用ヒータ部３、第１の熱シールド用ヒータ部１３及び第２の熱シールド用ヒータ部２３の各ヒータ部の具体的な構成について、図４を参照しつつ、説明する。なお、図４は、各ヒータ部の温度制御を示すブロック図である。
【００２１】
図４に示すように、受光部用ヒータ部３は、受光部用温度センサ４、精密抵抗測定器５及び受光部用ヒータ加熱部６で構成される。また、同様に、第１の熱シールド用ヒータ部１３は、第１の熱シールド用温度センサ１４、精密抵抗測定器１５及び第１の熱シールド用ヒータ加熱部１６で構成され、第２の熱シールド用ヒータ部２３部は、第２の熱シールド用温度センサ２４、精密抵抗測定器２５及び第２の熱シールド用ヒータ加熱部２６で構成される。ここでは、代表して受光部用ヒータ部３について説明する。
【００２２】
受光部用温度センサ４としては、サーミスタが用いられる。該受光部用温度センサ４は、温度制御の対象となる受光部１に接続され、受光部１から伝導される熱に基づき、受光部１の温度が検出可能とされる。
精密抵抗測定器５は、サーミスタの抵抗を含むブリッジ回路により構成される。精密抵抗測定器５の回路構成を図５に示す。
このブリッジ回路は、サーミスタの抵抗ａ、固定抵抗ｂ、可変抵抗ｃ、固定抵抗ｄ、点Ｐ，Ｐ’間の電位差を検出する電圧検出部８及び電源部９で構成され、固定抵抗ｂ，ｄに対して、可変抵抗ｃを調節することで、サーミスタの抵抗ａの抵抗を測定可能とされる。
なお、本例では、サーミスタの抵抗ａを精密に測定するため、電圧検出部８として、ロックインアンプが適用され、また、電源部９として、交流発振回路が適用される。
【００２３】
再び図４を参照し、精密抵抗測定器５で測定されたサーミスタの抵抗ａに基づいて検出される受光部１の温度情報を演算処理部６０に出力し、演算処理部６０では、受光部１の温度が目的の値となるように、受光部用ヒータ加熱部６の電力出力をＰＩＤ制御する。
なお、ＰＩＤ制御は、装置の小型化、測定の簡便性の観点から、各ヒータ部に対し、１つの演算処理部（演算処理部６０）で行う。また、各ヒータ部におけるサーミスタの個体差による抵抗値の相違は、予め補正しておくことが好ましい。
【００２４】
続いて、以上のように構成される絶対光強度測定装置５０の動作、即ち、絶対光強度測定方法を説明する。測定方法としては、等温制御による測定方法と、準断熱制御による測定方法の２つが適用可能である。
【００２５】
先ず、前記等温制御について説明する。該等温制御は、受光部１の温度が前記光の照射前後で一定になるように制御する方法である。
この場合、室温をＴ０とし、第１の熱シールド１１の温度をＴ１とし、受光部１の温度をＴ２としたとき、次式、Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２を満たすように、第１の熱シールド用ヒータ部１３及び受光部用ヒータ部３の加熱をＰＩＤ制御する。また、必要に応じて、第２の熱シールド２１を用いて、熱シールド効果をより高めた測定を行う場合には、第２の熱シールド２１の温度を室温Ｔ０より高く、第１の熱シールド１１の温度Ｔ１より低い温度となるように第２の熱シールド用ヒータ部２３の加熱をＰＩＤ制御する。
例えば、第２の熱シールド２１の温度が室温＋１℃程度で一定となるように第２の熱シールド用ヒータ部２３の加熱をＰＩＤ制御し、第１の熱シールド１１の温度が室温＋２℃程度で一定となるように第１の熱シールド用ヒータ部１３の加熱をＰＩＤ制御し、受光部１の温度が室温＋３℃程度で一定となるように受光部用ヒータ部３の加熱をＰＩＤ制御する。各ヒータ部のＰＩＤ制御は、サーミスタの抵抗が一定となるよう、加熱の電力出力（Ｗ）に対して行う。
【００２６】
測定は、先ず、受光部用ヒータ部３の加熱制御により、受光部１の温度がＴ２で一定となるように加熱したときの受光部用ヒータ部３の出力Ｗ０を検出する（第１の出力検出ステップ）。
次いで、加熱された状態の受光部１に対し、前記光を受光板２ａに照射する（光照射ステップ）。この際、受光部１の温度は、前記光のエネルギーにより一旦昇温する。
次いで、前記光の照射により昇温した受光部１に対し、前述のＰＩＤ制御により、受光部用ヒータ部３を前記出力Ｗ０より低い出力で作動させて、受光部１の温度をＴ２に降温させたときの受光部用ヒータ部の出力Ｗ１を検出する（第２の出力検出ステップ）。
次いで、前記出力Ｗ０及び前記出力Ｗ１の差に基づき、前記光の絶対強度を算出する（演算処理ステップ）。例えば、前記光の絶対強度Ｉは、次式、Ｉ（Ｗ）＝Ｗ０−Ｗ１として直接算出してもよいし、また、Ｉ（Ｗ）をエネルギー換算して算出してもよい。
以上により、Ｘ線自由電子レーザ光を含む光の絶対強度を測定することができる。
【００２７】
次に、前記準断熱制御について説明する。該準断熱制御は、第２の熱シールド用ヒータ部２３で加熱された第２の熱シールド２１により、受光部１に対する熱影響を遮断するように制御する方法であり、第１の熱シールド用ヒータ部１３の加熱を、前記光の照射により昇温する受光部１の温度変化に追従させて、第１の熱シールド１１の温度を受光部１の温度と等温になるように制御する。この制御により、受光部１の温度と、第１の熱シールド１１の温度が常に一定で、両者間の熱の伝導が起こらず、受光部１の温度変化が前記光の照射のみに起因することとなるとともに、受光部１の温度変化に基づく前記光の絶対強度が測定可能となる。なお、本制御モードでは、受光部用ヒータ部３により、受光部１の温度変化の検出を行い、受光部１の加熱は、行わない。
この場合、室温をＴ０とし、第２の熱シールド２１の温度をＴ３とし、第１の熱シールド１１の温度をＴ４としたとき、次式、Ｔ０＜Ｔ３≦Ｔ４を満たすように、第１の熱シールド用ヒータ部１３及び第２の熱シールド用ヒータ部２３の加熱をＰＩＤ制御する。
例えば、第２の熱シールド２１の温度が室温＋１℃程度で一定となるように第２の熱シールド用ヒータ部２３の加熱をＰＩＤ制御し、第１の熱シールド１１の温度が受光部１の温度と同じになるようにＰＩＤ制御する。なお、温度変化するＴ４は、その温度変化範囲で前記式を満たすように制御される。
第２熱シールド用ヒータ部２３のＰＩＤ制御は、サーミスタの抵抗が一定となるよう、加熱の電力出力（Ｗ）制御に対して行う。また、第１の熱シールド用ヒータ部１３のＰＩＤ制御は、前記光の照射により昇温する受光部１の温度を受光部用ヒータ部３のサーミスタの抵抗値で検出し、この抵抗値と等しくなるように、第１の熱シールド１１に対する加熱の電力出力（Ｗ）制御を通じて、第１の熱シールド用ヒータ部１３のサーミスタの抵抗値を制御することで行う。また、受光部１に対する前記光の照射前後の温度は、受光部用ヒータ部３における前記光照射前のサーミスタ抵抗値と、前記光の照射後、一定温度に昇温された状態の受光部用ヒータ部３におけるサーミスタ抵抗値に基づき検出される。
【００２８】
測定は、先ず、光照射前の受光部１の温度情報を検出する（第１の温度検出ステップ）。
次いで、前記光を受光板２ａに照射する（光照射ステップ）。
前記光の照射により安定的に昇温した状態の受光部１の温度情報を検出する（第２の温度検出ステップ）。
検出された前記光の照射前後の受光部１の前記温度情報の差に基づき、前記光の絶対強度を算出する（演算処理ステップ）。
例えば、前記光の絶対積算強度（エネルギー）Ｅは、次式、Ｅ（Ｊ）＝Ｃｔ×ΔＴで与えられる。
ここで、Ｃｔは、第１の熱シールド用ヒータ部１３における温度・エネルギー変換係数を示し、ΔＴは、受光部１の温度の前記光の照射前後の温度差を示す。なお、前記Ｃｔは、温度差の情報をエネルギーに変換する係数であり、予め第１の熱シールド用ヒータ部１３を動作させて取得する。絶対積算強度Ｅを前記光の照射時間で除することにより、絶対強度Ｉが与えられる。
また、測定対象となるレーザ光が比較安定している場合には、温度上昇の傾きから、その絶対強度Ｉは、次式、Ｉ（Ｗ）＝ｃ×（ΔＴｔ／ｔ）で与えられる。
ここで、ｔは、温度上昇の傾きを測定する間隔の時間を示し、ΔＴｔは、ｔの時間に変化する温度差を示し、ｃは、温度上昇傾き・パワー変換係数を示す。なお、前記ｃは、温度上昇率の情報をパワーに変換する係数であり、予め第１の熱シールド用ヒータ部１３を動作させて取得する。
なお、前記温度情報には、温度そのもののほか、各温度に対応する第１の熱シールド用ヒータ部１３の電力出力（Ｗ）の情報を含む。
以上により、Ｘ線自由電子レーザ光を含む光の絶対強度を測定することができる。
【００２９】
以上では、絶対光強度測定装置５０を前記等温制御と前記準断熱制御の双方のモードで動作可能である構成で説明をしたが、各モード専用の装置として構成してもよい。
なお、前記準断熱制御では、前記等温制御に比べ、予め前記Ｃｔ、前記ｃを取得する手間を要するものの、不安定な光の強度も測定対象とすることができる。
また、以上に説明した絶対光強度測定装置５０及び測定方法は、本発明の一実施形態を例示したものに係り、本発明の効果を損なわない限り、本発明は、種々の形態をとることができる。
【実施例】
【００３０】
ＳＡＣＬＡのＸ線自由電子レーザ光の絶対強度の測定を次のように行った。
先ず、Ｘ線自由電子レーザ光照射部の光学系を図６に示すように調整した。なお、図６は、光学系の概要を示す図である。図６中の符号７１は、Ｘ線自由電子レーザの挿入光源を示し、符号７２ａ，７２ｂは、高調波低減ミラーを示し、符号７３は、光強度減弱用シリコン製薄膜を示し、符号７４は、オンラインビームモニタを示す。
本測定は、このオンラインビームモニタ７４を透過後の光を実施例に係る絶対光強度測定装置に入射して行った。
【００３１】
実施例に係る絶対光強度測定装置は、図３に示す自由電子レーザ絶対強度測定装置５０と略同様に構成した。また、装置の小型化のために、各部材の構成材料及び寸法を次の通りとした。なお、以下の符号は、図３中のものと同じ符号を用いている。
受光部１の受光板２ａは、厚み１ｍｍのＡｕ製受光板とし、光軸と直交する垂直面に対し、６０°傾けて筒状部材２ｂに支持させた。筒状部材２ｂの開口径は、９ｍｍとし、胴部の長さは、開口−受光板中心間の距離として５０ｍｍとし、開口が形成された一端側と反対側の他端−受光板中心間の距離として１９ｍｍとし、厚みを０．２ｍｍとするＣｕ製部材とした。
第１の熱シールド１１は、開口径を１２ｍｍとし、光軸方向の長さを１０５ｍｍとし、光軸と直交する方向の長さを５５ｍｍとし、開口が形成された一端側と反対側の他端側の面の厚みを１．０ｍｍとし、これ以外の面の厚みを０．２ｍｍとするＣｕ製容器とした。
第２の熱シールド２１は、開口径を１２ｍｍとし、光軸方向の長さを１７０ｍｍとし、光軸と直交する方向の長さを１２０ｍｍとし、開口が形成された一端側と反対側の他端側の面の厚みを２．０ｍｍとし、これ以外の面の厚みを０．２ｍｍとするＣｕ製容器とした。
スペーサ７ａ，７ｂは、テフロン製棒状部材とし、光軸方向の長さを１５．８ｍｍとし、直径を５ｍｍとした。
スペーサ１７ａ，１７ｂは、テフロン製棒状部材とし、光軸方向の長さを２０ｍｍとし、直径を１０ｍｍとした。
【００３２】
このような構成で、実施例に係る絶対光強度測定装置にＸ線自由電子レーザ光を入射し、前記等温制御による光の絶対強度測定を行った。なお、ここで、Ｘ線自由電子レーザ光は、繰り返し周波数が１０Ｈｚのパルス光であり、光のエネルギーｈνが５．４５ｋｅＶである。
測定結果を図７に示す。なお、図７は、等温制御による測定結果を示す図である。
この図７の下欄に示すように、受光部１に対するＸ線自由電子レーザ光照射前後の受光部用ヒータ部３の電力出力が観測され、照射前の電力出力Ｗ０と照射後の電力出力Ｗ１との差として、１．２ｍＷのＸ線自由電子レーザ光の絶対強度が測定された。また、前記電力出力の差を１パルス当たりのエネルギーに換算したＸ線自由電子レーザ光の絶対強度は、約１２０μＪ／ｓｈｏｔであった。
【００３３】
次に、実施例に係る絶対光強度測定装置にＸ線自由電子レーザ光を入射し、前記準断熱制御による光の絶対強度測定を行った。なお、ここで、Ｘ線自由電子レーザ光は、繰り返し周波数が１０Ｈｚのパルス光であり、光のエネルギーｈνが１３．５ｋｅＶである。
測定結果を図８に示す。なお、図８は、準断熱制御による測定結果を示す図である。
この図８に示すように、受光部１に対するＸ線自由電子レーザ光照射前後の受光部用ヒータ部３の温度差（電力出力差）が観測され、前述の式、Ｅ（Ｊ）＝Ｃｔ×ΔＴから算出されるＸ線自由電子レーザ光の絶対積算強度は、７２ｍＪであった。また、パワー（Ｗ）に換算したＸ線自由電子レーザ光の絶対強度は、平均０．４ｍＷであった。なお、本測定結果は、Ｘ線自由電子レーザ光の入射開始から入射停止までの３分間の照射時間で積算した光エネルギーの絶対積算強度と、該絶対積算強度を前記照射時間で除した光の絶対強度（前記照射時間中の平均値）により示している。
【００３４】
次いで、実施例に係る絶対光強度測定装置を１次標準器として、図６に示すオンラインビームモニタ７４を校正した結果と、従来の極低温カロリメータを１次標準器として図６に示すオンラインビームモニタ７４を校正した結果を示す。
測定結果を図９に示す。なお、図９は、オンラインビームモニタの校正状況を示す図である。
この図９に示すように、実施例に係る絶対光強度測定装置（常温カロリメータ）は、極低温カロリメータに比べ短時間で測定することができるため、同期間中に、数多くの校正を行うことができ、オンラインビームモニタ７４に対して、よりアクティブな校正を可能とする。
また、実施例に係る絶対光強度測定装置の測定結果から得られる校正定数の曲線は、極低温カロリメータの校正定数の各プロットに略重なるように観察され、測定精度を維持することができていることが分かる。
【００３５】
本発明の前記絶対光強度測定装置及び測定方法は、測定対象となる光として、安定した光のほか、１パルスのみの光、常に変動する光、可視領域からＸ線領域の光、自由電子レーザ光、特にＸ線自由電子レーザ光を含み、種々の分野において適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１０１  受光部
２ａ    受光板
２ｂ    筒状部材
３      受光部用ヒータ部
４      受光部用温度センサ
５，１５，２５  精密抵抗測定器
６      受光部用ヒータ加熱部
７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ  スペーサ
８      電圧検出部
９      電源部
１１      第１の熱シールド
１３      第１の熱シールド用ヒータ部
１４      第１の熱シールド用温度センサ
１６      第１の熱シールド用ヒータ加熱部
２１      第２の熱シールド
２３      第２の熱シールド用ヒータ部
２４      第２の熱シールド用温度センサ
２６      第２の熱シールド用ヒータ加熱部
４０      壁
５０      絶対光強度測定装置
６０      演算処理部
７１      挿入光源
７２ａ，７２ｂ  高調波低減ミラー
７３      光強度減弱用シリコン製薄膜
７４      オンラインビームモニタ
１００      極低温カロリメータ
１０２      液体ヘリウム室
１０３      液体窒素室
１０４      真空容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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