(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立した２つ以上のレーザー光をそれぞれ増幅する共振鏡を備え、該共振鏡間に２つ以上のレーザー光を周回させるレーザー光路を形成させ、該レーザー光路を交差させる光学系を備える光共振器であって、２つ以上の偏光レーザー光を独立して周回させることを特徴とする光共振器。
【請求項２】
前記レーザー光路の交差位置に電子ビーム導入部が挿入される光共振器であって、２つ以上の偏光レーザー光を独立して周回させ、前記偏光レーザー光に電子ビームが照射され、偏光Ｘ線を発生させる請求項１に記載の光共振器。
【請求項３】
前記偏光レーザー光が偏光成分に分離された偏光レーザー光であり、該偏光成分に電子ビームが照射され、偏光Ｘ線を発生させる請求項１に記載の光共振器。
【請求項４】
前記偏光レーザー光が偏光成分に分離された偏光レーザー光であり、該偏光成分に電子ビームが照射され、偏光Ｘ線を発生させる請求項２に記載の光共振器。
【請求項５】
前記レーザー光路の交差位置に干渉縞を形成させる請求項１に記載の光共振器。
【請求項６】
前記レーザー光路の交差位置の干渉縞に電子ビーム導入部が挿入され、干渉縞に電子ビーム照射され、Ｘ線を発生させる請求項５に記載の光共振器。
【請求項７】
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項１に記載の光共振器。
【請求項８】
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項２に記載の光共振器。
【請求項９】
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項３に記載の光共振器。
【請求項１０】
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項４に記載の光共振器。
【請求項１１】
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項５に記載の光共振器。
【請求項１２】
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項６に記載の光共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（参照による取り込み）
本出願は、２０１３年１１月１１日に出願された米国仮特許出願第ＵＳ６１／９１４７３７号及び２０１４年５月１日に出願された米国仮特許出願第ＵＳ６１／９８７１２６号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。
【０００２】
本発明は、偏光レーザー、偏光Ｘ線、及び干渉性のＸ線の生成を可能にする光共振器に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、シンクロトロン放射光が知られている。シンクロトン放射光を偏光Ｘ線に変換する方法が知られている。シンクロトン放射光は、通常、数ｋｅＶから１００ｋｅＶの範囲に在る高輝度の白色光である。シンクロトン放射光は、通常、直線偏光であるが、シンクロトロン加速器に設けられた偏向電磁石又は直線アンジュレーターの中を電子ビームを通過させることにより水平直線偏光が生成される。該水平直線偏光は、“偏光子（移相子という）”を用いて円偏光や垂直直線偏光に変換される。例えば、方位角４５度の水平直線偏光を“λ/４板”を通すと右回り円偏光に変換される。方位角−４５度の水平直線偏光を“λ/４板”を通すと左回り円偏光に変換される。水平直線偏光を“λ/２板”を通すと垂直偏光に変換される。この方法で直線偏光軟Ｘ線を他の偏光性の軟Ｘ線に変換することは可能であるが、偏光性の変換率が低いことが問題である。直線偏光硬Ｘ線は、結晶シリコンやダイヤモンド等の透過型移相子を用い、この透過型移相子を周期的に振動させることにより右巻円偏光Ｘ線と左巻円偏光Ｘ線とに交互に（交流的に）変換される。透過型移相子の周期的な振動には、例えば、ピエゾ素子やガルバノスキャナーが用いられており、ピエゾ素子による偏光スイッチィングの最高速度は１００Ｈｚ（１０ミリ秒）であるが、ガルバノスキャナーでは２ｋＨｚ（０.５ミリ秒）の偏光スイッチングが可能であると言われている。しかし、２ｋＨｚ（０.５ミリ秒）程度の偏光スイッチングでは、静止状態の試料の偏光Ｘ線分析は可能であるが、生物試料の偏光Ｘ線分析は困難である。また、シンクロトン等の円形加速器は、周長が数キロメートルもある巨大装置であることから、この方法による偏光Ｘ線の生成方法は、産業利用には向かないという問題がある。
【０００４】
従来、コヒーレントなＸ線としてＸ線自由電子レーザー（ＳＡＣＬＡ）が知られている。しかし、ＳＡＣＬＡは巨大設備であることから、産業利用には向かないという問題がある。
【０００５】
一方、光共振器生成レーザービームと加速電子ビームの衝突（レーザー逆コンプトン散乱法）によるＸ線発生装置が知られている。該発生装置は、加速電子ビーム供給源として小型加速器の使用が可能であるので、前記ＳＰｒｉｎｇ−８及びＳＡＣＬＡに比べて産業利用のために非常に有利である。したがって、レーザー逆コンプトン散乱法による偏光Ｘ線及びコヒーレントＸ線を生成させるための光共振器の開発は、産業利用に計り知れないほど大きな効果を与えるに違いない。
【０００６】
従来、レーザー増幅のための多くの光共振器が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
特許文献１は、図１に、離調した同心的構造を有し、レーザー光路の中点が同一直線上に並ぶように設計された４鏡光共振器を開示している。しかし、特許文献１のどこにも偏光レーザーの生成については記載も示唆もない。
【０００８】
従来、光共振器を用いたレーザー逆コンプトン散乱Ｘ線発生装置が幾つか提案されている（特許文献２〜４）。
【０００９】
特許文献２は、一つの光共振器構造体の中に同列状に複数の凹面鏡が並ぶ凹面鏡群を対向配置した光共振器に電子ビームを導入し、光共振器内の反復反射レーザー光と衝突させることにより短波長光を発生する装置を開示している。該装置は、個々の対向した凹面鏡間で反復反射されたレーザー光の集束領域でレーザー光と電子ビームとを衝突させることにより衝突頻度を向上させ、その衝突が、複数の各凹面鏡間で行われる、とする装置である。しかし、該光共振器に蓄積されるレーザー光は、レーザー光源からのモード―ロックレーザーを一対の対向する凹面鏡間で反復反射するだけのことであるから（一対の対向する凹面鏡を配した共振器は、構造的に、フォックス・スミス干渉計型共振器と同じであるので）、前記の説明のようにレーザー光の増幅倍率は精々１０００倍程度に過ぎない。したがって、該発明にも述べられているように、該装置は、フォトリソグラフィー用の短波長光を発生させるための装置であり、レーザー逆コンプトン散乱Ｘ線発生については言及していない。また、この光共振器は、偏光レーザー及び偏光Ｘ線を生成するものではない。
【００１０】
特許文献３は、円形加速器の電子ビーム周回路の中に１対のミラーを持つフォックス・スミス干渉計型共振器を設け、該共振器内でレーザー光と電子ビームとを衝突させてＸ線を発生させる装置を開示している。該光共振器に導入されるレーザー光は、レーザー発振器のみからのレーザー光であるので、反射ミラーの反射率をいくら高くしたとしても、前記の説明のようにレーザー光の増幅倍率は精々１０００倍程度が限界であるので、該装置により強いレーザー逆コンプトン散乱Ｘ線を発生することは、困難である。また、この光共振器は、偏光レーザー及び偏光Ｘ線を生成するものではない。
【００１１】
特許文献４は、円形加速器の電子ビーム周回路の中に２枚の超高反射ミラーを持つフォックス・スミス干渉計型共振器を置き、該共振器内に蓄積されたレーザービームと、上記加速器発生電子ビームを共振器内で衝突させ、Ｘ線又はγ線を発生させる装置を開示している。また、該共振器を円形加速器の電子ビームの周回路に同列状に配置し、Ｘ線又はγ線を発生させる装置も開示されている。しかし、この装置に用いられる該光共振器は、２枚の凹面鏡が対向配置されている通常の光共振器であるので、凹面鏡として例え反射率が９９.９９９８４％という超高反射率の反射鏡を用いたとしても、前記説明のようにレーザー光の増幅倍率は精々１０００倍程度が限界であるので、該装置により強いレーザー逆コンプトン散乱Ｘ線を発生することは、困難である。また、この光共振器は、偏光レーザー及び偏光Ｘ線を生成するものではない。
【００１２】
これまで、光共振器を用いるコヒーレントＸ線の発生について、例えば、下記の特許文献が報告されている（特許文献５〜８、非特許文献４）。
【００１３】
特許文献５は、光共振器を用いるレーザー逆コンプトン散乱法によるコヒーレントＸ線の発生方法及び装置を開示している。しかし、特許文献５には偏光レーザーの干渉縞を形成させこれに電子ビームを照射することによりコヒーレントＸ線を発生させようとする方法及び装置については、どこにも記載も示唆もされていない。
【００１４】
特許文献６は、光共振器を用いるレーザー逆コンプトン散乱法によるコヒーレントＸ線の発生方法及び装置を開示している。しかし、特許文献６には偏光レーザーの干渉縞を形成させこれに電子ビームを照射することによりコヒーレントＸ線を発生させようとする方法及び装置については、どこにも記載も示唆もされていない。
【００１５】
特許文献７及び非特許文献４は、４鏡光共振器を用いレーザー光路の焦点におけるレーザー干渉によりレーザー光のコヒーレントの追加を行い、強いコヒーレントレーザービームを生成させ、該コヒーレントレーザービームに電子ビームを照射することによりコヒーレントＸ線を発生させる方法及び装置を開示している。しかし、特許文献７には偏光レーザーの干渉縞を形成させこれに電子ビームを照射することによりコヒーレントＸ線を発生させようとする方法及び装置については、どこにも記載も示唆もされていない。
特許文献７は特許文献１と同じであるが、関連事項は異なる。
【００１６】
特許文献８は、パルス状のコヒーレントなＵＶ又はＸＵＶ放射を発生させる方法及び放射源を開示している。該装置は、４対のミラーを内含する光共振器であり、導入されたパルス状のフェムト秒レーザーを前記光共振器に含まれる非線形媒体によりパルスレーザー光の集束点でコヒーレントなＵＶ又はＸＵＶ放射のような高調波レーザーに増強する装置である。しかし、特許文献８は、光共振器を用いるレーザー逆コンプトン散乱法によるコヒーレントＸ線の発生方法及び装置の発明ではない。
【００１７】
他方、光共振器を用いるレーザー干渉の生成やレーザー干渉縞の形成方法及び装置に関する多くの特許文献及び非特許文献が知られている。また、特許文献７には光共振器を用いるレーザー干渉法により生成させるコヒーレントレーザービームに電子ビームを照射することによるコヒーレントＸ線の発生方法及び装置が記載されている。したがって、レーザー干渉縞又はコヒーレントレーザービームに電子ビームを照射することによりコヒーレントＸ線を発生させることは容易に想到されることであるかも知れない。しかし、これまで光共振器内に偏光レーザーの干渉縞を形成させ、これに電子ビームを照射することによりコヒーレントＸ線を発生させようとする光共振器は、本発明者が調べた限りにおいて知られていない。それは、後述のように光共振器内に偏光レーザー干渉による定在波干渉縞を形成させ、電子ビームとの衝突によりＸ線を発生させるための原理、この原理はこれまで知られていなかったのであるが、本発明者により初めて発見されたからである。
【００１８】
前記特許文献５〜７は、光共振器内のコヒーレントレーザービームに電子ビームを照射することによりコヒーレントＸ線を発生できると述べているが、生成Ｘ線のコヒーレンス性は誤りであるかもしれない。なぜなら通常の数１０ミクロンサイズのレーザービームと通常の数１０ミクロンサイズの電子ビームの衝突により発生させるＸ線は、発生初期のショートレンジの時・空間ではコヒーレントであるかもしれないが、Ｘ線が空間に発散する過程で位相・振幅がすぐにランダムになるからである。
【００１９】
以上のような状況の中で、本発明者らはレーザー逆コンプトン散乱を可能にするような高強度レーザーを生成するために１対の平面鏡及び１対の凹面鏡を３次元空間に配置させた３次元４鏡光共振器を提案した（特許文献９）。該３次元４鏡光共振器に偏光制御システムを付帯させることにより該光共振器内に円偏光レーザーの偏光成分、すなわちパリティーの異なる円偏光レーザー、を交互に切り替えて生成することができる。また、パリティーの異なる円偏光レーザーのどちらかを選択的に生成することもできる。したがって、パリティーの異なる円偏光レーザーに電子ビームを照射することにより右巻円偏光Ｘ線又は左巻円偏光Ｘ線を生成することができる（非特許文献１、非特許文献２）。また、１対の平面鏡及び１対の凹面鏡を２次元平面に配置させた２次元４鏡光共振器を提案した（非特許文献３）。該２次元４鏡光共振器に偏光制御ユニットを付帯させることにより光共振器内にパリティーの異なる円偏光レーザー又はパリティーの異なる直線偏光レーザーを交互に切り替えて生成することができる。したがって、パリティーの異なる偏光レーザーに電子ビームを照射することによりパリティーの異なる円偏光Ｘ線又はパリティーの異なる直線偏光Ｘ線を生成することができる。上記パリティーとは、本発明では、円偏光では右巻偏光及び左巻偏光のことをいい、直線偏光では水平偏光及び垂直偏光のことをいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】ＷＯ−Ａ−２０１２−０３１６０７
【特許文献２】特開平７−１１０４００号公報
【特許文献３】米国特許４５９８４１５号公報
【特許文献４】特開平１１−２１１８９９号公報
【特許文献５】ＵＳ−Ａ−２００６−０２２２１４７
【特許文献６】ＵＳ−Ａ−２００６−０２５１２１７
【特許文献７】ＷＯ−Ａ−２０１２−０３１６０７
【特許文献８】特開２００８−２７７２０４号公報
【特許文献９】ＷＯ−Ａ−２０１１−０１６３７８
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】Optics Communications 282 (2009) 3108-3112
【非特許文献２】T. Akagi et al., “Gamma-rays generation with 3D 4-mirror cavity for ILC polarized positron source”, Proceedings of IPAC 2012, New Orleans, Louisiana, USA, WEPPD 055, pp. 2645-2647
【非特許文献３】H. Shimizu et al., “Stable Planner Type Four-Mirror Cavity Development for X-ray Production as Basic Development of Quantum Beam Technology Program”, Proceedings of IPAC 2011, San Sebastian, Spain, pp.1470-1472
【非特許文献４】H. Carstens, N. Lilienfein, S. Holzberger, C. Jocher, T. Eidam, J. Limpert, A. Tunnermann, J. Weitenberg, D. Yost, A. Alghamdi, Z. Alahmed, A. Azzeer, A. Apolonskiy, E. Fill, F. Krausz, and I. Pupeza, “Megawatt-scale average-power ultrashort pulses in an enhancement cavity”, Optics Letters, posted on 27 March 2014, 発行予定
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
前記に述べたように、本発明者らは、光共振器の中で自在に円偏光レーザーの偏光成分、すなわち、右巻円偏光レーザー又は左巻円偏光レーザー、を生成させ、これに電子ビームを照射することにより右巻円偏光Ｘ線又は左巻円偏光Ｘ線を発生させることができる３次元４鏡光共振器を提案した（特許文献９）。このことから、該３次元光共振器を一台用いて右巻円偏光Ｘ線及び左巻円偏光Ｘ線を発生させることは、原理的には不可能なことではないが、光共振器で利用される電気的な切替え手段により達成される偏光レーザーの切り換え速度は１０ｋＨｚ（０.１ミリ秒）が限界であることから、右巻円偏光Ｘ線及び左巻円偏光Ｘ線を１０ｋＨｚ以上の切り換え速度で交互に発生させることは非常に困難である。また、蓄積レーザーを右巻円偏光レーザーに固定した３次元４鏡光共振器と左巻円偏光レーザーに固定した３次元４鏡光共振器を電子ビームの軌道上に並列に置いた配置では、数１０ｃｍ以上も離れた２つの点光源から放射される偏光Ｘ線を如何にして集束させるかという難問が生じる。また、２次元４鏡光共振器の場合でも上記と同様の事情である。
【００２３】
本発明の目的は、以上の事情に鑑み、レーザー偏光の電気的な切り換え操作を行うことなく、光共振器内の偏光レーザーに電子ビームを照射することにより、パリティーの異なる偏光Ｘ線を照射電子ビームの電子バンチの時間間隔又は偏光レーザーのレーザー光子の時間間隔で交互に発生させることができる光共振器を提供することである。さらには、前記偏光レーザーから作られる干渉縞を用いて干渉性のＸ線の生成を可能にする光共振器を提供しようとするものである。さらには、同様の光共振器を用いてコヒーレントなＸ線を発生させようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、レーザー逆コンプトン散乱を行わせる光共振器が非常に有効であることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成させるに至った。
【００２５】
すなわち、本発明は、
１．
２つ以上の独立したレーザー光路及び前記レーザー光路の交差と各々の独立したレーザー光路の両端で各々の独立したレーザーを導き、出力し反射する窓を内含する光学系を備えることを特徴とする光共振器の構成とした。 
２．
前記光学系として、共振鏡を備え、該共振鏡間に２つ以上のレーザーを周回させるレーザー光路を形成させ、該レーザー光路を交差させる光学系を備える光共振器であって、２つ以上の偏光レーザーを周回させる前記１に記載の光共振器の構成とした。
３．
前記レーザー光路の交差位置に電子ビーム導入部が挿入される光共振器であって、２つ以上の偏光レーザーを周回させ、前記偏光レーザーに電子ビームが照射され、偏光Ｘ線を発生させる前記２に記載の光共振器の構成とした。
４．
前記偏光レーザーが偏光成分に分離された偏光レーザーであり、該偏光成分に電子ビームが照射され、偏光Ｘ線を発生させる請求項２に記載の光共振器の構成とした。
５．
前記偏光レーザーが偏光成分に分離された偏光レーザーであり、該偏光成分に電子ビームが照射され、偏光Ｘ線を発生させる請求項３に記載の光共振器の構成とした。
６．
前記偏光レーザー光路の交差位置に干渉縞を形成させる請求項２に記載の光共振器の構成とした。
７．
前記偏光レーザーの交差位置の干渉縞に電子ビーム導入部が挿入され、干渉縞に電子ビームが照射され、Ｘ線を発生させる請求項６に記載の光共振器の構成とした。
８．
共振鏡、該共振鏡間に形成されるレーザー光路、該レーザー光路の交差位置にＸ線集光レンズ及びピンホールを備える光学素子を内蔵する電子ビーム導入部が挿入され、前記交差位置のレーザーに電子ビームが照射され、Ｘ線が発生され、発生Ｘ線が前記光学素子を介して干渉性のＸ線に変換されることを特徴とする光共振器の構成とした。
９．
レーザー干渉縞を生成するようにひずみが与えられた共振鏡及び前記共振鏡間の光路に挿入された電子ビーム導入管から構成される光共振器であって、前記共振鏡間の光路にレーザー干渉縞が生成され、該生成のレーザー干渉縞に前記電子ビーム導入管によって導入される電子ビームが照射され、それによって干渉性Ｘ線を発生させることを特徴とする光共振器の構成とした。
１０．
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項２に記載の光共振器の構成とした。
１１．
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項３に記載の光共振器の構成とした。
１２．
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項４に記載の光共振器の構成とした。
１３．
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項５に記載の光共振器の構成とした。
１４．
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項６に記載の光共振器の構成とした。
１５．
前記光共振器として３次元８鏡光共振器が用いられる請求項７に記載の光共振器の構成とした。
１６．
前記光共振器として２次元４鏡光共振器又は３次元４鏡光共振器が用いられる請求項８に記載の光共振器の構成とした。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の第１の効果は、２つ以上の偏光レーザーを周回させ、偏光レーザーの交差を可能にする光共振器の提案である。２つ以上の偏光レーザーとは、例えば、偏光成分に分離された各偏光レーザーである。偏光成分に分離された各偏光レーザーとは、例えば、右巻及び左巻円偏光レーザー、水平及び垂直直線偏光レーザーのことである。本発明の第２の効果は、前記光共振器の偏光レーザーに電子ビームを照射することにより偏光Ｘ線の発生を可能にする光共振器の提案である。本発明の第３の効果は、前記光共振器を用いて偏光レーザーの干渉に依る干渉縞の形成を可能にする光共振器の提案である。本発明の第４の効果は、前記レーザー干渉縞に電子ビームを照射することによりレーザー干渉縞の縞間隔に依存した干渉性のＸ線の発生を可能にする光共振器の提案である。本発明の第５の効果は、前記光共振器の偏光レーザーに電子ビームが照射され発生するＸ線をＸ線集光レンズとピンホールを介して干渉性のＸ線に変換させることを可能にする共振器の提案である。
本発明光共振器の一つである３次元８鏡光共振器は、前記２つ以上の偏光レーザーを光共振器内に周回させることを可能にする。例えば、偏光成分に分離された偏光レーザーに電子ビームを照射することにより、偏光レーザーの偏光成分に依存した偏光Ｘ線の発生を可能にする。前記３次元８鏡光共振器は、２つの偏光レーザー光路の交差の形成を可能にするので、該交差点に電子ビーム照射のための電子ビーム導入ポートを備える３次元８鏡光共振器は、照射電子ビームの電子バンチの時間間隔又は偏光レーザーの光子の時間間隔（通常、１０ナノ秒以内）で、交互に発生させることが可能である。本発明による偏光Ｘ線の発振は、従来のシンクロトン放射偏光Ｘ線の切換え速度である２ｋＨｚに比べて１０万倍も高速である。
前記３次元８鏡光共振器は、２つの偏光レーザーの交差位置にレーザー干渉縞を形成させることを可能にする。したがって、レーザー干渉縞の位置に電子ビーム照射のための電子ビーム導入ポートを備える３次元８鏡光共振器は、レーザー干渉縞の形状を反映するＸ線を発生させることが可能である。前記レーザー干渉縞の形成及びＸ線の発生は、本発明者が発見した原理に基づいてなされる。  
本発明の光共振器は、従来の大強度レーザー発振器に比べて非常にコンパクトな装置でありながら、本発明の光共振器により生成することができる高輝度偏光レーザーパルスのエミッタンスは、通常、０.０８μｍ−ｒａｄ以下であり、出力はメガワットクラスであるので、従来の大強度レーザー発振器のレーザー出力と同等又はそれ以上の出力である。本発明により生成することができる高輝度偏光Ｘ線は、軟Ｘ線〜ガンマ線の領域にあり、該偏光Ｘ線のエミッタンスは、通常、０.０８μｍ−ｒａｄ以下であるので、ＳＰｒｉｎｇ−８及びＳＡＣＬＡと比べて遜色のないほど高輝度である。前記電子ビーム照射ポートに導入される電子ビームを製造する加速器としては、長さ６メートル程度の高周波直線加速器を用いることができる。したがって、本発明は、高輝度偏光Ｘ線を驚くほど高速に通常１０ナノ秒以下の間隔で交互に生成し、及びコヒーレントＸ線の生成が可能な先進的且つ革新的なコンパクトなＸ線発生装置の提供を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】２つ以上の偏光レーザーを周回させる光学系を備える光共振器を説明する概略図
【図２】共振鏡を備え共振鏡間に２つ以上の偏光レーザーを周回させ偏光レーザー光路の交差を形成させる光共振器を説明する概略図
【図３】偏光Ｘ線を生成する光共振器を説明する概略図
【図４】３次元８鏡光共振器の一つを説明する概略図
【図５】偏光Ｘ線を生成する３次元８鏡光共振器の一つを説明する概略図
【図６】３次元８鏡光共振器の他の一つを説明する概略図
【図７】偏光Ｘ線を生成する３次元８鏡光共振器の一つを説明する概略図
【図８】レーザー干渉縞を形成させる光共振器を説明する概略図
【図９】レーザー干渉縞に対応するＸ線を生成する光共振器を説明する概略図
【図１０】レーザー干渉縞を形成させる３次元８鏡光共振器を説明する概略図
【図１１】レーザー干渉縞に対応するＸ線を生成する３次元８鏡光共振器を説明する概略図
【図１２】Ｘ線集光レンズ及びピンホールを備える光学素子を内蔵する電子ビーム導入部をレーザー光路に挿入する光共振器を説明する概略図。
【図１３】干渉性のＸ線を生成する光共振器を説明する概略図
【図１４】干渉性のＸ線を生成する光共振器を説明する概略図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に図面を参照しつつ本発明の一側面を実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）として本発明を詳細に説明する。また、本発明は、実施形態に限られるものではなく、本発明の考え及び請求項の範囲により想到される種々のバリエーションも含むものである。
【００２９】
図１は、請求項１に従う光共振器（Ａ）を示す。光共振器（Ａ）は、２つ以上の独立したレーザー光路（３，４）及びレーザー光路（３，４）の交差位置（５）を内含する光学系を備えることを特徴とする光共振器Ａである。前記２つ以上の独立したレーザー光路とは、２つ以上のレーザーを独立に周回させる光路のことである。
【００３０】
前記及び以降のレーザーとして、円偏光レーザー、直線偏光レーザー、及び楕円偏光レーザー、及びこれらの偏光レーザーの偏光成分のことである。偏光レーザーの偏光成分とは、円偏光レーザーについては右巻及び左巻円偏光レーザー、線偏光レーザーについては、水平及び垂直直線偏光レーザーを用いることができる。前記２つ以上の偏光レーザーとは、同一の偏光レーザーでもよいし、異なる偏光レーザーでもよい。
【００３１】
図２は、請求項２に従う光共振器（Ｂ）を示す。光共振器（Ｂ）は、共振鏡（１，１，２，２）を備え、該共振鏡間に２つ以上の偏光レーザー（ａ，ｂ）を周回させるレーザー光路（３，４）を形成させ、該レーザー光路（３，４）を交差させ、交差位置（５）を形成させることを特徴とする光共振器Ｂである。ここで、共振鏡とは共振器ミラーともいう。本発明で使用する共振鏡は、通常、鏡面に誘電多層膜がコートされている。共振鏡は、凹面鏡、球面凹面鏡、円筒凹面鏡、平面鏡、等から適宜選択される。
【００３２】
図３は、請求項３に従う光共振器（Ｃ）を示す。光共振器（Ｃ）は、基本的に請求項２に従う光共振器（Ｂ）を用い、これに電子ビーム導入部（６）を挿入させた光共振器である。光共振器（Ｃ）は、共振鏡（１，１，２，２）を備え、該共振鏡間に２つ以上の偏光レーザー（ａ，ｂ）を周回させるレーザー光路（３，４）を形成させ、該レーザー光路（３，４）を交差させ、交差位置（５）を形成させ、交差位置（５）に電子ビーム導入部（６）が挿入され、交差位置（５）を通過する偏光レーザーに電子ビーム導入部（６）に導入される電子ビーム（７）が照射され、それによってＸ線（８）を発生させる。発生Ｘ線（８）は、偏光レーザー（ａ，ｂ）のパリティーを保存する。偏光レーザーのパリティーとは、偏光レーザーの偏光成分が示す偏光性のことである。偏光レーザーの偏光成分とは、例えば、円偏光レーザーの場合は、右巻き成分と左巻き成分の偏光性のことであり、直線偏光レーザーの場合は、水平成分と垂直成分の偏光性のことである。レーザー光路（３，４）が成す角度（α）は、０度〜１８０度の範囲で可変である。角度（α）の調整は、通常、光共振器長の調整を行うために用いられるピエゾ素子によって行われる。電子ビーム導入部（６）とレーザー光路（３，４）のなす角度（β）は、０度〜１８０度の範囲で可変である。発生Ｘ線（８）と照射後の電子ビーム（９）の分離は磁石を用いて電子ビームの軌道を曲げることにより行われる。
【００３３】
図４は、請求項２又は９に従う３次元８鏡光共振器（Ｄ）を示す。３次元８鏡光共振器（Ｄ）は、３次元４鏡光学系（Ｒ）と該３次元４鏡光学系の鏡像光学系（Ｓ）を合体させた３次元８鏡光学系（Ｔ）を一つの筐体（１０）のミラーホルダー（１１）に支持させるように筐体（１０）に収納されている。鏡像光学系（Ｓ）とは、３次元４鏡光学系（Ｒ）の鏡像のことである。３次元８鏡光共振器（Ｄ）は、２対の共振鏡（１，１，２，２）を含む平面の中心軸について２回対称である。２対のミラー（１２，１２，１２，１２）は、反射鏡である。共振鏡としては、通常、凹面鏡又は球面凹面鏡が用いられる。反射鏡としては、通常、平面鏡又は円筒凹面鏡が用いられる。３次元４鏡光学系（Ｒ）及び鏡像光学系（Ｓ）は、選択的に右巻円偏光レーザー及び左巻円偏光レーザーを蓄積できる。したがって、前記３次元８鏡光共振器（Ｄ）は、右巻円偏光レーザー及び左巻円偏光レーザーを蓄積できる。３次元８鏡光共振器（Ｄ）の共振鏡は、３次元８鏡光共振器（Ｄ）の共振鏡（１，１，２，２）間の光路が互いに交差するように、一つの多面体の各頂点に配置されている。前記それぞれの共振鏡間の光路が交差する交差位置（５）は、通常、共振鏡間の光路の中点が重なる位置である。レーザー光源（省略）から発振された２つの種レーザーが反射鏡（１２，１２，１２，１２）を通過して３次元８鏡光共振器（Ｄ）の中に入れられる。導入された２つの種レーザーは、共振器長の調整手段（省略）を介して偏光レーザーに変換され、共振鏡（１，１，２，２）間を周回する間に増幅される。３次元８鏡光共振器（Ｄ）は、右巻円偏光レーザー及び左巻円偏光レーザーを蓄積させることができるので、３次元８鏡光共振器（Ｄ）内の右巻円偏光レーザー及び左巻円偏光レーザーを交差位置（５）の所で交互に通過させることができる。各円偏光レーザーパルスの光子が交互に交差位置を通過する時間は、３次元４鏡光学系（Ｒ）の光路をレーザーパルスが半周する時間にほぼ等しい。例えば、繰返し周波数３２５ＭＨｚ運転では、３次元４鏡光学系（Ｒ）の光路をレーザーパルスが半周する時間は、約３.０７５ナノ秒である。
【００３４】
図５は、請求項３又は９に従う３次元８鏡光共振器（Ｅ）を示す。３次元８鏡光共振器（Ｅ）は、３次元８鏡光共振器（Ｄ）の共振鏡間の光路が互いに交差する交差位置（５）に電子ビーム導入部（６）が挿入され、交差位置（５）を通過する偏光レーザーに電子ビーム（７）が照射され、そのことにより偏光Ｘ線を発生させる光共振器である。交差位置（５）では、照射電子ビームの電子バンチが電子ビームの運転周波数の間隔で通過する。例えば、１６２.５ＭＨｚ運転の電子ビームの照射では、電子バンチは６.１５ナノ秒間隔で通過する。交差位置（５）では、パリティーの異なる各円偏光レーザーが交互に通過しているので、交差位置（５）に電子ビーム導入部（６）からの電子ビーム（７）を照射することにより、電子ビームと衝突したレーザーパルスのパリティーに相当する偏光性を持つ偏光Ｘ線を交互に発生させることができる。例えば、繰返し周波数３５７ＭＨｚの偏光レーザーに１６２.５ＭＨｚ運転の電子ビームの照射を行えば、パリティーの異なる各円偏光Ｘ線を６.１５ナノ秒毎に交互に発生させることができる。これは、レーザーパルスと電子ビームとの衝突のタイミング制御を１ピコ秒の精度で行うことにより達成される。該制御は、加速器高周波クロックとモードロックレーザー発振器のクロックを整数関係にして相対的な位置を固定することと数ナノ秒以内の調整が可能な遅延装置を用いることにより信号ノイズによる揺らぎ程度以内で行うことが可能である。
【００３５】
図６は、請求項３又は９に従うもう一つの３次元８鏡光共振器（Ｆ）を示す。３次元８鏡光共振器（Ｆ）は、２次元４鏡光学系（Ｔ）と該２次元４鏡光学系の鏡像光学系（Ｕ）を合体させて一つの筐体（１０）のミラーホルダー（１１）に支持させるように筐体（１０）に収納されている。鏡像光学系（Ｕ）とは、２次元４鏡光学系（Ｔ）の鏡像のことである。３次元８鏡光共振器（Ｆ）は、２対の共振鏡（１，１，２，２）を含む平面の中心軸について２回対称である。２対のミラー（１２，１２，１２，１２）は反射鏡である。共振鏡としては、通常、凹面鏡又は球面凹面鏡が用いられる。反射鏡としては、通常、平面鏡又は円筒凹面鏡が用いられる。２次元４鏡光学系（Ｔ）及び鏡像光学系（Ｕ）は、選択的にパリティーの異なる円偏光レーザー又はパリティーの異なる直線偏光レーザーを蓄積できる。したがって、３次元８鏡光共振器（Ｆ）は、パリティーの異なる各円偏光レーザー又はパリティーの異なる各直線偏光レーザーを蓄積できる。３次元８鏡光共振器（Ｆ）の共振鏡は、共振鏡（１，１，２，２）間の光路が互いに交差するように、一つの多面体の各頂点に配置されている。前記それぞれの共振鏡間が交差する交差位置（５）は、通常、共振鏡間の光路の中点が重なる位置である。レーザー光源（省略）から発振された２つの種レーザーは平面鏡（１２，１２，１２，１２）を通過して３次元８鏡光共振器内（Ｆ）に入る。導入された種レーザーは、共振器長の調整手段（省略）を介して偏光レーザーに変換され、共振鏡（１，１，２，２）間を周回する間に増幅される。３次元８鏡光学系（Ｆ）は、パリティーの異なる円偏光レーザー又はパリティーの異なる直線偏光レーザーを蓄積させることができるので、３次元８鏡光共振器（Ｆ）内に蓄積されたパリティーの異なる各円偏光レーザー又はパリティーの異なる各直線偏光レーザーを交差位置（５）の所で交互に通過させることができる。各偏光レーザーパルスの光子が交互に交差位置を通過する時間は、２次元４鏡光学系（Ｔ）の光路をレーザーパルスが半周する時間にほぼ等しい。例えば、繰返し周波数３２５ＭＨｚ運転では、３次元４鏡光学系（Ｆ）の光路をレーザーパルスが半周する時間は、約３.０７５ナノ秒である。
【００３６】
図７は、請求項３又は９に従う３次元８鏡光共振器（Ｇ）を示す。３次元８鏡光共振器（Ｇ）は、３次元８鏡光共振器（Ｆ）の共振鏡間の光路が互いに交差する交差位置（５）に電子ビーム導入部（６）が挿入され、交差位置（５）を通過する偏光レーザーに電子ビーム（７）が照射され、そのことにより偏光Ｘ線（８）を発生させる光共振器である。交差位置（５）では、照射電子ビームの電子バンチが電子ビームの運転周波数の間隔で通過する。例えば、１６２.５ＭＨｚ運転の電子ビームの照射では、電子バンチは６.1５ナノ秒間隔で通過する。交差位置（５）では、パリティーの異なる直線偏光レーザーが交互に通過しているので、交差位置（５）に電子ビーム導入部（６）に導入された電子ビームを照射することにより、電子ビームと衝突したレーザーパルスのパリティーに相当する偏光性を持つ偏光Ｘ線を交互に発生させることができる。例えば、繰返し周波数３２５ＭＨｚの偏光レーザーに１６２.５ＭＨｚ運転の電子ビームの照射を行えば、パリティーの異なる直線偏光Ｘ線を６.１５ナノ秒毎に交互に発生させることができる。これは、レーザーパルスと電子ビームとの衝突のタイミング制御を１ピコ秒の精度で行うことにより達成される。該制御は、加速器高周波クロックとモードロックレーザー発振器のクロックを整数関係にして相対的な位置を固定することと数ナノ秒以内の調整が可能な遅延装置を用いることにより信号ノイズによる揺らぎ程度以内で行うことが可能である。
【００３７】
本発明者は、レーザー干渉縞に電子ビームをあててレーザー逆コンプトン散乱Ｘ線を発生させる第１要件は、２つ以上の偏光レーザーを干渉させて干渉縞を形成させること、第２要件は、電子ビームの進行方向と干渉縞の波面とを直交させるのが好ましい、という原理を発見した。第１要件である偏光レーザーの好ましい一つは、線偏光レーザーである。
【００３８】
前記干渉縞の間隔(ｄ)は、下記の式１によって決定される。ここで、λはレーザーの波長であり、αは重なり合うレーザーの交差角である。したがって、原理的にレーザーの波長（λ）よりも短い縞間隔の干渉縞の形成が可能である。
0006340526.tif 000002
前記干渉縞の間隔（ｄ）は、偏光レーザーの波長に依存する。このことは、短波長レーザーの波長に依存して、Ｘ線の波長範囲に近い縞間隔を有するレーザー干渉縞の形成を可能にする。このことが、本発明が干渉性のＸ線の発生を可能にするという本質的な根拠と意義を与えている。
【００３９】
図８は、請求項６に従う光共振器（Ｈ）を示す。光共振器（Ｈ）は、基本的には請求項２に従う光共振器（Ｂ）を用いる。光共振器（Ｈ）は、共振鏡（１，１，２，２）を備え、共振鏡間に２つ以上の偏光レーザー（ａ，ｂ）を周回させ、共振鏡間に偏光レーザー光路（３，４）を形成させ、偏光レーザー光路（３，４）を交差させ、交差位置（５）のレーザー干渉に依り干渉縞（１０）を形成させる光共振器である。干渉縞（１０）の縞間隔は角度（α）を変えることにより調整される。角度（α）は、０度〜１８０度の範囲で可変であり、通常、２０度以下に調節され、好ましくは１０度以下に調節される。角度（α）の調整は、通常、光共振器長の調整を行うために用いられるピエゾ素子によって行われる。
【００４０】
図９は、請求項７に従う光共振器（Ｉ）を示す。光共振器（Ｉ）は、光共振器（Ｈ）の交差位置（５）に電子ビーム導入部（６）が挿入され、交差位置に形成される干渉縞（１０）に電子ビーム（７）が照射され、それによって干渉縞を反映するＸ線（１３）を発生させる光共振器である。発生Ｘ線（１３）と余分な電子ビーム（９）の分離は磁石を用いて電子ビームの軌道を曲げることにより行われる。干渉縞（１０）の縞間隔は角度（α）を変えることにより調整される。角度（α）は、０度〜１８０度の範囲で可変であり、通常、２０度以下に調節され、好ましくは１０度以下に調節される。角度（α）の調整は、通常、光共振器長の調整を行うために用いられるピエゾ素子によって行われる。交差位置（５）に挿入される電子ビーム導入部（７）とレーザー光路（３，４）の間の角度（β）は、０度〜１８０度の範囲で可変であり、好ましくは９０度に設定され、通常、９０度に設定される。前述のように、干渉性のＸ線を発生させる上で電子ビームの進行方向と干渉縞の波面とが直交するときが好ましいからである。β角が９０度のときに前記２つが直交する。それゆえ、β角は９０度であるのが好ましい。光共振器として１対の共振鏡を内含する光共振器を使用できるが複数対の共振鏡（１，１，２，２）を内含する光共振器が好ましい。
【００４１】
図１０は、請求項２、５、９のいずれか一つに従う３次元８鏡光共振器（Ｊ）を示す。３次元８鏡光共振器（Ｊ）は、２次元４鏡光共振器とその鏡像共振器を合体させ、一つの筐体に収納させた構造を有する３次元８鏡光共振器（Ｆ）から構成される。３次元８鏡光共振器（Ｊ）は、２つ以上の偏光レーザーを周回させる８つの共振鏡（１，１，１，１，２，２，２，２）を内含する。８つのミラーのうち、通常、少なくとも４つのミラーが共振鏡である。対向するそれぞれのミラー間の光路の交差位置（５，５，５，５）は、レーザー光路を貫通する直線（Ｚ）上に並んで在る。２つ以上の偏光レーザーは共振鏡（１，１，２，２）間で増幅される。交差位置（５）では、偏光レーザーの干渉により干渉縞が生成される。
【００４２】
図１１は、請求項２，３，４，５、６、９のいずれか一つに従う３次元８鏡光共振器（Ｋ）を示す。３次元８鏡光共振器（Ｋ）は、３次元８鏡光共振器（Ｆ）及び３次元８鏡光共振器（Ｆ）の交差位置（５）を貫通する方向に沿って交差位置（５）に挿入された電子ビーム導入部（６）から構成される。３次元８鏡光共振器（Ｆ）は、２次元４鏡光共振器とその鏡像共振器を合体させ、一つの筐体に収納させた構造を有する３次元８鏡光共振器（Ｆ）である。３次元８鏡光共振器（Ｋ）は、２つ以上の偏光レーザーを周回させる８つの共振鏡（１，１，１，１，２，２，２，２）を内含する。８つのミラーのうち、通常、少なくとも４つのミラーが共振鏡である。対向するそれぞれのミラー間の光路の交差位置（５，５，５，５）は、レーザー光路を貫通する直線（Ｚ）上に並んで在る。交差位置（５）では、偏光レーザーの干渉縞が生成される。この干渉縞に電子ビーム（７）が照射され、干渉縞を反映するＸ線（１３）が発生させられる。発生Ｘ線（１３）と余分な電子ビーム（９）の分離は磁石を用いて電子ビームの軌道を曲げることにより行われる。
【００４３】
３次元８鏡光共振器（Ｋ）に線偏光レーザーを含有する２つ以上の偏光レーザー（ａ，ｂ）を導入すると、第１の要件を満足するので、偏光レーザーが交差する交差位置（５）で線偏光レーザーの水平成分が干渉し合って干渉縞が形成される。この干渉縞に電子ビーム導入部（６）からの電子ビーム（７）を電子ビーム（７）の進行方向と干渉縞の波面とを直交させるように照射すると第２の要件が満足される。３次元８鏡光共振器（Ｋ）の偏光レーザーが交差する交差位置（５）に形成される干渉縞に向けて電子ビームを照射できるように前記交差位置（５）を貫通する方向（Ｚ）に電子ビーム導入部（６）を挿入することは、電子ビームの進行方向と干渉縞の波面とを直交させるようにできるので、第２の要件を満足する。 従って、第１の要件と第２の要件を共に満足させる本発明３次元８鏡光共振器は、干渉性のＸ線の発生を可能にする。
【００４４】
図１２は、請求項７に従う光共振器（Ｌ）を示す。光共振器（Ｌ）は、共振鏡（１，１）、該共振鏡間に形成されるレーザー光路（３）、レーザー光路（３）に挿入されたＸ線集光レンズ及びピンホールを備える光学素子（１４）を内蔵する電子ビーム導入部（１５）から構成される。レーザー光路（３）のレーザーに電子ビーム（７）が照射され、それによってＸ線が発生され、発生Ｘ線が光学素子（１４）を介して干渉性のＸ線に変換される。ミラー（１２）は反射鏡である。光共振器（Ｌ）は、通常、光路にある微粒子による擾乱からレーザービーム、電子ビーム及びＸ線の強度を守るために真空下に置かれる。電子ビーム導入部（１５）と光路（３）の間の角度は、好ましくは０度〜２０度の範囲に設定される。前記Ｘ線集光レンズ及びピンホールを備える光学素子（１４）とは、Ｘ線ビームを集光するためのＸ線集光レンズ及び集光されたＸ線ビームの放射に指向性を与えるためのピンホールを備える光学素子のことである。この手段を用いることにより発生させたＸ線の強度の低減を図りつつＸ線にコヒーレンス性を付与することが可能である。Ｘ線集光レンズの集光径及びピンホールの径は、適宜設定される。Ｘ線集光レンズとしては通常、Ｘ線ポリキャピラリーレンズを用いることができる。光学素子（１４）は交差位置（５）から距離を置いて電子ビームの進行方向に置かれる。光学素子（１４）の位置は適宜設定される。
【００４５】
図１３は、請求項７又は１０に従う２次元４鏡光共振器（Ｍ）を示す。２次元４鏡光共振器（Ｍ）は、１対の反射鏡（１２，１２）及び１対の共振鏡（１，１）を２次元ガウシャンビーム光学系のビームエキスパンダーを用いたエンベロープ計算に基づいて平面上に配置させた構造をもつ。通常、前記反射鏡として円筒凹面鏡が用いられ、前記共振鏡として凹面鏡が用いられる。円筒凹面鏡は、垂直方向に凹面鏡の曲率を持ち、水平方向に曲率を持たない。前記円筒凹面鏡は、楕円形状のビームプロファイルを円形のビームプロファイルに整形するのに非常に有効である。したがって、２次元４鏡光共振器（Ｍ）は、特許文献７に開示された球面鏡を用いる４鏡光共振器とは異なる。２次元４鏡光共振器（Ｍ）は、反射鏡（１２，１２）間の距離Ｌ１、共振鏡間の距離Ｌ２、光共振器の幅ｄ、及び入射角α、等の光学パラメーターを用いて共振鏡（１，１）間のレーザービームのビームサイズ（ビームウエストともいう）ω０をガウシャンビーム光学系のビームエキスパンダーを用いたエンベロープ計算によって極小にするように最適化される。その結果、垂直方向及び水平方向のω０とＳ−パラメーターの関係から見積られたω０は、真円形の５μｍの極小値に収束することが見出された。ここで、Ｓ−パラメーターとは、共振鏡間の直線上にあるレーザービームの位置である。得られたω０（＝５μｍ）は、従来のモードロックレーザー発振器のω０（＝５０μｍ）の１０分の１である。したがって、２次元４鏡光共振器（Ｌ）は、従来のモードロックレーザーに比べて輝度を１００倍向上させることができる。前記５μｍの真円形のレーザービームは、共振鏡（１，１）間でメガワット級のレーザービームに増幅され、２次元光共振器（Ｋ）に蓄積される。Ｘ線集光レンズ及びピンホールを備える光学素子を内蔵する電子ビーム導入部（１５）が１対の共振鏡（１，１）間のレーザー光路（３）に挿入される。メガワット級のレーザービームと電子ビームが交差位置（５）で衝突することにより高輝度準単色Ｘ線が発生し、前記光学素子を介して干渉性のＸ線に変換される。
【００４６】
一般に２次元４鏡光共振器は、ミラーでの入射・反射レーザーが平行ビームであるので、レーザーオプティクスが容易に行えるという特徴を有する。したがって、本発明に用いる光共振器として２次元４鏡光共振器は好ましい。
【００４７】
前記２次元４鏡光共振器（Ｍ）は、特許文献７に開示の４つの球面鏡を備える４鏡光共振器とは異なるものである。
特許文献７は、４つのレーザー光路の集束点（２５．１〜２５．４）が一直線上に並ぶように光学系を調整することによって入力レーザー光のコヒーレントの追加を行う光共振器を開示している。 同文献は、「２つのレーザー光路が交差する集束点（２５．２、２５．３）でのレーザー干渉は、有効波面ベクトルの方向を揃えることができるので、例えば、２つの共振器ミラー例えばミラー２２及びミラー２４の間、又はミラーの側に電子ビームを入れることができ、発生させる放射線の方向を操作することができる。」（第２７頁第４行目〜同頁８行目）。さらに、同文献は、「硬Ｘ線放射発生については、ターゲットがターゲット源（図示省略）によって集束点２５に供給される。ターゲットしての電子バンチの場合、集束点２５において、電子ビーム源（図示省略）からの相対論的電子の電子ビームが、増強共振器２０内に供給される導入用共振器のパルス１の伝搬方向に対向する方向に向けられる。電子ビームを集束点に当てる方法についての更なる詳細が、以下に、図８を参照して述べられる」（第３４頁第３２行目〜第３５頁第６行目にかけての記述）ことを開示している。つまり、要約すると電子ビームはレーザーパルスと衝突させる方向に向かって照射されるということであり、これは、前記特許文献２、３の開示と何ら変わらない。
しかし、特許文献７は、本発明の技術的実施態様、光共振器に２つ以上の偏光レーザーを周回させることにより干渉縞を形成させる技術、これに電子ビームを照射することにより干渉性のＸ線を発生させる技術は、記載も示唆もしていないからである。
【００４８】
図１４は、請求項７又は１０に従う３次元４鏡光共振器（Ｎ）を示す。３次元４鏡光共振器（Ｎ）は、１対の共振鏡（１，１）及び１対の反射鏡（１２，１２）を３次元に配置させた構造を有する（特許文献９）。共振鏡（１，１）と反射鏡（１２，１２）を結ぶ光路は互いに直交しているので、入射レーザーと反射レーザーは互いに干渉しない。３次元４鏡光共振器（Ｍ）は、直径１５μｍの真円形のビームプロファイルのレーザービームを発生できる。このレーザービームが共振鏡（１，１）間でメガワット級のレーザーに増幅され、３次元４鏡光共振器（Ｎ）に蓄積される。そして、Ｘ線集光レンズ及びピンホールを備える光学素子を内蔵する電子ビーム導入部（６）が１対の共振鏡間の光路の所に挿入される。メガワット級のレーザービームと電子ビームが交差位置（５）で衝突することにより高輝度準単色Ｘ線が発生し、前記光学素子を介して干渉性のＸ線に変換される。
【００４９】
ミラーベンダーを用いて鏡面を僅かに歪ませた1対の反射鏡と１対の共振鏡が平面上に配置された他の２次元４鏡光共振器は、前記共振鏡間の楕円形状のビームプロファイルをもつレーザービームを円形のビームプロファイルに整形することができる。これは、光弾性効果の応用である。この時、光弾性効果によって、鏡面を歪ませた反射鏡の鏡面には干渉縞が生じる（非特許文献３）。したがって、前記鏡面を歪ませない共振鏡の代わりに鏡面を歪ませた共振鏡を使用すると共振鏡間にレーザー干渉縞を生成することができる。この干渉縞に電子ビームを照射することにより干渉性のＸ線の発生が可能である。共振鏡に与えられる歪みは、共振鏡の完全弾性の範囲内にあるのが好ましい。レーザー干渉縞を発生させるために歪を与えられた共振鏡は、前記光弾性効果の応用以外にもポッケルス効果、カー効果等の電気光学効果の応用によって作製が可能である。
【００５０】
本発明は、光共振器内のレーザーの偏光状態を制御する偏光制御システム、及び光共振器内のレーザーの共鳴状態を制御する共鳴制御システムを付帯してもよい。偏光制御システム及び共鳴制御システムしては、特許文献９に開示の制御システムを用いるのが好ましい。
【００５１】
本発明は、加速器電子銃を付帯してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、偏光レーザー、偏光Ｘ線、及び干渉性のＸ線の生成を可能にする光共振器に関する。本発明は、偏光レーザー、偏光Ｘ線、及び干渉性のＸ線の生成方法、装置、システム等に関する産業上の利用可能性を持つ。特に、偏光Ｘ線分析、コヒーレントＸ線回折イメージング、Ｘ線診断治療、創薬研究開発、等に関する産業上の利用可能性を持つ。他に、本発明は、医療機器、材料分析、構造解析、材料加工、等の多くの産業利用のために有用である。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ  ２つ以上の偏光レーザーを周回させる光学系を備える光共振器
Ｂ  ２つ以上の偏光レーザーを周回させる光共振器
Ｃ  偏光Ｘ線を生成する光共振器
Ｄ  ２つ以上の偏光レーザーを周回させる３次元８鏡光共振器
Ｅ  偏光Ｘ線を生成する３次元８鏡光共振器
Ｆ  ２つ以上の偏光レーザーを周回させる３次元８鏡光共振器
Ｇ  偏光Ｘ線を生成する３次元８鏡光共振器
Ｈ  レーザー干渉縞を形成させる光共振器
Ｉ  レーザー干渉縞を形成させＸ線を生成する光共振器
Ｊ  レーザー干渉縞を形成させる３次元８鏡光共振器
Ｋ  レーザー干渉縞を形成させＸ線を生成する３次元８鏡光共振器
Ｌ  Ｘ線集光レンズ及びピンホールを備える光学素子を内蔵する電子ビーム導入部を挿入する光共振器
Ｍ  干渉性のＸ線を生成する２次元４鏡光共振器
Ｎ  干渉性のＸ線を生成する３次元４鏡光共振器
ａ  偏光レーザー
ｂ  偏光レーザー
ε  ２つ以上の偏光レーザーを周回させる光学系
Ｚ  交差位置を貫通する方向
α  共振鏡間の角度
β  電子ビーム導入部とレーザー光路との角度
１  共振鏡
２  共振鏡
３  レーザー光路
４  レーザー光路
５  交差位置又は衝突点
６  電子ビーム導入部
７  入射電子ビーム
８  偏光Ｘ線
９  余分の電子ビーム
１０  筐体
１１  ミラーホルダー
１２  反射鏡
１３  発生Ｘ線
１４  光学素子
１５  電子ビーム導入部
【図１】
0006340526.tif 000003
【図２】
0006340526.tif 000004
【図３】
0006340526.tif 000005
【図４】
0006340526.tif 000006
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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