소규모 라이브 바카라 레이저 장치를 사용하여 성공적으로 적외선 및 X- 레이를 생성

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")측정 프론티어 리서치 부서[Research Division Director Akimune Yoshio] Yamada Iewakatsu 부국장과 Light and Quantum Imaging Technology Research Group의 최고 연구원 인 Ogawa Hiroshi가 작습니다프리 라이브 바카라 레이저개발 장비단색동시에 고강도, 단락 적외선 및 X- 레이를 지원합니다

이 연구에서 AIST는 이전에 Kawasaki Heavy Industries, LtdFree Electron Laser 독점적으로 Niji-IV 라이브 바카라 저장 고리(이하 "Niji-IV"라고하는 이하)가 사용되었습니다 이번에는 삽입 광원은 장기간과 강한 자기장이 있으며 총 길이는 36m입니다Light KlystronEtlok-III 및 05µm 미만의 진동 진폭을 갖는 높은 안정성광학 공진기새로 개발되었으며, 적외선 영역 인 파장 범위가 084 ~ 150µm 인 최대 16MW의 최대 출력으로 성공적으로 진동했습니다

이 진동하는 적외선 자유 라이브 바카라 레이저 라이트와 함께 빛의 속도에 가까운 속도로 움직입니다라이브 바카라 무리광학 공진기 내의 (번들)와 충돌하는 데 성공하기 위해 거의 단색 X- 선 빔을 생성했습니다 얻어진 X- 선 빔의 수율 (광자 수)은 10⁶에너지 (X- 레이의 파장에 해당)는 12 ~ 21 MEV이며, 지금까지 단색 X- 선 소스를 얻기가 어려운 영역 (03 ~ 15 MEV)을 포함합니다

이 결과는 적외선과 X- 레이의 조정 가능한 에너지 (파장)의 두 가지 색상의 고수익 빔 소스로 적용될 수 있습니다 또한, 에너지 회복 유형 Linac과 같은 가속기에 적용될 때, 에너지는 03 MEV를 넘고 수율은 10¹²광자/s에 대한 반 모노 크로마 X- 선 빔 소스로 사용될 것으로 예상됩니다 이 X- 선 빔은 자기 재료 연구에서 이전에 불가능했던 측정을 허용하며 초고 밀도 자기 기록 장치의 실현에 기여할 수 있습니다

Niji-IV의 사진 (왼쪽) 및 회로도 (오른쪽), 자유 라이브 바카라 레이저 전용 라이브 바카라 저장 고리

라이브 바카라 빔이 빛의 속도로 가속화되면 접선 방향으로 방출되는 접선 빛은 고도로 방향성 연속 스펙트럼 광원으로 사용될 수 있으므로 1970 년대에 싱크로트론 방사선을 사용하기위한 라이브 바카라 저장 고리의 구성이 시작되었습니다 그 이후로, 싱크로트론 방사선 시설의 더 큰 크기로 인해 광자 에너지가 증가했으며, 고조파 조원의 조명 공급원은 수십 수십의 KEV의 에너지 범위로 확장되었으며, 고 가중 X- 레이는 재료 과학, 생명 과학 및 산업의 발전에 기여했습니다 그러나, 03 meV보다 큰 에너지를 가진 X- 선 빔을 얻는 것은 여전히 어렵다

에너지 범위에서 X- 레이와 재료 사이의 상호 작용은 03 MEV에서 15 MEV 사이의 라이브 바카라 운동량 밀도 분포를 측정하는 데 적합하며, 이는 합금 및 박막의 자기 연구에 필수적이며 광원의 개발은 새로운 응용 분야를 개발할 것으로 예상됩니다

AIST는 Niji-IV를 사용하여 자유 라이브 바카라 레이저 광 발동의 파장을 단축시키기 위해 노력해 왔으며, 프리 라이브 바카라 레이저 라이트의 가장 짧은 파장 레코드를 업데이트하고 일본의 진공 자외선 범위에서 첫 번째 레이저 광 발진을 업데이트하는 것과 같은 결과를 달성했습니다 이번에는 스토리지 링 프리 라이브 바카라 레이저 빔의 파장을 더욱 증가시키기 위해 지금까지 개발 한 고급 프리 라이브 바카라 레이저 진동 기술을 적용하기로 결정했습니다

이 연구는 핵 시험위원회가 자금을 지원하는 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 핵 시험 연구 연구, "무료 라이브 바카라 빔과 고급 활용 기술 (2004-2008)을 사용한 광대역 양자 방사선 소스에 대한 연구에 따라 수행되었습니다

에너지 범위가 03 MeV ~ 15 MeV의 단색으로 우수한 고 에너지 X- 선 빔은 레이저 조명과 충돌하여 라이브 바카라 묶음이 빛의 속도에 가까운 속도로 움직입니다인버트 컴턴 산란에 의해 얻을 수 있습니다 스토리지 링의 라이브 바카라 무리를 사용하는 경우 라이브 바카라의 에너지가 비교적 낮아야하고 레이저 광의 파장은 또한 적외선 영역에 있어야합니다 따라서, AIST는 적외선 광선 전용 스토리지 링 프리 라이브 바카라 레이저 장치를 제조하고 X- 레이 빔을 생성 할 계획이었습니다

Niji-IV에는 두 개의 긴 선형 부품이 있으며, 하나는 짧은 파장 유리 라이브 바카라 레이저 라이트를 개발하는 데 사용됩니다 우리는 적외선 광선 전용 빔라인으로 다른 긴 직선 섹션을 사용하여 적외선 저장 링 프리 라이브 바카라 레이저를 개발하기로 결정했습니다 광학 Klystron etlok-III는도 1에 도시된다 도 1은 삽입 광원으로 제조되고 Niji-IV의 긴 직선 부분에 삽입되었다

그림 1 라이트 클라이스트론 etlok-III (왼쪽)의 사진과 빛의 개념적 다이어그램 (오른쪽)

이 광학 Klystron Etlok-III는 총 길이가 36m이며 비교적 짧으며, 긴 직선 섹션의 약 절반이므로 자유 라이브 바카라 레이저 역전 Compton 산란에 대한 다중 충돌 지점이 자기장이없는 영역에서 촬영할 수 있습니다 총 길이는 비교적 짧지 만, 강한 자기장을 갖는 075m 분산 섹션은 2 개의 14m 기복기 (그림 1의 개념적 다이어그램의 부분 색상 코딩 녹색)의 중심에 위치하며, 이는 자유 라이브 바카라 레이저 광에 대한 높은 증폭 계수를 제공합니다 Light Klystron Etlok-III 방출자발적 배출 광의 스펙트럼 (도 2)를 측정하고 충분한 변조가 수득되어 디자인의 증폭 계수에 가까운 것으로 확인되었다 또한, 매우 안정적인 광학 공진기는 자발적으로 방출 된 빛을 제한하는 적외선 빔라인의 양쪽 끝에 설치되었습니다 (그림 3) 이 광학 공진기는 공진기 미러의 3 축 변환 및 2 축 회전을 독립적으로 제어 할 수 있으며 광학 축 방향의 위치의 정확도는 01 µm입니다 외부 진동을 억제하는 메커니즘이 있으며 공진기 미러의 진동 변위는 05 µm 이내입니다

그림 2 광학 Klystron etlok-III의 자발적 방출의 예 기본파는 적외선이기 때문에 보이지 않지만 세 번째와 네 번째 조명은 보이기 때문에 볼 수 있습니다		그림 3 : 매우 안정적인 광학 공진기 하나는 적외선 빔라인의 양쪽 끝에 설치됩니다

이 구조를 통해 이것은 자유 라이브 바카라 레이저 광을 성공적으로 진동하기 위해 적외선 광선 전용 세계 최초의 저장 링 프리 라이브 바카라 레이저 장치입니다 (그림 4) 진동 파장 범위는 084 ~ 150µm이고 최대 출력은 16MW입니다 최대 출력에서 광학 공진기에 저장된 전력은 약 5W로 추정됩니다 유리 라이브 바카라 레이저 광의 상대 선 너비는 3x10^-4| 이 파장 밴드에서 가장 좁은 유리 라이브 바카라 레이저 라이트이며 안정적인 파장을 갖는다 이 광원의 최대 밝기는 약 10¹⁵광자/s/mm²/MRAD²/01%BW, 적외선 저장 링 광원을위한 세계 최고의 밝기입니다

그림 4 : CCD 카메라에 의해 측정 된 870nm의 적외선 파장을 가진 자유 라이브 바카라 레이저 프로파일 사진의 크기는 약 4mm (v) x 54mm (h)입니다 그것은 거의 완벽한 가우스 분포를 가진 원형 빔 모양이었으며 빔 크기는 파장에서 평가 된 값과 거의 일치했습니다

Niji-IV는 최대 16 개의 라이브 바카라 묶음을 저장할 수 있지만, 저장 링의 둘레와 광학 공진기의 왕복 홈이 동일하기 때문에 자유 라이브 바카라 레이저 광 발진을위한 라이브 바카라 묶음은 하나만 있습니다 그러나, 유리 라이브 바카라 레이저 역전 컴턴 산란에 의해 X- 선을 생성하기 위해서는 적어도 2 개의 라이브 바카라 묶음이 필요하다 (도 5) 두 개의 라이브 바카라 묶음이 남아 있는지에 따라, 우리는 자유 라이브 바카라 레이저 역 컴턴 산란이 발생하는 위치를 선택할 수 있으므로 라이브 바카라 묶음을 남길 수있는 장치를 개발했습니다 적외선 저장 링 프리 라이브 바카라 레이저 빔은 2 개의 선택된 라이브 바카라 묶음을 남기고 진동되었고, 준-모노 크로마 X- 선 빔은 자유 라이브 바카라 레이저 역전 Compton 산란에 의해 성공적으로 생성되었다 (도 6) 라이브 바카라 묶음 간격을 선택함으로써, 자유 라이브 바카라 레이저 역 컴턴 산란의 충돌 지점은 광학 켈리 스트론의 자기장없이 영역에 대해 선택 될 수 있으며, 그림에 도시 된 바와 같이 우수한 단색 에너지 스펙트럼을 갖는 X- 선 빔을 선택할 수있다 6을 생성 할 수 있습니다

그림 5 : 라이브 바카라 저장 링 Niji-IV를 사용한 자유 라이브 바카라 레이저 역수 산란의 개념 다이어그램 옅은 회색은 라이브 바카라 무리가 위치 할 수있는 위치를 나타냅니다 라이브 바카라 묶음 1은 자유 라이브 바카라 레이저 펄스 1 (Fel Pulse 1)과 동기화되고 라이브 바카라 묶음 2는 자유 라이브 바카라 레이저 펄스 2 (Fel Pulse 2)와 동기화된다 라이브 바카라 묶음 1은 펠 펄스 2와 충돌 지점 A에 있고, 라이브 바카라 묶음 2는 펠 펄스 1과 충돌 지점 B에 있고, 라이브 바카라 묶음 2는 충돌 지점 B에있다 이러한 방식으로, 라이브 바카라 무리의 위치를 선택함으로써 충돌 지점을 선택할 수 있습니다

이것은 Duke University 이후에 얻은 두 번째로 큰 프리 라이브 바카라 레이저 역수 횡란증 X- 레이이며, 다수의 자유 라이브 바카라 레이저 펄스로 다중 충돌 지점을 동시에 관찰 한 세계 최초의 세계입니다 거의 단색 X- 선 빔의 에너지는 12 ~ 21 mev이며, 자유 라이브 바카라 레이저 빔의 파장에 따라 다릅니다 최대 수율은 약 10⁶광자/s

유리 라이브 바카라 레이저 리버스 컴턴 산란에 의한 준 모노 크로마 X- 레이 빔은 약 100ps의 펄스 폭을 가지며, 자유 라이브 바카라 레이저 광의 펄스 폭보다 약 10 배 더 길지만 자유 라이브 바카라 레이저 광와 동기화하여 동일한 방향으로 방출된다 따라서, 이번에 개발 된 장치는 적외선 저장 링 프리 라이브 바카라 레이저 라이트 및 반 모성 X- 선 빔을 동시에 조사 할 수있다 예를 들어, 두 대역의 동시 이미징과 같은 응용 또는 적외선 영역에서 X- 레이로 인한 물리적 특성 변화의 분광 측정, 분자 진동에 대한 정보가 풍부합니다 이 연구는 적외선과 X- 레이를 결합한 새로운 연구 분야를 개발할 것으로 예상됩니다

그림 6 유리 라이브 바카라 레이저 역수 횡단 엑스레이의 에너지 스펙트럼의 예 그림의 최대 절반의 최대 너비에는 검출 시스템의 해상도도 포함됩니다 1 MEV 미만의 신호의 대부분은 검출기의 반응 특성으로부터 유래되며 X- 선 빔은 준-모노 크로마 틱이다

이번에 개발 된 적외선 전용 스토리지 링 프리 라이브 바카라 레이저 장치는 역수 산란에 의해 생성 된 준-모노 크로마 X- 선 빔의 에너지를 줄이기 위해 파장을 추가로 증가시킬 것입니다 또한, 프리 라이브 바카라 레이저 진동 기술은 멀티 벤치 작동에서 개발되어 높은 수율의 X- 선 빔을 달성합니다 이를 통해, 우리는 유리 라이브 바카라 레이저 역 컴턴 산란이 03 meV 이상의 에너지 범위에서 유망한 에너지 가변 준 유사성 광원임을 보여줍니다

◆ 자유 라이브 바카라 레이저

 

이것은 가벼운 라이브 바카라 빔의 상호 작용을 포함하여 유도 된 방사선 공정을 사용하여 공간적으로 순환적인 라이브 바카라기장에서 빛의 속도로 가속되는 라이브 바카라 빔을 진동하고 증폭시키는 레이저입니다 순환 라이브 바카라기장 및 라이브 바카라 빔 에너지의주기를 변경함으로써, 진동은 원칙적으로 임의의 파장에서 수행 될 수 있으며, 파장은 지속적으로 변경 될 수있다
자유 라이브 바카라 레이저 광의 증폭 계수가 낮 으면 자발적으로 방출 된 빛이 광학 공진기로 제한되어 출력 포화를 달성하기 위해 반복적으로 증폭됩니다 (아래 참조) 광학 공진기가 사용될 때, 진동 파장은 사용 된 미러에 의해 제한되지만 진동 파장이 안정화된다는 이점도있다 일본에는 도쿄 과학 대학교 및 오사카 대학교에서 이러한 유형의 무료 라이브 바카라 레이저를 공유 할 수있는 시설이 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 단색

 

단일 파장의 빛은 단색 빛이라고하며, 빛의 파장 분포의 상대적인 정도를 단색성이라고합니다 햇빛과 X- 선 검사에 사용되는 X- 레이 튜브의 빛은 광범위한 파장에 분포 된 빛의 모음이지만, 터널에 사용되는 레이저 광 및 나트륨 램프의 빛은 매우 좁은 파장 범위의 빛으로 구성되어 단일 파장 인 것처럼 보입니다 그러한 빛은 좋은 단색 성을 갖는 것으로 묘사된다[참조로 돌아 가기]

◆ Niji-IV 라이브 바카라 저장 링 전용 프리 라이브 바카라 레이저

 

이것은 1991 년에 제작 된 자유 라이브 바카라 레이저 전용 라이브 바카라 스토리지 링이며, 라이브 바카라 기술 연구소 (Advanced Industrial Science and Technology Institute of Advanced Industrial Science and Technology 및 Institute of Advanced Industrial Science and Technology)와 Kawasaki Heavy Industries, Ltd 라이브 바카라 빔 에너지는 240-450 MEV이며, 이는 기존 라이브 바카라 저장 고리에서 낮습니다 고주파 가속기 캐비티는 공명 주파수가 1622MHz이며 저장 고리에 최대 16 개의 라이브 바카라 묶음이 존재합니다 자유 라이브 바카라 레이저 전용 라이브 바카라 저장 링도 미국 듀크 대학교에서 운영되고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Light Klystron

 

라이브 바카라 저장 링에 사용되는 삽입 광원의 유형이며, 그 사이에 적어도 두 개의 undulator 섹션과 분산 섹션으로 구성됩니다 라이브 바카라 빔이 초기 미분 장치를 통과 할 때,주기적인 자기장은 라이브 바카라 빔 내에서주기적인 에너지 변조를 유발합니다 그런 다음 분산 섹션은 에너지 변조를 사용하여 라이브 바카라 묶음 내에서 마이크로 묶음을 생성하고 최종 완화기와 함께 묶인 강한 방사선을 제공합니다 일반적으로, 묶음의 효과를 향상시키기 위해 분산 섹션에 강한 자기장을 배치함으로써, 작은 에너지 스프레드가있는 라이브 바카라 빔의 짧은 미분기 길이로도 높은 유리 라이브 바카라 레이저 증폭 인자를 얻을 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ 광학 공진기

 

서있는 빛의 파도를 만들기위한 한 쌍의 반사기로 구성된 장치 아래 그림과 같이 자유 라이브 바카라 레이저 장치의 일부로 사용될 때, 평행 평행 평면 또는 구형 반사기 쌍으로 구성되며 삽입 된 광원과 통합 된 진공 컨테이너에 연결됩니다 그것은 삽입 된 광원에서 자발적으로 방출 된 빛을 제한하고 라이브 바카라 무리와 동기화를 조절하는 기능을합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 라이브 바카라 무리

 

가속기의 라이브 바카라 빔이 여행 방향으로 여러 개의 별도의 라이브 바카라 집단의 형태로 실행되면 개별 개체군을 라이브 바카라 묶음이라고합니다 고주파 전기장을 사용하여 라이브 바카라 빔을 가속화 (에너지 화)하면 전기장의 위상에있는 라이브 바카라 만 안정되어 라이브 바카라 묶음이 형성됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 반대 Compton 산란

 

라이브 바카라가 빛의 속도 근처로 가속되는 현상은 자외선에 대한 적외선과 같은 상대적으로 낮은 에너지를 가진 광자로 탄력적으로 흩어져 고 에너지 X- 레이를 생성합니다 정상적인 Compton 산란에서, 고 에너지 X- 레이는 거의 정지 상태로 간주 될 수있는 라이브 바카라와 충돌하여 라이브 바카라가 변위되어 흩어져있는 X- 선이 더 낮은 에너지와 더 긴 파장을 갖도록한다[참조로 돌아 가기]

◆ 자발적 방출 광

 

라이브 바카라 빔이 광선의 속도에 가까운 속도로 가속 될 때 움직임 방향으로 방출되는 고 가상의 싱크로트론 방사선을 말합니다 그것은 삽입 된 광원의 주기성을 반영하는 공간 일관성을 가지며, 도플러 효과는 빛의 파면을 압축시켜 삽입 된 광원의 기간보다 매우 짧은 파장을 갖는 준-모노 크로마 광선을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]