JP3198059B2 - Laser beam separation device and free electron laser device using the same - Google Patents
Laser beam separation device and free electron laser device using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、異なる波長のレ
ーザ光をそれぞれの波長のレーザ光に分離する装置及び
これを用いた自由電子レーザ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for separating laser beams of different wavelengths into laser beams of respective wavelengths and a free electron laser device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】自由電子レーザ(以下FELと略称す
る)装置は、電子ビームを電子加速器で光速近くまで加
速し、この電子ビームをアンジュレータの周期磁場内で
蛇行させ、その際発生する自発放出光を光共振器内で多
数回往復させて往路の光パルスを後続の電子ビームパル
スに同期させ、光パルスが所定以上のエネルギーレベル
を越えると非線形的に発振し、FELが得られる。かか
るFEL装置で得られるレーザ光は、従来のレーザと比
べると一般に準単色光であるが、実際には2種以上の波
長の異なるFELが含まれていることが知られている。2. Description of the Related Art In a free electron laser (hereinafter abbreviated as FEL) device, an electron beam is accelerated to near the speed of light by an electron accelerator, the electron beam is meandered in a periodic magnetic field of an undulator, and spontaneous emission light generated at that time is generated. Is reciprocated a number of times in the optical resonator to synchronize the outgoing light pulse with the subsequent electron beam pulse. When the light pulse exceeds an energy level above a predetermined level, it oscillates non-linearly to obtain FEL. The laser light obtained by such an FEL device is generally quasi-monochromatic light as compared with a conventional laser, but it is known that two or more types of FELs having different wavelengths are actually contained.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
波長の異なるFELが含まれていても、実際にはこれら
のFELを分離することができないため、一般には中心
となるエネルギ密度の高い波長のFELにのみ着目して
これを光共振器から取り出して単色のFEL光としてい
る。上記波長の異なるFELを波長ごとに分離する従来
の技術としては、例えばSiO2 板を利用したビームス
プリッタがある(図3参照)。このビームスプリッタで
はSiO2 板を透過する波長のFEL光と反射する波長
のFEL光の割合を利用してFEL光のレーザビームを
分配する。However, even if such FELs having different wavelengths are included, these FELs cannot be actually separated. Focusing only on FEL, this is taken out of the optical resonator and made into monochromatic FEL light. As a conventional technique for separating the FELs having different wavelengths for each wavelength, for example, there is a beam splitter using an SiO 2 plate (see FIG. 3). In this beam splitter, the laser beam of the FEL light is distributed using the ratio of the FEL light having the wavelength transmitted through the SiO 2 plate and the FEL light having the reflected wavelength.
【0004】しかし、このビームスプリッタでは材料の
SiO2 によって使用波長域が限定され、使用可能な波
長が限られる。FEL装置は電子のエネルギやアンジュ
レータの磁場の強さを変えることによって波長可変のF
EL光が得られることが大きな特長であり、使用可能な
波長が限定されるビームスプリッタ方式では、FEL光
の波長が異なる波長域に設定されるごとに異なる材質の
ビームスプリッタ板を用意しなければならず、結局現状
ではFEL装置は単色光のものに限られているのであ
る。However, in this beam splitter, the usable wavelength range is limited by the material SiO 2 , and the usable wavelength is limited. The FEL device can change the wavelength by changing the energy of electrons and the strength of the magnetic field of the undulator.
A major feature is that EL light can be obtained. In the beam splitter method in which usable wavelengths are limited, a beam splitter plate made of a different material must be prepared every time the wavelength of FEL light is set to a different wavelength range. However, at present, FEL devices are limited to those of monochromatic light.
【0005】一方、最近ではレーザの利用分野として、
遺伝子工学やバイオサイエンスがクローズアップされて
いる。このような分野で要求される微細な細胞加工技術
においては、照射対象物によってレーザ光の波長やスポ
ット径を適宜変更しなければならないが、従来のレーザ
装置では、様々な波長のレーザ光を作り出せないため、
各波長ごとにレーザ装置を用意しなければならないの
で、上記のような分野で汎用性のあるレーザ装置が望ま
れている。On the other hand, recently, as an application field of laser,
Genetic engineering and bioscience have been highlighted. In the fine cell processing technology required in such a field, the wavelength and spot diameter of the laser beam must be appropriately changed depending on the irradiation target, but conventional laser devices cannot produce laser beams of various wavelengths. Because there is no
Since a laser device must be prepared for each wavelength, a versatile laser device in the above-mentioned fields is desired.
【0006】そこで、この発明は、上述した従来のFE
L光の分離技術の現状に留意して、異なる波長成分を含
むレーザ光を前提に、これを簡単な構成の偏向ミラーを
用いて各波長ごとに分離し、この分離したレーザ光を微
小なスポット径となるよう集光できるようにして、レー
ザ光を遺伝子工学等の分野でも広く有効に利用できるよ
うにすることを課題とする。Therefore, the present invention is directed to the above-described conventional FE
Keeping in mind the current state of the technology for separating L light, assuming that the laser light contains different wavelength components, this light is separated for each wavelength using a deflection mirror with a simple configuration, and this separated laser light is separated into a minute spot. It is an object of the present invention to condense light so as to have a diameter so that laser light can be widely and effectively used in fields such as genetic engineering.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決する手段として、異なる波長成分を含むレーザ光の
伝送経路に沿って並ぶ複数枚の偏向ミラーを備え、これ
ら偏向ミラーを、それぞれの穴径を順次絞った複数枚の
穴付偏向ミラーと、これら穴付偏向ミラーに連続して並
ぶ穴無し偏向ミラーとし、これら偏向ミラーで上記レー
ザ光を各波長ごとに反射させて大まかに分離し、分離さ
れた各波長のレーザ光を集光レンズにより集光し、その
スポット径をその波長近くに絞るようにしたレーザ光分
離装置としたのである。According to the present invention, as a means for solving the above-described problems, a laser beam containing different wavelength components is used.
Equipped with a plurality of deflecting mirrors arranged along the transmission path, these deflecting mirrors are replaced by a plurality of deflecting mirrors with holes whose diameters are sequentially reduced, and deflecting mirrors without holes continually arranged on these deflecting mirrors with holes and then, apart roughly component by reflecting the laser beam for each wavelength in these deflection mirrors, separated min
Condensed by the condenser lens of the laser light of each wavelength that is to that the laser light separation apparatus in so that down the spot diameter of that near the wavelength.
【0008】この発明に係るレーザ光分離装置による
と、前提として異なる波長成分を含むレーザ光が用いら
れる。このレーザ光はまず穴付き偏向ミラーに導かれ、
順次穴径の大きさによって所定の波長のレーザ光が大ま
かに分離される。各波長のレーザ光に分離する場合、レ
ーザ光は伝送する際に良好な直進性を有するが、わずか
に広がり角を有し、この広がり角は波長依存性を有する
ため波長の大きいもの程大きく広がるという性質を利用
して分離する。According to the laser beam separation device of the present invention, laser beams containing different wavelength components are used as a precondition. This laser light is first guided to a deflecting mirror with holes,
Laser light large of a predetermined wavelength by the size sequentially hole diameter or
Crab is separated. When separating the laser light of each wavelength, Les
The laser light has good linearity during transmission, but has a slight divergence angle. Since this divergence angle has wavelength dependence, it is separated using the property that the larger the wavelength, the larger the divergence.
【0009】例えば、レーザ光が基本波長成分に対し、
3次、5次の高調波成分を含むとすると、それぞれの成
分はλ1 =λ、λ2 =λ/3、λ3 =λ/5の波長を有
し、従って基本波長のものが最も大きく広がり、3次、
5次と広がり角が小さくなる。従って、これに対応する
穴径を穴付き偏向ミラーに設定し、第一の反射ミラーで
基本波を反射させると共にその他は穴を通過させ、第二
の反射ミラーでは3次高調波成分を反射させると共にそ
の他は穴を通過させるというように各波長成分を大まか
に分離することができる。そして、この分離したレーザ
光を集光レンズで集光して、各レーザ光のスポット径を
その波長近くまで絞り込むと、このレーザ光を微細な加
工技術に利用できる。 For example, when the laser beam is
Assuming that third and fifth harmonic components are included, each component has a wavelength of λ 1 = λ, λ 2 = λ / 3, and λ 3 = λ / 5, and the fundamental wavelength is the largest. Spread, tertiary,
The divergence angle is reduced to the fifth order. Therefore, the hole diameter corresponding to this is set to the deflection mirror with holes, the fundamental wave is reflected by the first reflection mirror, the others pass through the hole, and the third harmonic component is reflected by the second reflection mirror. At the same time , each wavelength component can be roughly separated such that the others pass through holes. Then, the laser light the separated condensed by the condenser lens, the Filter spot diameter of the laser beam to its wavelength near Ru can use this laser beam into a fine processing technology.
【0010】また、上記分離装置を用いると、電子ビー
ムを光速近くまで加速する電子加速器と、この電子加速
器で加速した電子ビームを蛇行させる周期磁場手段と、
この周期磁場手段での電子ビームの蛇行により発生する
自発放出光を所定間隔で対向する一対の反射ミラーによ
り反射し複数回往復させることによって増幅して複数波
長成分のレーザ光を発生させる光共振器と、この光共振
器から出力されたレーザ光の伝送経路に沿って並ぶ複数
枚の偏向ミラーで構成され、上記レーザ光を各波長ごと
に大まかに分離する光分離装置とを備え、この光分離装
置の偏向ミラーを、それぞれの穴径を順次絞った複数枚
の穴付偏向ミラーと、これら穴付き偏向ミラーに連続し
て並ぶ穴無し偏向ミラーとし、これら偏向ミラーで反射
させて大まかに分離し、分離された各波長成分のレーザ
光を集光レンズにより集光し、そのスポット径をその波
長近くに絞るようにした自由電子レーザ装置とすること
もできる。Further, when the above-mentioned separation device is used, an electron accelerator for accelerating the electron beam to near the speed of light, a periodic magnetic field means for meandering the electron beam accelerated by the electron accelerator,
An optical resonator that generates spontaneous emission light generated by meandering of the electron beam by the periodic magnetic field means, is reflected by a pair of reflecting mirrors facing each other at predetermined intervals, and is amplified by reciprocating a plurality of times to generate laser light of a plurality of wavelength components. If this is composed of a plurality of deflection mirrors arranged along the transmission path of the output laser light from the optical resonator, and an optical separation device for roughly separating the laser light into each wavelength, the optical separation the deflection mirror device, and a plurality holes with deflection mirror which sequentially squeezed each hole diameter, the hole without deflecting mirror arranged in succession in these holes with a deflecting mirror, and roughly separated is reflected by these deflection mirrors the laser light of each wavelength component separated is condensed by the condenser lens, and free electron laser apparatus which so that down the spot diameter of that near the wavelength that
Can also .
【0011】この発明に係る自由電子レーザ装置は光共
振器で異なる波長成分のレーザ光を増幅し放出する。従
って、この光共振器から取り出されたレーザ光は、光共
振器外の伝送経路上の上述した光分離装置によりそれぞ
れの波長成分ごとに大まかに分離され、集光レンズでス
ポット径がその波長近くになるまで絞られるので、細胞
などに照射して微細加工を施すことができる。 [0011] free-electron laser equipment according to the invention amplifies a laser beam of different wavelength components by the optical resonator emitting. Therefore , the laser light extracted from the optical resonator is roughly separated for each wavelength component by the above-described optical separation device on the transmission path outside the optical resonator, and is condensed by the condenser lens. since the spot diameter is narrowed until near the wavelength, Ru can be subjected to fine processing by irradiating the like cells.
【0012】また、上記偏向ミラーで分離された各波長
のレーザ光を、それぞれの波長に応じた反射中心波長特
性の薄膜で形成した積層膜ミラーに反射させて、それぞ
れの波長用のレーザ光のみを分離するようにしてもよ
い。このようにすると、上記のレーザ分離装置で大まか
に波長成分ごとに分離したそれぞれのレーザ光を積層膜
ミラーを用いてさらに高い精度でそれぞれの波長成分の
レーザ光に分離することができる。Further, the laser light of each wavelength separated by the deflection mirror is reflected by a laminated film mirror formed of a thin film having a reflection center wavelength characteristic corresponding to each wavelength, and only the laser light for each wavelength is reflected. May be separated. With this configuration, each laser beam roughly separated for each wavelength component by the above-mentioned laser separation device can be separated into laser beams of each wavelength component with higher accuracy by using a laminated film mirror.
【0013】すなわち、上記のレーザ分離装置によるレ
ーザ光の分離は大まかな分離である。これは、上記のよ
うに分離されたレーザ光には基本波成分といっても3
次、5次の高調波成分をわずかに含むからである。従っ
て、このように各波長成分に分離されたレーザ光を積層
膜ミラーに導くと、この積層膜ミラーでは特定波長成分
を中心として反射し、その他の波長成分のものは吸収す
る。That is, the above laser separation devicebyLes
The separation of laser light is a rough separation. this is,Above
IsolatedLaser lightToThe fundamental wave componentAlso 3
This is because the next and fifth harmonic components are slightly contained. Follow
Laser light separated into each wavelength component
When guided to a film mirror, this laminated film mirror has a specific wavelength component.
, And absorbs other wavelength components.
You.
【0014】このため、積層膜ミラーでは、積層される
薄膜の材質をそれぞれ変えて上記各波長成分のレーザ光
のみを反射することにより各波長成分のみの高品質のレ
ーザ光が得られる。例えば薄膜材料としては、TiO2
/SiO2 、H5 O2 /SiO2 などがあり、それぞれ
0.5μm、0.3μmを中心として強く反射する特性
のものが得られる。また、集光レンズの集点を可変にし
てもよい。このようにすると、照射対象物の特定部分に
レーザ光のスポットを正確に合わせることができる。Therefore, in the laminated film mirror, high quality laser light of only each wavelength component is obtained by changing only the material of the laminated thin film and reflecting only the laser light of each wavelength component. For example, as a thin film material, TiO 2
/ SiO 2 , H 5 O 2 / SiO 2, etc., which have characteristics of strongly reflecting around 0.5 μm and 0.3 μm, respectively. Further, the focal point of the condenser lens may be variable. With this configuration, the spot of the laser beam can be accurately adjusted to the specific portion of the irradiation target.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下この発明の実施例について図
面を参照して説明する。図1は実施例のFEL装置の全
体概略構成図である。1は電子加速器、2、3、5は偏
向磁石、4はアンジュレータ、6はビームキャッチャ、
7、7は一対の反射ミラー、8、9は全反射ミラーであ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of the FEL device of the embodiment. 1 is an electron accelerator, 2, 3, 5 are deflection magnets, 4 is an undulator, 6 is a beam catcher,
7, 7 are a pair of reflection mirrors, and 8, 9 are total reflection mirrors.
【0016】図示省略しているが、電子ビームは電子銃
などの電子ビーム発生器で発生され電子加速器1へ送り
込まれる。電子加速器1では光速に近い速度に電子ビー
ムが加速され、偏向磁石2、3によって軌道を曲げられ
てアンジュレータ4の周期磁場内へ導かれる。なお、電
子加速器1からビームキャッチャ6へ至る電子ビームの
軌道は一般に真空ダクト内に設置されるが、図示簡略化
のため真空ダクトは図示省略している。Although not shown, the electron beam is generated by an electron beam generator such as an electron gun and sent to the electron accelerator 1. In the electron accelerator 1, the electron beam is accelerated to a speed close to the speed of light, and its trajectory is bent by the deflecting magnets 2 and 3 and guided into the periodic magnetic field of the undulator 4. The trajectory of the electron beam from the electron accelerator 1 to the beam catcher 6 is generally set in a vacuum duct, but the vacuum duct is not shown for simplicity.
【0017】アンジュレータ4では周期磁場により電子
ビームは蛇行させられ、その際自発放出光が発生し、電
子ビームとほぼ並行して進む。電子ビームはアンジュレ
ータ4との相互作用を終えるともう1つの偏向磁石5に
より軌道を曲げられ、外部へ導出されビームキャッチャ
6により消滅する。アンジュレータ4は、図示のよう
に、一対の反射ミラー7、7から成る光共振器の間に設
けられており、アンジュレータ4内で発生した自発放出
光は反射ミラー7、7間を何百回となく往復する。In the undulator 4, the electron beam is meandered by the periodic magnetic field, and at that time, spontaneous emission light is generated, and the electron beam travels almost in parallel. When the electron beam has finished interacting with the undulator 4, its trajectory is bent by another deflecting magnet 5, led out, and extinguished by the beam catcher 6. As shown in the figure, the undulator 4 is provided between an optical resonator composed of a pair of reflection mirrors 7, 7, and the spontaneous emission light generated in the undulator 4 travels hundreds of times between the reflection mirrors 7, 7. Reciprocate without.
【0018】このとき、後続の電子ビームのパルス間隔
を自発放出光のパルスに同期するように送り込むと、多
数回往復する自発放出光の光エネルギが強められ、所定
以上の強さになると一方の反射ミラー7の中央に設けら
れた小孔7aから外部へ導出される。これがFEL光で
ある。アンジュレータ4で発生する自発放出光は図4に
示すように、2種以上の波長の異なるものが発生するこ
とが知られている(図4の下段の図で基本波、3次、5
次の次数でピーク光強度のものが観測されている)。一
般には基本波のみをFEL光として取り出すが、この実
施例では上記異なる波長の自発放出光をFEL光として
取り出すため、各波長においても反射率のよい銀コート
7bを反射ミラー7、7にそれぞれ施している。At this time, if the pulse interval of the succeeding electron beam is sent in synchronization with the pulse of the spontaneous emission light, the light energy of the spontaneous emission light reciprocating a large number of times is increased. The light is led out from a small hole 7a provided in the center of the reflection mirror 7. This is FEL light. It is known that the spontaneous emission light generated by the undulator 4 has two or more different wavelengths as shown in FIG.
The next order has the peak light intensity observed). In general, only the fundamental wave is extracted as FEL light. In this embodiment, however, the spontaneous emission light having the different wavelength is extracted as FEL light. ing.
【0019】上記構成の光共振器により得られるFEL
光は、基本波の波長をλとすると、他のFEL光の波長
はλ/3、λ/5となり、基本波より短波長のFEL光
が得られる。このようにして得られる3種の波長のFE
L光は、反射ミラー7を通過した後外部の全反射ミラー
8、9を介してレーザ光分離装置10によりそれぞれの
波長のレーザ光に分離される。レーザ光分離装置10
は、第一段階の分離部として3種の偏向ミラー11a、
11b、11cを備えている。FEL obtained by the optical resonator having the above configuration
Assuming that the wavelength of the fundamental wave is λ, the wavelengths of the other FEL lights are λ / 3 and λ / 5, and FEL light having a shorter wavelength than the fundamental wave can be obtained. FE of three wavelengths obtained in this way
After passing through the reflection mirror 7, the L light is separated into laser lights of respective wavelengths by the laser light separation device 10 via external total reflection mirrors 8 and 9. Laser beam separation device 10
Are three types of deflecting mirrors 11a as a first stage separation unit,
11b and 11c are provided.
【0020】11a、11bは2つの偏向ミラーに穴付
きとし、11cは穴無しのものである。2つの偏向ミラ
ー11a、11bの穴径はレーザビームの流れの上流側
から順次絞られた径のものを用いる。そして、穴径を絞
る場合の偏向ミラー相互の関係は次のように設定する。
レーザビームは、直進性の強い光であるが、これを伝送
するとその経路でわずかに拡がり角を有する。その拡が
り角は波長が長い程大きい。従って、基本波成分を多く
含むレーザ光は同心円の外側に分布し、3次、5次の高
次の波長成分を含むレーザ光は内側に多く分布する。11a and 11b have holes in the two deflecting mirrors, and 11c has no holes. The hole diameters of the two deflecting mirrors 11a and 11b are sequentially reduced from the upstream side of the laser beam flow. The relationship between the deflecting mirrors when the hole diameter is reduced is set as follows.
A laser beam is a light beam having a high rectilinearity, and when transmitted, has a slight divergence angle in its path. The divergence angle increases as the wavelength increases. Accordingly, laser light containing a large amount of fundamental wave components is distributed outside the concentric circle, and laser light containing third- and fifth-order high-order wavelength components is largely distributed inside.
【0021】このため、各偏向ミラー11a、11bの
穴径は、11aのミラーが基本波を多く含む有効径の範
囲で反射し、3次、5次の高調波成分を含むレーザ光が
その有効径に相当する穴径を通過するように設定し、1
1bのミラーは3次高調波成分を反射し、5次以上の高
調波成分を通過させる径に設定する。偏向ミラー11
a、11bに対して穴径を上記のように設定することに
よって、レーザビームは大略基本波、3次、5次の高調
波成分にそれぞれ分離されるが、上記偏向ミラーの穴径
による分離は大雑把な分離方法である。For this reason, the hole diameter of each of the deflecting mirrors 11a and 11b is such that the mirror 11a reflects within a range of an effective diameter including a large number of fundamental waves, and a laser beam containing the third and fifth harmonic components is effective. Set to pass through the hole diameter corresponding to the diameter, and
The mirror 1b is set to have a diameter that reflects the third harmonic component and passes the fifth or higher harmonic component. Deflection mirror 11
By setting the hole diameters for a and 11b as described above, the laser beam is roughly separated into the fundamental wave, third-order, and fifth-order harmonic components, respectively. This is a rough separation method.
【0022】これは、上記のように分離されたレーザビ
ームの強度分布では基本波成分を多く含むレーザビーム
と言っても全く3次、5次成分のものを含んでいないの
ではなく、3次と言っても5次以上のものを含んでいな
い訳ではないからである。なお、基本波長が変化する場
合は、偏向ミラー11a、11bの穴径を可変として対
応するとよい。This is because the intensity distribution of the laser beam separated as described above does not include a third-order or fifth-order component at all even if it is a laser beam containing a large number of fundamental components. This does not mean that it does not include the fifth or higher order. When the fundamental wavelength changes, it is preferable that the hole diameter of the deflection mirrors 11a and 11b is made variable.
【0023】この実施の形態では、上記実際のレーザビ
ームの分布状況を考慮して、さらに第二段階の分離方法
として多層膜ミラー13a、13b、13cによる分離
手段を採用している(図1及び図2参照)。この分離手
段に用いられる多層膜ミラーは、例えばTiO2 /Si
O2 又はH5 O/SiO2 の誘電体薄膜層をλ/2の層
厚さで多層に形成したものから成る。In this embodiment, taking into consideration the actual distribution state of the laser beam, a separating means using multilayer mirrors 13a, 13b, and 13c is employed as a second-step separating method (see FIGS. 1 and 2). (See FIG. 2). The multilayer mirror used for this separation means is, for example, TiO 2 / Si
It is composed of a multi-layered dielectric thin film layer of O 2 or H 5 O / SiO 2 with a layer thickness of λ / 2.
【0024】上記誘電体薄膜層は、TiO2 /SiO2
の場合0.5μmを中心として高反射率であり、H5 O
2 /SiO2 の場合0.3μmを中心として高反射率の
特性を有する。従って、各レーザ光の波長に応じた反射
中心波長特性の薄膜で多層膜ミラーを形成し、この多層
膜ミラーを基本波が1〜数十μmの間で変化するレーザ
光に対してそれぞれ適当に用いて、その多層膜の中心波
長で上記レーザ光を反射し、その他の成分を反射ミラー
で吸収することにより、上記レーザ光はさらに高い精度
でそれぞれの波長に分離できることになる。The dielectric thin film layer is made of TiO 2 / SiO 2
A high reflectance around a 0.5μm case, H 5 O
In the case of 2 / SiO 2 , it has a characteristic of high reflectance centering on 0.3 μm. Therefore, a multilayer mirror is formed by a thin film having a reflection center wavelength characteristic corresponding to the wavelength of each laser light, and this multilayer mirror is appropriately applied to laser light whose fundamental wave changes between 1 and several tens μm. When the laser light is reflected at the center wavelength of the multilayer film and other components are absorbed by the reflection mirror, the laser light can be separated into each wavelength with higher accuracy.
【0025】そして、偏向ミラー11a、11b,11
cで各波長成分に分離され多層膜ミラー13a、13
b、13cでフィルタリングされた各レーザは、図1及
び図2に示すように、集光レンズ12a、12b、12
cによりそれぞれ集光される。集光された各レーザ光
は、スポット径がそれぞれ各波長程度の大きさとなり、
照射対象物に照射される。The deflection mirrors 11a, 11b, 11
c, the multi-layer mirrors 13a and 13
Each of the lasers filtered by b and 13c is, as shown in FIGS. 1 and 2, condensing lenses 12a, 12b and 12c.
The light is condensed by c. Each focused laser beam has a spot diameter of about each wavelength,
The object is irradiated.
【0026】遺伝子工学、バイオサイエンス又は生命工
学などの分野における細胞の微細加工では、細胞自体へ
の照射には波長が約10μmのレーザ光が、細胞膜には
波長が約6μmのレーザ光が、細胞核へは約1μmのレ
ーザ光が、それぞれ必要となる。このFEL装置は、上
記のように、出力するとレーザ光の波長が可変であると
共に、基本波長λ1 、3次高調波λ2 、及び5次高調波
λ3 のレーザ光を出力することができるので、細胞、細
胞膜又は細胞核にそれぞれ適した波長のレーザ光を効率
よく発生させて照射することができる。In microfabrication of cells in fields such as genetic engineering, bioscience or biotechnology, a laser beam having a wavelength of about 10 μm is applied to irradiate the cells themselves, a laser beam having a wavelength of about 6 μm is applied to a cell membrane, and a cell nucleus is irradiated. Requires a laser beam of about 1 μm. As described above, this FEL device can change the wavelength of the laser light when output, and can also output laser light of the fundamental wavelength λ 1 , the third harmonic λ 2 , and the fifth harmonic λ 3. Therefore, it is possible to efficiently generate and irradiate a laser beam having a wavelength suitable for each cell, cell membrane, or cell nucleus.
【0027】そのうえ、このFEL装置は、集光レンズ
12a、12b、12cにより各レーザ光をスポット径
が各波長近くになるまで絞ってから細胞に照射するの
で、細胞の微細加工が容易となる。また、このFEL装
置からのレーザ光は、エキシマレーザ等と同様に、半導
体素子の微細加工にも応用できる。In addition, this FEL device irradiates the cells with the laser beams narrowed down by the condenser lenses 12a, 12b and 12c until the spot diameter approaches each wavelength, thereby facilitating the fine processing of the cells. Further, the laser light from the FEL device can be applied to fine processing of a semiconductor element as in the case of an excimer laser or the like.
【0028】[0028]
【効果】以上詳細に説明したように、この発明に係るレ
ーザ光分離装置は、レーザ光の上流側から順次絞られた
穴径を有する偏向ミラーと穴無しの偏向ミラーから成る
ものとしたから、それぞれの穴径を適宜に選択すること
によって所定の異なる波長成分毎のレーザ光が得られ、
所定数の場所に所定量のレーザビームを集光レンズによ
り集中させた状態で同時に分配することが可能となり、
特に細胞などへの微細加工技術におけるFEL利用の上
で極めて有益であるという利点が得られる。As described in detail above, the laser beam separating apparatus according to the present invention is composed of a deflecting mirror having a hole diameter gradually narrowed from the upstream side of the laser beam and a deflecting mirror having no hole. By appropriately selecting each hole diameter, a laser beam for each of predetermined different wavelength components can be obtained,
It becomes possible to simultaneously distribute a predetermined amount of laser beams to a predetermined number of locations while being concentrated by a condenser lens,
In particular, there is obtained an advantage that it is extremely useful in using FEL in microfabrication technology for cells and the like.
【0029】また、反射中心波長の異なる薄膜により形
成される積層膜ミラーを用いて各波長毎にさらに高精度
で分配するようにすると、大まかに分離された各波長の
レーザ光をさらに細かく特定波長のみの単色光レーザと
してそれぞれ分離することができ所定場所に分配して種
々の利用研究が行なえることとなる。Further, by using a laminated film mirror formed of thin films having different reflection center wavelengths and distributing them with higher precision for each wavelength, the roughly separated laser light of each wavelength can be further finely divided into a specific wavelength. Only monochromatic lasers can be separated from each other and distributed to a predetermined place, so that various utilization studies can be performed.
【0030】この発明に係るFEL装置は、異なる波長
のレーザ光を発生させ、これらを光分離装置で分離でき
るものとしたから、例えば1μm〜数十μmの広波長域
で異なる波長のFEL光をそれぞれの基本波長のレーザ
光に分離し、各レーザ光を集光レンズで集中した状態で
同時に分配して各種利用研究が実現できる。The FEL device according to the present invention generates laser beams of different wavelengths and can separate them by a light separating device. Therefore, for example, FEL beams of different wavelengths in a wide wavelength range of 1 μm to several tens μm are generated. Laser light of each fundamental wavelength is separated, and each laser light is simultaneously distributed in a state of being concentrated by a condenser lens, so that various utilization studies can be realized.
【図1】実施例のFEL装置にレーザ光分離装置を備え
たものの全体概略構成図FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of an FEL device according to an embodiment provided with a laser beam separation device.
【図2】レーザ光分離装置の概略構成の斜視図FIG. 2 is a perspective view of a schematic configuration of a laser beam separation device.
【図3】従来の光分離装置の概略図FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional light separation device.
【図4】FEL装置で発生するFEL光の強度分布曲線
を表わす図FIG. 4 is a diagram showing an intensity distribution curve of FEL light generated by the FEL device.
1 電子加速器 2、3、5 偏向磁石 4 アンジュレータ 6 ビームキャッチャ 7、7 反射ミラー 8、9 全反射ミラー 10 レーザ光分離装置 11a〜c 偏向ミラー 12a〜c 集光レンズ 13a〜c 多層膜ミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron accelerator 2, 3, 5 Deflection magnet 4 Undulator 6 Beam catcher 7, 7 Reflection mirror 8, 9 Total reflection mirror 10 Laser beam separation device 11a-c Deflection mirror 12a-c Condensing lens 13a-c Multilayer mirror
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/30,3/101 G02B 27/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3 / 30,3 / 101 G02B 27/10
Claims (4)
路に沿って並ぶ複数枚の偏向ミラーを備え、これら偏向
ミラーを、それぞれの穴径を順次絞った複数枚の穴付偏
向ミラーと、これら穴付偏向ミラーに連続して並ぶ穴無
し偏向ミラーとし、これら偏向ミラーで上記レーザ光を
各波長ごとに反射させて大まかに分離し、分離された各
波長のレーザ光を集光レンズにより集光し、そのスポッ
ト径をその波長近くに絞るようにしたレーザ光分離装
置。A plurality of deflecting mirrors arranged along a transmission path of a laser beam containing different wavelength components, wherein the deflecting mirrors are provided with a plurality of holes whose diameters are sequentially reduced. a deflecting mirror, continuously in these holes with deflecting mirrors and no hole deflecting mirror lined up, separated roughly the laser beam by these deflecting mirrors is reflected for each wavelength component, the laser light of each separated min wavelength was condensed by the condenser lens, the laser light separation apparatus in so that down the spot diameter of that near the wavelength.
加速器と、この電子加速器で加速した電子ビームを蛇行
させる周期磁場手段と、この周期磁場手段での電子ビー
ムの蛇行により発生する自発放出光を所定間隔で対向す
る一対の反射ミラーにより反射し複数回往復させること
によって増幅して複数波長成分のレーザ光を発生させる
光共振器と、この光共振器から出力されたレーザ光の伝
送経路に沿って並ぶ複数枚の偏向ミラーで構成され、上
記レーザ光を各波長ごとに大まかに分離する光分離装置
とを備え、この光分離装置の偏向ミラーを、それぞれの
穴径を順次絞った複数枚の穴付偏向ミラーと、これら穴
付き偏向ミラーに連続して並ぶ穴無し偏向ミラーとし、
これら偏向ミラーで反射させて大まかに分離し、分離さ
れた各波長成分のレーザ光を集光レンズにより集光し、
そのスポット径をその波長近くに絞るようにした自由電
子レーザ装置。2. An electron accelerator for accelerating an electron beam to near the speed of light, periodic magnetic field means for meandering the electron beam accelerated by the electron accelerator, and spontaneous emission light generated by meandering of the electron beam by the periodic magnetic field means. An optical resonator that is reflected by a pair of reflecting mirrors facing each other at a predetermined interval and amplified by being reciprocated a plurality of times to generate laser light having a plurality of wavelength components; and a transmission of the laser light output from the optical resonator.
Is composed of a plurality of deflection mirrors arranged along the feed path, and an optical separation device for roughly separating the laser light into each wavelength, a deflection mirror for the beam splitting device, sequentially narrowed respective hole diameter Deflecting mirror with multiple holes, and a non-hole deflecting mirror that is continuously aligned with these deflecting mirrors with holes,
The light is reflected by these deflecting mirrors, roughly separated, and
The focused laser light of each wavelength component is focused by a focusing lens ,
As a free electron laser apparatus which so that down the spot diameter near the wavelength.
ザを、それぞれの波長に応じた反射中心波長特性の薄膜
で形成した積層膜ミラーに反射させ、この反射した各波
長のレーザ光を上記集光レンズに供給するようにしたこ
とを特徴とする請求項1に記載のレーザ光分離装置又は
請求項2に記載の自由電子レーザ装置。3. The laser of each wavelength separated by the deflecting mirror is reflected by a laminated film mirror formed of a thin film having a reflection center wavelength characteristic corresponding to each wavelength, and the reflected laser light of each wavelength is collected by the laser beam. The laser beam separation device according to claim 1 or a free electron laser device according to claim 2, wherein the laser beam is supplied to an optical lens.
を特徴とする請求項1もしくは3に記載のレーザ光分離
装置又は請求項2もしくは3に記載の自由電子レーザ装
置。4. A free-electron laser apparatus according to the laser beam splitter or claim 2 or 3 according to claim 1 or 3, characterized in that the focal point of the condenser lens in the variable.
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|---|---|---|---|
| JP25051796A JP3198059B2 (en) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | Laser beam separation device and free electron laser device using the same |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH1098239A JPH1098239A (en) | 1998-04-14 |
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|---|---|---|---|---|
| KR100391226B1 (en) * | 2001-04-27 | 2003-07-12 | 주식회사 한택 | Laser Beam Spltting System and Surface Treatment Method using The Same |
| CN112290373B (en) * | 2020-11-19 | 2025-05-27 | 中国科学技术大学 | A method and device for outputting three-hole coupling of oscillator-type free electron laser |
-
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 「入門自由電子レーザ」、日本原子力学会発行、1995年8月30日、口絵、p.62〜63 |
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