專利名稱：：使用光學(xué)波動(dòng)器的高效單色x射線源的制作方法使用光學(xué)波動(dòng)器的高效單色X射線源相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2005年6月2日提交的美國專利申請(qǐng)No.60/678,014的35U.S.C.gll9(e)的權(quán)益，該申請(qǐng)通過引用整體結(jié)合于此。發(fā)明背景本發(fā)明一般涉及x射線以及其它高能電磁輻射(短波長(zhǎng))的產(chǎn)生，尤其涉及用于將相對(duì)論電子與具有相對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的電磁輻射相互作用以生成短波長(zhǎng)電磁輻射。基于電子束的電磁輻射源采用波動(dòng)器來生成強(qiáng)烈、近單色、前向峰值(forwardpeaked)輻射束的獨(dú)特能力已經(jīng)使波動(dòng)器成為諸如第二代和第三代同步加速器輻射源和自由電子激光器的先進(jìn)光源的關(guān)鍵部件。因此，在文獻(xiàn)中有很多對(duì)波動(dòng)器技術(shù)和波動(dòng)器使用的引用，從Motz對(duì)其概念、以及在Stanford(斯坦福)的第一次演示的開拓性描述(Motzl951)，到對(duì)其概念及其與自由電子激光器(Madeyl971)的開發(fā)和在Brookhaven(布魯克海文)國家實(shí)驗(yàn)室(Decker1996)、勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室(Robinson1991)、斯坦福線性加速器中心(Hettel2002)和阿汞國家實(shí)驗(yàn)室(Galayda1995)開發(fā)的第二代同步加速器輻射源相關(guān)的實(shí)現(xiàn)的許多出版物描述。迄今為止構(gòu)建的幾乎所有這種系統(tǒng)都使用構(gòu)建成二極磁體線性陣列的波動(dòng)器，該二極磁體線性陣列被設(shè)計(jì)成創(chuàng)建一靜態(tài)、橫向、空間周期性磁場(chǎng)，其中洛倫茨力的磁場(chǎng)分量evxB對(duì)電子穿過磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)施加周期性的橫向加速度和周期性的橫向速度。典型的磁體周期從略小于lcm到10cm的量級(jí)，這取決于所需輻射的波長(zhǎng)和在該系統(tǒng)中可用的電子束的能量。為了最大化所輻射的功率同時(shí)將發(fā)射限制成諧波，這些系統(tǒng)通常在0.1-1.0之間的量級(jí)上的歸一化矢勢(shì)an下操作。典型的波動(dòng)器長(zhǎng)度按實(shí)現(xiàn)光譜帶寬所需為從1至10米。作為示例，被設(shè)計(jì)成在3.0GeV的電子能量和具有最小角發(fā)散的電子束的情況下產(chǎn)生光譜帶寬為1%、波長(zhǎng)為10埃x射線的、在an2=0.2下操作的波動(dòng)器具有5.7cm的周期和3米的長(zhǎng)度。用于這種系統(tǒng)的波動(dòng)器的延長(zhǎng)長(zhǎng)度以及需要產(chǎn)生操作所需的高能、高功率電子束的加速器系統(tǒng)的尺寸、成本和復(fù)雜性使這種光源在物理上龐大且昂貴。作為示例，布魯克海文、勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室、斯坦福和阿汞的X射線光源分別具有54、63、75和350米的直徑，構(gòu)建成本為從1.60億美元到5.00億美元。相關(guān)物理現(xiàn)象一逆康普頓散射也已作了研究，作為在同步加速器輻射源(Ruth1998，Ruth2000和Harteman2004)和自由電子激光器(Elias1979)中產(chǎn)生短波電磁輻射的手段。該逆康普頓機(jī)制將兩個(gè)基本物理效應(yīng)相組合，即入射電磁波被單個(gè)電子散射的康普頓散射、以及由運(yùn)動(dòng)電荷發(fā)射的輻射沿運(yùn)動(dòng)方向頻率上移的多普勒頻移。然而，文獻(xiàn)中(Heitler1960)中描述的康普頓散射的概念只能在該機(jī)制可被描述為單光子散射的情況下應(yīng)用，并且在入射電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)得足以引入接近光速的橫向速度的情況下(例如在其歸一化矢勢(shì)接近1的情況下)不再有效。將此限制加于給定的低場(chǎng)振幅以及所輻射的功率對(duì)場(chǎng)振幅平方的依賴性，基于電子束的逆康普頓光源尚未被證明與迄今為止的基于波動(dòng)器的光源有競(jìng)爭(zhēng)力。發(fā)明概述在本發(fā)明的一個(gè)方面，生成高能電磁輻射的方法包括在多個(gè)分離輻射間隔的每一個(gè)期間向光學(xué)腔中注入給定波長(zhǎng)的激光輻射，該光學(xué)腔由給定波長(zhǎng)輻射的往返傳播時(shí)間(RTTT)表征。至少某些輻射間隔由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)宏脈沖來定義，至少一個(gè)光學(xué)宏脈沖引起由該光學(xué)宏脈沖中的后續(xù)光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)的關(guān)聯(lián)循環(huán)光學(xué)微脈沖，并且腔中任何給定位置處的循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅在輻射間隔期間達(dá)到最大值。使用術(shù)語"激光器"是因?yàn)榧す馄鞔懋?dāng)前唯一的實(shí)用(就功率而言)相干輻射源。如果有新發(fā)現(xiàn)的相干光源證明可用，則術(shù)語"激光器"應(yīng)該旨在涵蓋這種源。在本方法中，引起循環(huán)光學(xué)微脈沖的至少一個(gè)光學(xué)宏脈沖由光學(xué)微脈沖系列構(gòu)成，該光學(xué)微脈沖系列的特征在于一個(gè)光學(xué)微脈沖的起始與下一個(gè)的起始之間的間距足夠接近給定波長(zhǎng)輻射的RTTT的精確整數(shù)倍(包括1倍)，從而在所注入光學(xué)微脈沖與由光學(xué)宏脈沖引起的循環(huán)光學(xué)微脈沖之間提供至少50%的空間交迭，并且所注入的光學(xué)微脈沖的特征在于光學(xué)宏脈沖與由該光學(xué)宏脈沖引起的光學(xué)微脈沖在土45。的光學(xué)相位內(nèi)。該方法還包括將循環(huán)微脈沖聚焦在腔的相互作用區(qū)中，從而當(dāng)循環(huán)光脈沖的電場(chǎng)振幅處于或接近其最大值時(shí)循環(huán)光學(xué)微脈沖在相互作用區(qū)中提供由大于0.1的歸一化矢勢(shì)表征的光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)，并且將包括電子微脈沖系列的電子束導(dǎo)向腔中的相互作用區(qū)。將電子微脈沖中的至少一部分與腔中的循環(huán)光學(xué)微脈沖同步，并且將電子束聚焦在腔中的相互作用區(qū)，從而至少一個(gè)電子微脈沖與相互作用區(qū)中的光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用，并生成光學(xué)頻率比激光輻射的光學(xué)頻率更高的電磁輻射。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，與基于波動(dòng)器的同步加速器輻射源的流生成時(shí)所能達(dá)到的性能可比的性能水平下的操作可使用一光學(xué)波動(dòng)器來獲得，該光學(xué)波動(dòng)器即歸一化矢勢(shì)升高到0.1或更高量級(jí)的強(qiáng)烈光脈沖系列，在該0.1或更高量級(jí)的值的范圍中由相對(duì)論電子運(yùn)動(dòng)通過該脈沖系列而引起的紫外線、X射線和伽嗎射線輻射得到優(yōu)化。但是與在該歸一化矢勢(shì)下操作的永磁體波動(dòng)器不同，在這種光學(xué)波動(dòng)器中每單位長(zhǎng)度輻射的x射線功率大10,000量級(jí)倍。同樣重要的是，這種源的操作所需的電子能量減小同一倍數(shù)的平方根，從而使尺寸、成本和操作花費(fèi)的極為顯著減小成為可能。最終，與基于使用磁學(xué)波動(dòng)器的短波輻射源不同，更改包括連續(xù)輻射間隔上光學(xué)波動(dòng)器的光脈沖序列的波長(zhǎng)和格式的能力使得在生成使用所需的單色和多色x射線脈沖時(shí)實(shí)現(xiàn)通過使用常規(guī)磁性波動(dòng)器所無法達(dá)到的一定程度的靈活性成為可能。近同心光學(xué)腔的光學(xué)屬性使得通過集合從一個(gè)或多個(gè)低功率泵浦激光器注入腔中的光功率、并且將所累積的能量在腔內(nèi)真空中聚焦成小光斑來生成操作本發(fā)明所需的強(qiáng)烈光脈沖成為可能。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，在腔內(nèi)表面處的峰值光功率密度和積分通量被衍射降低到與那些表面的峰值功率損傷閾值一致的水平上。通過對(duì)泵浦激光器向腔中注入光功率的時(shí)間間隔進(jìn)行限制，可將入射到這些表面上的積分通量和平均光功率進(jìn)一步保持在積分脈沖和平均功率損傷閾值之下。就術(shù)語而言，為方便起見，將注入到或存儲(chǔ)在光學(xué)腔中的各個(gè)光脈沖稱為光學(xué)微脈沖，而將向光學(xué)腔中注入這種光學(xué)微脈沖所占用的間隔稱為輻射間隔。因此，入射到腔上的激光輻射具有由兩個(gè)不同時(shí)間尺度一即輻射間隔時(shí)間尺度和微脈沖時(shí)間尺度一表征的分層脈沖結(jié)構(gòu)。如下所述，該系統(tǒng)和方法被配置成使向腔中注入的光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)在腔中循環(huán)的光學(xué)微脈沖，進(jìn)而使給定循環(huán)光脈沖的振幅增大。在本申請(qǐng)中，在相干增強(qiáng)循環(huán)光學(xué)微脈沖的注入光學(xué)微脈沖的上下文中的術(shù)語"相干增強(qiáng)"將被用于表示注入光學(xué)微脈沖和循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅累加。這在兩者彼此處于精確光學(xué)相位中的情況下發(fā)生，但是該術(shù)語還考慮了從零相位差的可能程度的偏離。類似地，該術(shù)語考慮了從注入光學(xué)微脈沖和循環(huán)光學(xué)微脈沖的包絡(luò)(寬度和到達(dá)時(shí)間)之間100%交迭的可能偏離。例如，在一代表性實(shí)施方式中，注入光學(xué)微脈沖的相位與循環(huán)光學(xué)微脈沖的相位之間±20度的相位差仍然會(huì)提供相對(duì)有效的增強(qiáng)。類似地，注入微脈沖的包絡(luò)與循環(huán)微脈沖包絡(luò)之間的10%循環(huán)微脈沖寬度的非交迭仍然會(huì)提供相對(duì)有效的增強(qiáng)。因此，通過將注入微脈沖的相位保持在循環(huán)存儲(chǔ)微脈沖相位的±20%以內(nèi)，以及將注入微脈沖包絡(luò)的時(shí)間寬度和到達(dá)時(shí)間保持在循環(huán)光學(xué)微脈沖寬度的10%以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)有效的增強(qiáng)。然而，"相干增強(qiáng)"的定義是寬得足以包括接近土45。量級(jí)上極限的相位差、以及在光學(xué)微脈沖持續(xù)時(shí)間的±50%量級(jí)上的非交迭，即使這會(huì)對(duì)同一a。值導(dǎo)致較低的注入效率和較高的注入光學(xué)微脈沖功率。每當(dāng)循環(huán)光學(xué)微脈沖被注入光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)時(shí)，循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅增大。然而，在一次往返之后，循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅會(huì)因腔損耗而減小。只要一個(gè)往返的腔損耗小于因相干增強(qiáng)的增大，循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅就會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。由于鏡面損耗按百分比與入射光功率成正比，所以振幅越大，損耗越大。在某一點(diǎn)上，腔損耗將會(huì)等于相干增強(qiáng)的量，并且循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅會(huì)停止增長(zhǎng)。當(dāng)然，一旦光學(xué)宏脈沖結(jié)束，循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅會(huì)開始衰減。在本申請(qǐng)中，術(shù)語"光學(xué)宏脈沖"用于表示輻射間隔內(nèi)的一系列微脈沖，該輻射間隔的特征在于在一個(gè)光學(xué)微脈沖的起始與下一脈沖的起始之間的間距基本上等于光學(xué)微脈沖在光學(xué)腔中作單次往返傳播的時(shí)間間隔的精確整數(shù)倍(包括1倍)。該往返傳播時(shí)間間隔稱為"RTTT"。通過該定義，單個(gè)給定光學(xué)宏脈沖由相干增強(qiáng)(受限于其它可能約束)單個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖的一系列光學(xué)微脈沖構(gòu)成。光學(xué)微脈沖通常具有基本上相等的持續(xù)時(shí)間。應(yīng)該注意，該定義不要求光學(xué)宏脈沖中的所有光學(xué)微脈沖是等距間隔的。相反，光學(xué)宏脈沖中的一個(gè)光學(xué)微脈沖可與其前一光學(xué)微脈沖隔開RTTT的第一整數(shù)倍，而光學(xué)宏脈沖中的另一光學(xué)微脈沖可與其前一光學(xué)微脈沖隔開RTTT的第二整數(shù)倍，其中第二整數(shù)倍不同于RTTT的第一整數(shù)倍。大多數(shù)實(shí)施方式將由具有等距間隔的光學(xué)微脈沖的光學(xué)宏脈沖來表征，但這對(duì)循環(huán)光學(xué)微脈沖的相干增強(qiáng)并非是必要的。其推論是如果兩個(gè)光學(xué)微脈沖被非RTTT的整數(shù)倍隔開，則它們屬于不同的光學(xué)宏脈沖(或者其一或兩者不是一光學(xué)宏脈沖的一部分)。例如，如果正向腔中注入的光學(xué)微脈沖被1/2往返傳播時(shí)間隔開，則這被視為包括兩個(gè)交迭光學(xué)宏脈沖，其相應(yīng)光學(xué)微脈沖交錯(cuò)。受限于其它可能的約束，向腔中注入這兩個(gè)光學(xué)宏脈沖會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)不同循環(huán)光學(xué)微脈沖的相干增強(qiáng)。換言之，光學(xué)宏脈沖的定義導(dǎo)致光學(xué)宏脈沖中的光學(xué)微脈沖會(huì)相干增強(qiáng)同一循環(huán)光學(xué)微脈沖的結(jié)果?？梢悦枋銎渌纠?，其中兩個(gè)交迭的光學(xué)宏脈沖以任意相關(guān)延時(shí)交錯(cuò)?？赡艽嬖谥T如特定診斷應(yīng)用的實(shí)例，其中需要注入不滿足任何特定時(shí)序限制并且不相干增強(qiáng)任何循環(huán)光學(xué)微脈沖的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)微脈沖。這些可被視為孤立光學(xué)微脈沖，因?yàn)樗鼈儾粚儆谝粋€(gè)光學(xué)宏脈沖。注意，光學(xué)宏脈沖的持續(xù)時(shí)間可與輻射間隔的持續(xù)時(shí)間基本上相同，或者比輻射間隔短。在光學(xué)宏脈沖的持續(xù)時(shí)間比輻射間隔短的情況下，暗示了可能存在不是該光學(xué)宏脈沖一部分的其它光學(xué)微脈沖。這種其它光學(xué)微脈沖可屬于一個(gè)或多個(gè)其它光學(xué)宏脈沖，或者可以是這種單獨(dú)的孤立光學(xué)微脈沖。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式利用入射到光學(xué)腔上的泵浦激光器光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)光學(xué)腔中循環(huán)光學(xué)微脈沖的能力。相干增強(qiáng)可通過確保注入光學(xué)微脈沖的時(shí)間模式包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)宏脈沖來實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)光學(xué)宏脈沖由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)微脈沖間隔表征，且每個(gè)光學(xué)微脈沖間隔基本上是RTTT的精確整數(shù)倍m(包括lx，即包括111=1)。光學(xué)頻率基本上是RTTT倒數(shù)(由c來標(biāo)度)的精確整數(shù)倍n，所以光學(xué)頻率是n除以(m乘以RTTT)。如上所述，具有不同周期或相同周期的多個(gè)系列可以交錯(cuò)。一旦注入到腔中，每個(gè)光學(xué)微脈沖在腔中循環(huán)，并且注入到腔中的同一光學(xué)宏脈沖的每個(gè)后續(xù)光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)給定光學(xué)宏脈沖中先前光學(xué)微脈沖所引起的循環(huán)微脈沖?？梢钥吹剑景l(fā)明的操作一方面要求注入功率足以用0.1或更高量級(jí)的歸一化矢勢(shì)來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)光學(xué)微脈沖的多個(gè)微脈沖，同時(shí)將宏脈沖的持續(xù)時(shí)間以及因此注入微脈沖的數(shù)量限制于與腔的內(nèi)表面的積分脈沖和平均功率損傷閾值相一致的值。作為示例，光學(xué)微脈沖的持續(xù)時(shí)間可以在l-10ps(皮秒)的量級(jí)上，而光學(xué)微脈沖的重復(fù)率通常在GHz范圍內(nèi)(lGHz[L波段]至10GHz[X波段];在具體示例中為2.86GHz)。輻射間隔持續(xù)時(shí)間可以在l-10ps(微秒)的量級(jí)上，并且輻射間隔重復(fù)率在10-100Hz或者更低或更高的量級(jí)上。這對(duì)應(yīng)于0.1-0.001范圍內(nèi)的微脈沖占空比，以及0.00001-0.001范圍內(nèi)的輻射間隔占空比。因此，術(shù)語"輻射間隔"、"宏脈沖"和"微脈沖"是在相對(duì)意義上使用的。在具體示例中，輻射間隔持續(xù)時(shí)間和典型光學(xué)宏脈沖寬度為微秒量級(jí)，而光學(xué)微脈沖寬度為皮秒量級(jí)。假設(shè)使用可被預(yù)編程為逐次發(fā)射(shot)地改變其激射波長(zhǎng)和/或光學(xué)宏脈沖時(shí)序的單個(gè)泵浦激光器，或者可被觸發(fā)以產(chǎn)生交迭或交錯(cuò)光學(xué)宏脈沖的多個(gè)泵浦激光器，本發(fā)明還提供在同一輻射間隔期間或獨(dú)立輻射間隔期間，逐次發(fā)射地隨意改變X射線波長(zhǎng)、更改不同的任意可調(diào)波長(zhǎng)的X射線束、或者同時(shí)生成多個(gè)波長(zhǎng)的X射線束的裝置。這些能力在分析系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)時(shí)的重要性是明確的，其中這些系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的屬性隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，從而需要以毫秒、微秒或皮秒時(shí)間尺度曝露在許多波長(zhǎng)下，以捕捉其保持時(shí)間不會(huì)長(zhǎng)到使用諸如當(dāng)今在大多數(shù)同步加速器輻射實(shí)驗(yàn)室中使用的永磁體波動(dòng)器源的更常規(guī)X射線源可以成像的瞬時(shí)特征。通過結(jié)合具有an~0.1或更高量級(jí)上的歸一化矢勢(shì)、但具有微米量級(jí)的空間周期的光學(xué)波動(dòng)器，本文所述的本發(fā)明可用大小和成本大大減小的波動(dòng)器和電子束加速器一起操作，從而允許以迄今為止可能成本的一少部分來構(gòu)建和操作高性能的紫外線和x射線光源。雖然許多實(shí)施方式將使每個(gè)電子微脈沖與循環(huán)光學(xué)微脈沖之一相互作用，但是并不要求循環(huán)光學(xué)微脈沖在其每一趟中都與電子微脈沖相互作用。類似地，并不要求每個(gè)電子微脈沖都與腔中的循環(huán)光學(xué)微脈沖相互作用。這實(shí)際上可以是這種情況單個(gè)電子束由多個(gè)光學(xué)腔共享。而且，注意，不可能對(duì)孤立光學(xué)微脈沖定時(shí)以與電子微脈沖相互作用。雖然本文所述的本發(fā)明的具體實(shí)施方式涉及生成x射線，但是其它實(shí)施方式可以生成諸如EUV和伽嗎射線的在其它波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射。術(shù)語高能電磁輻射用于表示波長(zhǎng)短于100nm的電磁輻射，包括遠(yuǎn)UV、極端UV(EUV)、x射線和伽嗎射線。描述中的大部分是就x射線而言的，但是應(yīng)該理解，除非上下文說明，否則可以包括其它形式的高能電磁輻射。通過參考說明書的剩余部分和附圖，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。附圖簡(jiǎn)要描述圖1A是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的系統(tǒng)的高級(jí)示意圖，它示意性地示出在腔的相互作用區(qū)中入射電子微脈沖(束)與循環(huán)光學(xué)微脈沖的相互作用；圖1B是圖1A所示系統(tǒng)的更詳盡的示意圖；圖2A是時(shí)序圖，示出(a)包含一光學(xué)微脈沖系列的一代表性光學(xué)宏脈沖，(b)當(dāng)入射光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)光學(xué)腔中的循環(huán)光學(xué)微脈沖時(shí)循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅的增長(zhǎng)方式，以及(c)一代表性電子宏脈沖，其中注入電子微脈沖被定時(shí)成在腔中存儲(chǔ)光功率最大值或接近最大值處進(jìn)入光學(xué)腔；圖2B示出代表性電子束和激光束宏脈沖時(shí)序，其中輻射間隔的占空比被選擇成限制時(shí)間平均損傷和外形變形；圖3A和3B示意性地示出光學(xué)相位相干的概念，其中圖3A示出入射光學(xué)微脈沖從左側(cè)接近腔反射鏡而循環(huán)光學(xué)微脈沖從右側(cè)接近腔反射鏡，且圖3B示出由腔反射鏡反射以及透射的入射和循環(huán)光學(xué)微脈沖的部分；圖4示意性地示出來自用于建立兩個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖的兩個(gè)獨(dú)立激光器的光學(xué)微脈沖；圖5是適于實(shí)踐本發(fā)明實(shí)施方式的光學(xué)腔的第一配置的示意圖；圖6是適于實(shí)踐本發(fā)明實(shí)施方式的光學(xué)腔的第二配置的示意圖；圖7A和7B是分別使用第一和第二腔配置的實(shí)施方式的示意圖，示出用于保持入射光學(xué)微脈沖、循環(huán)光學(xué)微脈沖和入射電子微脈沖之間的所需時(shí)序關(guān)系的代表性控制元件；圖8是使用輔助光學(xué)腔的控制系統(tǒng)的實(shí)施方式的示意圖；圖9A和9B是在多個(gè)光學(xué)波動(dòng)器之間共享單個(gè)電子束的可選方法的示意圖。具體實(shí)施方式的描述基本配置和操作簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的實(shí)施方式能夠生成x射線和其它高能電磁輻射(包括紫外線和伽嗎射線的短波長(zhǎng))。這些實(shí)施方式可提供用于x射線結(jié)晶學(xué)、醫(yī)學(xué)射線照相術(shù)和放射療法、以及其它x射線和伽嗎射線成像系統(tǒng)，以及用于核物理和高能物理研究中所需的明亮、近單色、高平均功率和峰值功率的x射線束。圖1A是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的代表性系統(tǒng)10的主要元件的高級(jí)示意圖。該系統(tǒng)的主要元件包括諸如脈沖電子束加速器20的電子源、諸如鎖模泵浦激光器(或多個(gè)泵浦激光器)25的脈沖光源、以及用作光學(xué)共振腔的光學(xué)腔30。腔30被示意地示為包括相對(duì)的凹面反射鏡32和35。簡(jiǎn)言之，來自加速器20的一聚焦電子微脈沖系列40被驅(qū)使與光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)在腔30中的相互作用區(qū)45處相互作用以生成高能電磁輻射。波動(dòng)器場(chǎng)較佳地通過從激光器25向腔30中注入輻射50以在該腔中建立一個(gè)或多個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖50來建立。激光輻射有時(shí)稱為激光束。該腔被配置成將循環(huán)光學(xué)微脈沖聚焦在相互作用區(qū)45。如以下更詳細(xì)描述地，入射輻射中的光學(xué)微脈沖被間隔開并同步，使得循環(huán)光學(xué)微脈沖被入射輻射中的后續(xù)光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)。這種相互作用的產(chǎn)物是散射的x射線(或其它高能電磁輻射)微脈沖70和能量減小的電子微脈沖75。圖1B是圖1A所示系統(tǒng)的更詳盡示意圖。如上所述，該系統(tǒng)用于通過將來自電子加速器20的電子微脈沖40與存儲(chǔ)在光學(xué)腔30中(示例性地示為凹面反射鏡32和35)的一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)烈的相干光學(xué)微脈沖60碰撞來生成明亮、相干、單色的x射線(或者其它電磁輻射)。X射線生成被局限在相互作用區(qū)45中，其中光學(xué)微脈沖的矢勢(shì)被控制為保持大于0.1的aj直。該系統(tǒng)包括連接到控制計(jì)算機(jī)80的多個(gè)控制和反饋元件。電子束控件包括電子束傳輸光學(xué)元件和診斷元件85a、85b和85c以及束位置監(jiān)視器87。來自電子加速器20的電子束被引導(dǎo)通過電子束傳輸光學(xué)元件和診斷元件85a到達(dá)在束位置監(jiān)視器87控制下的相互作用區(qū)45，然后由電子束傳輸光學(xué)元件和診斷元件85b從輸出束移出，并由電子束傳輸元件和診斷元件85c引導(dǎo)進(jìn)入減速束泵浦90。所生成的x射線微脈沖被引導(dǎo)通過其間設(shè)有準(zhǔn)直器100的x射線束診斷元件95a和95b，到達(dá)使用該x射線的x射線試驗(yàn)或其它實(shí)體。光束控件包括傳輸和模式匹配光學(xué)元件105、球度補(bǔ)償器110(對(duì)于本特定腔實(shí)施方式示為傾斜板)、一個(gè)或多個(gè)光學(xué)診斷元件115以及一對(duì)輻射熱源117和120。由泵浦激光器25(或多個(gè)泵浦激光器)生成的光學(xué)微脈沖被引導(dǎo)通過傳輸和模式匹配光學(xué)元件105進(jìn)入光學(xué)腔30。球度補(bǔ)償器110被結(jié)合到腔光學(xué)元件中以確保相互作用區(qū)45中的緊密聚焦可與光學(xué)腔中的相干脈沖堆疊同時(shí)實(shí)現(xiàn)。在光學(xué)腔30中循環(huán)的光學(xué)微脈沖的模式質(zhì)量和強(qiáng)度由光學(xué)診斷元件115來監(jiān)視。輻射熱源117和120經(jīng)由相應(yīng)的分束器122和125被引導(dǎo)到腔反射鏡32和37以補(bǔ)償存儲(chǔ)束的熱效應(yīng)。這種對(duì)光學(xué)腔30的附加水平的幾何控制有助于在相互作用區(qū)45中保持所需的光學(xué)矢勢(shì)a。。將來自電子束傳輸光學(xué)元件和診斷元件85a、85b和85c、束位置監(jiān)視器87、x射線束診斷元件95a和95b以及光學(xué)診斷元件115的信號(hào)發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)80，該計(jì)算機(jī)使用這些信號(hào)來控制電子束傳輸光學(xué)元件和診斷元件85a、85b和85c、傳輸和模式匹配光學(xué)元件105、球度補(bǔ)償器110以及輻射熱源117和120。圖2A是時(shí)序圖，它示意性地示出對(duì)于圖1A和1B的系統(tǒng)操作過程中給定循環(huán)光學(xué)微脈沖的一部分時(shí)序關(guān)系。以下將描述微脈沖時(shí)序的細(xì)節(jié)，但是在這一點(diǎn)上注意，入射輻射的總體時(shí)間輪廓包括一間隔光學(xué)宏脈沖系列，每個(gè)宏脈沖包括一系列光學(xué)微脈沖。當(dāng)在本申請(qǐng)中使用術(shù)語"光學(xué)宏脈沖"時(shí)，構(gòu)成光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖引起一個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖。在某些實(shí)施方式中，可疊加多個(gè)光學(xué)宏脈沖以引起多個(gè)對(duì)應(yīng)循環(huán)光學(xué)微脈沖。圖2A的頂部示出包含一光學(xué)微脈沖系列的一代表性光學(xué)宏脈沖。在圖2A的中間部分示出循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅隨著入射(注入)光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)光學(xué)腔中的循環(huán)光學(xué)微脈沖而增長(zhǎng)的方式。這可稱為在該腔中"堆疊"的入射光學(xué)微脈沖。圖2A的底部示出一代表性電子宏脈沖，其中注入電子微脈沖被定時(shí)成在該腔中存儲(chǔ)光功率的最大值或接近最大值處進(jìn)入光學(xué)腔。圖2B示出代表性光學(xué)和電子時(shí)序。注入電子微脈沖被定時(shí)成在腔中存儲(chǔ)光功率的最大值或接近最大值處進(jìn)入光學(xué)腔。宏脈沖中注入光學(xué)微脈沖的數(shù)量被選擇成限制對(duì)腔的瞬時(shí)熱誘導(dǎo)損傷。占空比被選擇成限制時(shí)間平均損傷和未補(bǔ)償?shù)耐庑巫冃?。圖3A和3B示意性地示出光學(xué)相位相干的概念。圖3A示出從左側(cè)接近腔反射鏡的入射光學(xué)微脈沖和從右側(cè)接近腔反射鏡的循環(huán)光學(xué)微脈沖。圖3B示出一般情況，其中(a)入射光學(xué)微脈沖的一部分傳輸通過腔反射鏡進(jìn)入該腔中，而循環(huán)光學(xué)微脈沖的一部分被腔反射鏡反射(具有反相)；以及(b)入射光學(xué)微脈沖的一部分被腔反射鏡反射(具有反相)而循環(huán)光學(xué)微脈沖的一部分傳輸通過腔反射鏡；如果注入光學(xué)微脈沖的微觀(光學(xué))相位和包絡(luò)與如圖所示的循環(huán)光學(xué)微脈沖的微觀(光學(xué))相位和包絡(luò)基本上匹配，這會(huì)造成(a)入射光學(xué)微脈沖中由腔反射鏡傳輸部分的振幅會(huì)相干疊加到循環(huán)光學(xué)微脈沖中由腔反射鏡反射的部分；以及(b)入射光學(xué)微脈沖中由腔反射鏡反射的部分和循環(huán)光學(xué)微脈沖中由腔反射鏡傳輸?shù)牟糠值恼穹鶗?huì)在腔外抵銷(即相消疊加)。本發(fā)明的物理基礎(chǔ)操作被空間周期性橫向磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的相對(duì)論電子以與乘積/k2A2成正比的速率輻射電磁能量，其中Y是洛倫茨因子E/mc2，k是波數(shù)2;ra，指定場(chǎng)的空間振蕩周期X，以及A是rms矢勢(shì)。定義歸一化矢勢(shì)an也是有益的，其中在cgs單位下an=eA/mc2。如果橫向磁場(chǎng)是周期性的，則在該場(chǎng)為靜態(tài)的情況下所發(fā)射的輻射在前進(jìn)方向上(即平行于電子運(yùn)動(dòng)方向的軸)在波長(zhǎng)(l+a^)V(l+(3cose)/處達(dá)到峰值。如果該場(chǎng)是平面行波，則所發(fā)射的輻射在前進(jìn)方向上在波長(zhǎng)(l+a力V2(l+(3cos0)/處達(dá)到峰值，其中e是光學(xué)腔的軸從電子束的前進(jìn)方向偏移的角度。該過程在靜態(tài)場(chǎng)的情形中幫助為諸如x射線結(jié)晶的應(yīng)用產(chǎn)生強(qiáng)烈、高度準(zhǔn)直的近單色x輻射束，并且促成構(gòu)建大量巨型、昂貴的基于加速器的x射線源以用于這些應(yīng)用。對(duì)于靜態(tài)場(chǎng)和時(shí)間變化場(chǎng)的兩種情況，這些源中電子輻射的能量隨著場(chǎng)強(qiáng)按矢勢(shì)的平方增大。雖然在較大場(chǎng)(an>〉l)會(huì)輻射更多能量，但是該輻射是在較長(zhǎng)波長(zhǎng)下發(fā)射的。在較高場(chǎng)(an>〉l)下發(fā)射的輻射也不再是單色的，但是包括數(shù)量增多的諧波，并最終退化為近似白光光譜(Elleaume2003以及Lau2003)。因此基于這些原理，波動(dòng)器輻射譜隨著歸一化矢勢(shì)值增大的質(zhì)量進(jìn)步向系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和用戶提供優(yōu)化設(shè)計(jì)以與應(yīng)用相匹配的機(jī)會(huì)(Kiml989)。對(duì)于注重單色性和低諧波成分的應(yīng)用，該系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)成在0.1<an<0.5范圍內(nèi)的較低an值下操作，而對(duì)于諸如x射線光刻的應(yīng)用，在較高的矢勢(shì)值下操作的特性可有益地用于生成包括較寬的諧振相關(guān)波長(zhǎng)范圍的較高功率和光子通量的束，其中該束可對(duì)&1(諸如3或更高)收斂到近連續(xù)白光輻射。在固定發(fā)射波長(zhǎng)下所輻射的能量對(duì)波數(shù)、矢勢(shì)和電子能量的依賴表明所輻射的能量只能通過減小磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)的周期X來增大。該結(jié)果確立如下一般結(jié)論所輻射功率的最大化需要波動(dòng)器周期的最小化。本發(fā)明的技術(shù)允許波動(dòng)器周期^從當(dāng)前在基于電子束的x射線源中使用的l-10cm范圍減小到光學(xué)區(qū)域，例如小四個(gè)量級(jí)的微米量級(jí)的人值。因此，有可能由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的波動(dòng)器周期減小將每單位波動(dòng)器長(zhǎng)度的輻射能量增大至少四個(gè)量級(jí)，同時(shí)減小操作所需的電子加速器的大小和成本，從而有可能構(gòu)建不昂貴的緊湊型、高性能x射線和伽嗎射線源，用于x射線結(jié)晶、醫(yī)學(xué)射線照相術(shù)和放射療法、高級(jí)x射線和伽嗎射線成像系統(tǒng)、以及核物理和高能物理中的科學(xué)研究。這種緊密聚焦、高能光脈沖的產(chǎn)生和保持需要入射到腔的光學(xué)表面上的積分通量和峰值功率密度與用于構(gòu)建該腔的襯底和涂層的損傷級(jí)別一致，腔反射鏡的外形和間隔被控制成維持操作所需的聚焦，以及由脈沖泵浦激光器生成的光脈沖的間距和光學(xué)相位與腔中的累積光脈沖保持精確同步。光學(xué)微脈沖的特征為了滿足這些苛刻約束，本文所述的本發(fā)明使用通過累積來自一個(gè)或多個(gè)低平均功率的脈沖激光器的、處于高精細(xì)的近似球狀光學(xué)腔的匹配模式的皮秒、同步、相位相干光脈沖而創(chuàng)建的光學(xué)波動(dòng)器，以使用這些腔的能力來將循環(huán)光脈沖聚焦到光波長(zhǎng)量級(jí)上的焦點(diǎn)同時(shí)在反射鏡上維護(hù)cm尺度的光斑尺寸。通過這種方式，可以構(gòu)建其中焦點(diǎn)處的矢勢(shì)接近1、同時(shí)保持腔的部件的表面處的峰值功率密度和積分通量與穩(wěn)定和可靠操作一致的光學(xué)腔。但是即使允許降低這些腔的光學(xué)表面處的峰值光功率，在光學(xué)表面處的平均光功率密度仍然可能因涂層和/或襯底材料的熔化、擴(kuò)散和分解、以及因在腔部件的涂敷層和襯底中消耗的宏脈沖平均功率和/或時(shí)間平均功率引起的外形變形而造成損傷或降級(jí)。因此，功能光學(xué)波動(dòng)器不能只依賴腔的幾何形狀，而是也要結(jié)合一個(gè)或多個(gè)技術(shù)來抑制這些光學(xué)損傷機(jī)制同時(shí)保留光源操作所需的條件。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式結(jié)合了在腔中循環(huán)的光學(xué)微脈沖的時(shí)間結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提供了所需的高矢勢(shì)同時(shí)保護(hù)腔部件免于損傷。在光學(xué)微脈沖層面，循環(huán)光學(xué)微脈沖在遇到腔部件時(shí)具有足夠受限的持續(xù)時(shí)間和峰值功率，以便限制皮秒時(shí)間尺度上雪崩擊穿的發(fā)生。在輻射間隔層面，輻射間隔中的光學(xué)微脈沖數(shù)量被限制，以限制腔的光學(xué)元件部件的涂層和表面的峰值溫度上升。此外，連續(xù)輻射間隔的重復(fù)率被限制，以將在腔的構(gòu)建中使用的光學(xué)元件的熱應(yīng)力和熱變形保持在易控值上。在這種上下文中，"易控值"表示可通過調(diào)節(jié)襯底溫度梯度，或通過調(diào)整反射鏡間距、泵浦激光器頻率和皮秒脈沖來補(bǔ)償以維持該源操作所需的條件。假設(shè)創(chuàng)建能在歸一化矢勢(shì)的值an0.1-1.0下操作的光場(chǎng)，在本發(fā)明中通過引導(dǎo)緊密聚焦、聚束的脈沖電子束在腔內(nèi)所存儲(chǔ)光脈沖的焦點(diǎn)處通過該光脈沖來產(chǎn)生強(qiáng)烈、準(zhǔn)直、近單色的x射線束。當(dāng)耦合到適當(dāng)電子束源時(shí)，如此構(gòu)建和操作的光學(xué)波動(dòng)器有可能在指定x射線功率輸出值所需的最低可能平均電子流和功率下以可能比使用現(xiàn)有波動(dòng)器技術(shù)低IOO倍的電子能量下生成該輻射。由該系統(tǒng)生成的X射線束的即時(shí)峰值功率通過由a』和Y確定的輻射X射線/電子的數(shù)量、由峰值電子流和聚束長(zhǎng)度確定的每聚束的平均電子數(shù)量、以及聚束間距來確定。由本發(fā)明生成的平均X射線功率僅受在光學(xué)腔中使用的表面和襯底的平均功率級(jí)別、以及對(duì)用來提供操作所需電子束的加速器的重復(fù)率的限制(如果有的話)限制。對(duì)當(dāng)前可達(dá)到的光學(xué)損傷閾值以及加速器峰值和平均電流的代表性值的假設(shè)提供了與使用cm周期的波動(dòng)器的現(xiàn)有技術(shù)源的當(dāng)前狀態(tài)可比擬的x射線束亮度，但是由于操作所需的加速器和波動(dòng)器系統(tǒng)的尺寸減小而尺寸更小和成本更低?？梢赃M(jìn)一步看出，使用皮秒脈沖光束來創(chuàng)建循環(huán)光學(xué)微脈沖使得實(shí)現(xiàn)通過使用受對(duì)反射鏡表面的光功率密度和平均光功率的相同約束所限制的連續(xù)光束所可能實(shí)現(xiàn)的大得多的歸一化矢勢(shì)和輻射x射線功率的值成為可能。泵浦激光器的特征本發(fā)明操作所需的光輻射由一個(gè)或多個(gè)重復(fù)脈沖的相位相干激光器源生成，這些激光器源的光學(xué)微脈沖的相位和振幅不同，且周期等于光脈沖在腔中循環(huán)的往返傳播時(shí)間的整數(shù)倍。雖然這些激光器通常不能直接達(dá)到用作光學(xué)波動(dòng)器所需的峰值功率，但是可將從更低功率相位相干激光器源獲得的重復(fù)脈沖集成到適當(dāng)設(shè)計(jì)的低損耗光存儲(chǔ)中，以在腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過激光器輸出功率至少3個(gè)量級(jí)的峰值功率。原則上，每個(gè)注入微脈沖序列的相位周期性的條件允許使用不等于光存儲(chǔ)腔的本征頻率的激射頻率(電場(chǎng)的零相交之間周期的倒數(shù))，而在每個(gè)光學(xué)微脈沖中有有限數(shù)目的光學(xué)循環(huán)的情況下不顯著影響操作。然而，放松對(duì)通常可應(yīng)用于用CW激光器驅(qū)動(dòng)的光存儲(chǔ)腔的頻率同步的標(biāo)準(zhǔn)不改變本發(fā)明中的要求，S卩注入脈沖的光學(xué)相位必須具有與其時(shí)間間距的周期相同、并等于腔的往返傳播時(shí)間的整數(shù)倍的周期性。給定這些約束，要注入到存儲(chǔ)腔中的脈沖的光學(xué)頻率必須被設(shè)置為等于頻率W-n/(im)的單個(gè)或組合，其中T是該腔的往返傳播時(shí)間(有時(shí)稱為RTTT)，m是以T定義注入微脈沖之間的時(shí)間間隔的整數(shù)，且n是定義光學(xué)頻率與1/(mT)的比值的整數(shù)。給定注入到腔中的微脈沖的相位和振幅的周期性所要滿足的條件，顯然有可能同時(shí)用具有不同激射和微脈沖重復(fù)率以及相對(duì)于彼此的任意時(shí)序的多個(gè)光脈沖序列來泵浦該腔，只要每個(gè)光脈沖序列滿足對(duì)其振幅和相位變化的周期性的上述條件。與這種光存儲(chǔ)腔一起使用的可能激光器源包括用于光通信的寬帶脈沖二極管激光器、脈沖光纖激光器以及鎖相自由電子激光器。通過將活性激射介質(zhì)置于光存儲(chǔ)腔外，有可能使用更寬范圍的激射介質(zhì)、并在比存儲(chǔ)腔內(nèi)所必要的那些更接近最佳的條件下操作這些激射介質(zhì)，由此用更接近最佳的歸一化矢勢(shì)生成存儲(chǔ)的光學(xué)微脈沖。如果作為本發(fā)明的一部分一個(gè)或多個(gè)自由電子激光器(FEL)結(jié)合來泵浦光學(xué)腔，則這些FEL可被配置成使用通用的直線加速器注入器(linacinjector),或者對(duì)FEL操作和本發(fā)明的優(yōu)化波動(dòng)器x射線源的操作使用通用的直線加速器注入器。雖然用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式加光學(xué)波動(dòng)器操作的皮秒脈沖結(jié)構(gòu)通常與脈沖相位相干泵浦激光器和微波或射頻電子加速器的能力兼容，但是激光器的激光器頻率和脈沖間距與由用于該系統(tǒng)的加速器產(chǎn)生的電子聚束的相位和脈沖間距的同步條件要求加速器和激光器的工作頻率與光存儲(chǔ)腔的尺寸精確匹配。由脈沖泵浦激光器提供的光脈沖序列的周期性與腔的往返傳播時(shí)間的同步通過調(diào)節(jié)反射鏡的縱向位置以將常播時(shí)間保持在適當(dāng)值，或者通過調(diào)制泵浦激光器的光波長(zhǎng)和脈沖周期以跟蹤腔尺寸和聚焦參數(shù)的變化來設(shè)置和維護(hù)。如果在操作期間改變泵浦激光器的激射頻率和微脈沖重復(fù)率，則相應(yīng)地改變加速器的工作頻率來保持同步。如果在操作期間光學(xué)腔的往返傳播時(shí)間保持為恒定值，則不要求激光器和加速器頻率有變化?？紤]注入微脈沖的相位及其包絡(luò)中的時(shí)序的跳動(dòng)對(duì)其向光學(xué)腔中循環(huán)微脈沖的耦合和增強(qiáng)的影響表明為了確保有效注入，較佳地將注入微脈沖的相位保持在循環(huán)存儲(chǔ)微脈沖的相位的士20。內(nèi)，同時(shí)較佳地將注入微脈沖的包絡(luò)的時(shí)間寬度和到達(dá)時(shí)間調(diào)節(jié)到循環(huán)光學(xué)微脈沖的寬度的10%內(nèi)。如果不能將注入光學(xué)微脈沖的相位和時(shí)序保持在這些限制內(nèi)，則有必要增大注入微脈沖的功率以將循環(huán)微脈沖的矢勢(shì)升高到系統(tǒng)操作所需的水平。因此可容耐超出±45°量級(jí)限制的更大相位跳動(dòng)和/或±50°的光學(xué)微脈沖持續(xù)時(shí)間量級(jí)上的更大時(shí)序跳動(dòng)，但代價(jià)是對(duì)相同an值注入效率較低且注入光學(xué)微脈沖功率更高。具有在這些擴(kuò)展范圍內(nèi)的相位跳動(dòng)和/或時(shí)間跳動(dòng)的實(shí)施方式仍被視為通過入射光學(xué)微脈沖提供相干增強(qiáng)。考慮到該系統(tǒng)對(duì)激射光學(xué)微脈沖、加速器和腔的時(shí)域周期性的較小失配以及對(duì)影響這些周期性的尺寸的極度敏感，在大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)中，確保有效和穩(wěn)定操作所需的頻率和/或周期性的同步會(huì)要求包括測(cè)量和比較這些周期性、以及按照閉環(huán)反饋控制下所需來調(diào)節(jié)要調(diào)節(jié)的操作頻率和/或元件尺寸所需的傳感器和診斷元件。多激光器實(shí)施方式圖4是示出其中來自兩個(gè)獨(dú)立激光器25a和25b的光學(xué)微脈沖用于建立相應(yīng)的單個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖60a和60b的實(shí)施方式的示意圖。如圖所示，激光器提供由腔的往返傳播時(shí)間分隔的相應(yīng)入射光學(xué)微脈沖序列50a和50b，這與每個(gè)激光器生成單個(gè)光學(xué)宏脈沖一致(與提供交錯(cuò)宏脈沖相反)。這些束在引入到腔中之前在束組合器122進(jìn)行組合，但是原則上可將兩個(gè)激光束引入該腔的相對(duì)兩端。該附圖還示出一個(gè)激光器光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖，它們處于其它激光器光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖之間的中心位置。為了適應(yīng)脈沖堆疊，一個(gè)激光器光學(xué)微脈沖的時(shí)序不必相對(duì)于其它激光器光學(xué)微脈沖存在所要求的關(guān)系。因此，光學(xué)宏脈沖的交錯(cuò)對(duì)的間距可以是非周期性的，其中一對(duì)光學(xué)微脈沖緊密間隔，之后是間隙，之后是另一對(duì)緊密間隔的光學(xué)微脈沖，只要所有間距對(duì)應(yīng)于經(jīng)加速的電子微脈沖間距的整數(shù)倍即可。然而，如果腔與產(chǎn)生單個(gè)周期性電子微脈沖序列的電子加速器一起使用，則交錯(cuò)光學(xué)宏脈沖也必需彼此間隔開往返時(shí)間T的整數(shù)分之一(T/n)，否則循環(huán)光學(xué)微脈沖將不與電子微脈沖碰撞。由于大多數(shù)或全部電子加速器使用某種RF共振來生成加速電子微脈沖(聚束)所需的高電場(chǎng)，本發(fā)明的大多數(shù)實(shí)用實(shí)施方式受到以某種限定頻率周期性地放出電子微脈沖的事實(shí)的約束。電子束的特征本發(fā)明中使用的電子束由一個(gè)或多個(gè)RF或微波加速器提供，這些加速器中的每一個(gè)生成一擴(kuò)展的電子聚束系列(每個(gè)較佳地對(duì)向不大于IO度的RF相位、并間隔開加速器工作頻率的周期或其整數(shù)倍)。這種束的可能源包括RF或微波線性加速器、電子回旋加速器或存儲(chǔ)環(huán)。一代表性實(shí)施方式使用一個(gè)或多個(gè)10-30MeV的電子線性加速器，每個(gè)加速器使用以3GHz操作的熱電子微波槍來產(chǎn)生高平均電流的聚束電子束。由每個(gè)加速器生成的電子束在電子束與光學(xué)輻射碰撞的區(qū)域中在水平和垂直平面中被聚焦成束腰。焦斑的尺寸被選擇成使電子束的空間橫截面最小、同時(shí)將電子的角展度約束為提供可接受的X射線光譜帶寬的值。系統(tǒng)的操作通常要求電子束的發(fā)射率盡可能地低，以實(shí)現(xiàn)與X射線光譜亮度對(duì)角展度施加的約束相一致的最小束焦點(diǎn)。在電子穿過光學(xué)波動(dòng)器之后，出射電子束可重新聚焦以用于與第一個(gè)相互作用區(qū)類似的一個(gè)或多個(gè)后續(xù)的獨(dú)立相互作用區(qū)、在存儲(chǔ)環(huán)中重新循環(huán)、傳輸?shù)绞魇占饕詡鋪G棄、或者傳輸?shù)奖欢ㄏ喑商崛∷秒娮拥哪芰孔鳛镽F或微波功率來代替熱和電離輻射的第二組一個(gè)或多個(gè)RF或微波加速器。在一代表性實(shí)施方式中，長(zhǎng)度與生成傳輸?shù)焦鈱W(xué)波動(dòng)器的束的加速器類似的第二加速器部分180度失相，以將減速電子的能量減小到10MeV以下以供常規(guī)束流收集器丟棄。腔的特征簡(jiǎn)單的雙反射鏡光學(xué)存儲(chǔ)腔的設(shè)計(jì)和操作己在科學(xué)文獻(xiàn)(Siegman1996a)中多方面地回顧，并且該類腔已與CW激光器一起用來提供極精細(xì)的"光學(xué)線"(Sakai2001)以測(cè)量用于高能物理研究的單次通過線性對(duì)撞機(jī)(single-passlinearcollider)中使用的高能量、低發(fā)射率電子束的橫截面?，F(xiàn)有技術(shù)還己經(jīng)解決了在將鎖模泵浦用于脈沖堆疊時(shí)調(diào)節(jié)鎖模頻率以匹配本征模式間距從而優(yōu)化注入效率和存儲(chǔ)脈沖的振幅的需要(Jones2001)。然而，雖然在現(xiàn)有技術(shù)中無論出于脈沖堆疊(使用脈沖泵浦源)目的、還是生成強(qiáng)烈的窄焦斑(使用CW泵浦源)的目的都已經(jīng)開發(fā)并驗(yàn)證了這種光學(xué)存儲(chǔ)腔，但是在單個(gè)存儲(chǔ)腔中同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的脈沖堆疊和指定的窄焦斑需要在現(xiàn)有技術(shù)中沒有描述的特定腔設(shè)計(jì)。例如，現(xiàn)有技術(shù)中用于構(gòu)建單模、CW"光學(xué)線"的腔不提供對(duì)往返傳播時(shí)間的約束，并且異常不適合用于其微脈沖重復(fù)率精確匹配于該間距以實(shí)現(xiàn)有效多模操作的脈沖激光源?，F(xiàn)有技術(shù)也沒有提供關(guān)于可用于實(shí)際制作結(jié)合為本發(fā)明一部分的構(gòu)建和操作光學(xué)腔所需的光學(xué)元件的裝置的指導(dǎo)。雖然為CW和相位相干的脈沖激光束的注入和累積所設(shè)計(jì)的腔的設(shè)計(jì)和構(gòu)建已在文獻(xiàn)(Sakai2001和Jones2001)中作了詳細(xì)描述，但是現(xiàn)有技術(shù)沒有提供關(guān)于可用于構(gòu)建能夠同時(shí)滿足對(duì)有效累積和存儲(chǔ)以及對(duì)實(shí)現(xiàn)有用光學(xué)波動(dòng)器所需的窄焦點(diǎn)的創(chuàng)建和維護(hù)的極苛刻標(biāo)準(zhǔn)的腔的指導(dǎo)。本發(fā)明所依賴的腔實(shí)現(xiàn)以下同時(shí)能力通過規(guī)避彎曲反射表面制作中的固有限制，將循環(huán)光脈沖聚焦到衍射所允許的最小光斑、同時(shí)維持腔本征模式的光譜以及操作所需的腔往返傳播時(shí)間和腔損耗。要解決的中心問題是打磨或塑造反射鏡表面使其曲率中心具有小于其曲率半徑的0.1%左右的誤差實(shí)質(zhì)上是不可能的，這對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中存儲(chǔ)腔的實(shí)用實(shí)施方式所需的反射鏡曲率中心位置的幾百微米的絕對(duì)不確定度。該不確定度對(duì)于本發(fā)明是不夠的，對(duì)于本發(fā)明而言，幾微米量級(jí)的不確定度必須在反射鏡間隔(以提供充分的脈沖堆疊)和反射鏡曲率中心的空間位置(以在束腰處獨(dú)立實(shí)現(xiàn)緊密焦點(diǎn))上同時(shí)實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，只有這兩個(gè)條件之一而非兩個(gè)被實(shí)現(xiàn)。然而，本發(fā)明的諸方面提供用于累積由泵浦激光器注入的光脈沖的光學(xué)腔的構(gòu)建和能力，即現(xiàn)有技術(shù)中所沒有的能力。腔的設(shè)計(jì)在雙反射鏡的腔中，最小焦斑尺寸和指定往返傳播時(shí)間的實(shí)現(xiàn)需要比反射鏡制作中實(shí)際實(shí)現(xiàn)的精度更高、或者使反射鏡變形以使其表面符合所需外形的機(jī)制，即還可以引起不可接受的內(nèi)部應(yīng)力水平的工序。因此，通常較佳的是向腔添加第三元件，該元件被制作并設(shè)置成補(bǔ)償腔的兩個(gè)主要反射鏡的制作中不可避免的誤差。因此，在本發(fā)明中使用光學(xué)存儲(chǔ)腔的可能設(shè)計(jì)通過提供將所需精度傳遞給其相應(yīng)精度可在制作中達(dá)到的另一光學(xué)元件或者適當(dāng)調(diào)節(jié)腔的操作參數(shù)的技術(shù)來規(guī)避反射鏡制作中的以上限制。可以實(shí)現(xiàn)至少兩個(gè)這種通用的三元件腔配置。第一腔配置圖5是適于實(shí)踐本發(fā)明各實(shí)施方式的光學(xué)腔30的第一配置的示意圖。該配置將球度補(bǔ)償器110實(shí)現(xiàn)為對(duì)來自泵浦激光器的P偏振光在布魯斯特(Brewster)角上或附近取向的有限厚度的介電布魯斯特板。該板在腔中的出現(xiàn)具有兩個(gè)效果(i)將腔中脈沖的往返傳播時(shí)間增大與板的厚度直接成正比的延時(shí)；以及(ii)在光學(xué)上將最接近反射鏡的曲率中心移動(dòng)與板的厚度直接成正比的空間位移。(i)和(ii)中的時(shí)間和空間位移由該板的獨(dú)立物理特性確定，因此它們可在存儲(chǔ)腔的設(shè)計(jì)中獨(dú)立指定。腔對(duì)循環(huán)光學(xué)微脈沖的最佳聚焦在兩個(gè)反射鏡32和35的曲率中心基本上在對(duì)應(yīng)于束腰的指定點(diǎn)125處重合時(shí)發(fā)生。將該板結(jié)合到腔中的建議方法基于以下步驟序列-1)選擇介電板的名義厚度、入射角和在腔中的位置；板的名義厚度的最佳選擇在下一段中描述；2)計(jì)算有效脈沖堆疊所需的物理反射鏡間隔，包括由該板引入的延時(shí)；該計(jì)算給出涉及板厚度的第一等式；3)使用(2)中確定的間距計(jì)算在束腰處實(shí)現(xiàn)所需焦斑半徑的所要求的反射鏡曲率半徑，包括由該板引入的光學(xué)空間位移；該計(jì)算給出涉及板厚度的第二等式；4)使用與(3)中確定的半徑盡可能接近地匹配的曲率半徑制作腔反射鏡；5)通過干涉測(cè)量法或其它光學(xué)技術(shù)來測(cè)量(4)中產(chǎn)生的反射鏡的實(shí)際曲率半徑；在幾微米誤差內(nèi)執(zhí)行該測(cè)量的方法可在現(xiàn)有技術(shù)中找到；以及6)使用來自步驟(2)和(3)的涉及板厚度的兩個(gè)獨(dú)立等式并使用步驟(5)中測(cè)得的曲率半徑作為這些等式中的固定參數(shù)，對(duì)這兩個(gè)等式求解兩個(gè)新的未知數(shù)i)板的新厚度；以及ii)新的物理反射鏡間隔。板的名義厚度的初始選擇應(yīng)該充分，從而在給定反射鏡的可制作曲率半徑中[步驟(3)]的不確定度限制的情況下，板的新厚度足夠厚以制成良好平坦度、并且足夠薄以最小化諸如吸收或自聚焦的腔操作的偽光學(xué)效應(yīng)；通常，傾斜平行板會(huì)將散光引入發(fā)散或會(huì)聚光束中，從而在當(dāng)前設(shè)計(jì)中導(dǎo)致所存儲(chǔ)的光束在"垂直"和"水平"(即正交橫向)方向上有不同的焦半徑。但是這種散光可通過研磨在該板的入射平面中的表面之間的小楔角來精確補(bǔ)償；楔角的大小可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員己知的光學(xué)分析技術(shù)來確定。以上設(shè)計(jì)方法的益處源于以下事實(shí)與難以將兩個(gè)反射鏡的曲率中心定位在幾微米的精度上不同，板的厚度很容易研磨并拋光到幾微米的精度。因此，在以上設(shè)計(jì)中能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明中所需的焦斑(經(jīng)由腔的球度)和脈沖堆疊的同時(shí)優(yōu)化。除了補(bǔ)償彎曲反射鏡表面制作中的誤差之外，布魯斯特板還可被設(shè)計(jì)成補(bǔ)償操作中反射鏡表面的熱變形，由于高功率存儲(chǔ)光束的空間輪廓該熱變形的主要效應(yīng)是改變曲率半徑。這些效應(yīng)原則上可用反射鏡襯底已知的熱機(jī)械和光學(xué)特性來計(jì)算或測(cè)量到高精度?；蛘?，可將存儲(chǔ)腔設(shè)計(jì)成例如通過使用功率可變的外部激光束來反面加熱反射鏡之一或兩者，或者通過在反射鏡的反面或邊緣處施加可調(diào)節(jié)的機(jī)械應(yīng)力以提供補(bǔ)償變形，來獨(dú)立地提供這種補(bǔ)償。圖1B示出作為一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)的用于熱補(bǔ)償?shù)膬蓚€(gè)輻射熱源117和120。存儲(chǔ)腔的各個(gè)實(shí)用實(shí)施方式實(shí)際上可能必需通過這些或其它技術(shù)來補(bǔ)償曲率半徑的這種變化。例如，如果存儲(chǔ)腔的額定配置使用所施加的外部熱源來在沒有存儲(chǔ)束的情況下升高反射鏡中心的溫度，則在操作過程中該熱源的強(qiáng)度可按彌補(bǔ)由操作中的泵浦激光器引起的加熱所需地減小。類似地，可將所施加的機(jī)械應(yīng)力從其初始(空腔)值起調(diào)節(jié)，以在具有高功率存儲(chǔ)束的操作過程中保持所需的曲率半徑。圖5還示出用于控制球度和鎖模的附加定位元件。具體而言，定位器132被示為與凹面反射鏡32相關(guān)聯(lián)，而定位器135則與凹面反射鏡35相關(guān)聯(lián)。例如，這些定位器可用機(jī)械和電氣部件來實(shí)現(xiàn)以提供補(bǔ)償可能出現(xiàn)的任何擾動(dòng)的快速響應(yīng)。例如，可將反射鏡安裝在將其平移運(yùn)動(dòng)限制于沿單個(gè)軸進(jìn)行的固定機(jī)械撓曲上，該運(yùn)動(dòng)實(shí)際上由相應(yīng)壓電致動(dòng)器推動(dòng)撓曲而誘發(fā)。注意，在圖5的基本設(shè)計(jì)中，平移反射鏡也略微改變了腔長(zhǎng)，因此影響了脈沖堆疊。補(bǔ)償本設(shè)計(jì)中的共振腔球度而不平移反射鏡的技術(shù)是使用激光反向加熱來改變反射鏡的曲率半徑而不改變腔長(zhǎng)，如圖1B所示(輻射熱源117和120)。原則上，如果將腔的往返時(shí)間和共振頻率的所得變化反饋回鎖模鎖頻的激光器源和RF驅(qū)動(dòng)器，則有可能只用平移運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償球度；這些變化通常足夠小才允許這樣，即使在RF直線加速器FEL中也是如此。第二腔配置圖6是適于實(shí)踐本發(fā)明諸實(shí)施方式的光學(xué)腔30的標(biāo)示為30'的第二配置的示意圖。該配置能夠獨(dú)立地優(yōu)化焦斑(經(jīng)由腔球度)和脈沖堆疊。該設(shè)計(jì)使用三個(gè)反射鏡(兩個(gè)曲面腔反射鏡140和145以及一個(gè)基本上平坦的反射鏡150)來產(chǎn)生以所示方式折疊的線性腔軸。腔中包圍緊密聚焦束腰的區(qū)域由曲面反射鏡140和145界定。反射鏡140是限定腔的一個(gè)端部反射鏡的基本上球狀對(duì)稱的反射鏡，并且反射垂直入射的腔束。反射鏡145是中間的離軸拋物面反射鏡，并且將以諸如45。的適當(dāng)斜角入射的腔束反射到限定腔的另一個(gè)端部反射鏡的平面反射鏡150。反射鏡的基本曲率半徑被設(shè)計(jì)成使得球狀端部反射鏡140與離軸拋物面反射鏡145之間的存儲(chǔ)光束會(huì)聚到標(biāo)示為155的束腰處的緊密焦點(diǎn)，且離軸拋物面反射鏡與平面端部反射鏡之間的存儲(chǔ)束基本上與在平面反射鏡位置處的束腰對(duì)準(zhǔn)(即波前在平面反射鏡處基本上是平面的)。焦斑的優(yōu)化(經(jīng)由腔的球度)通過將球狀的腔端部反射鏡置于可移動(dòng)臺(tái)160上使得其相對(duì)于中間拋物面反射鏡的間隔可獨(dú)立于平面反射鏡調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。通過允許對(duì)腔的球度進(jìn)行這種獨(dú)立的可能動(dòng)態(tài)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)和維持緊密焦點(diǎn)，不再需要施加外部的熱或機(jī)械變形來保持這些反射鏡的曲率。脈沖堆疊的優(yōu)化通過將平面的腔端部反射鏡置于可移動(dòng)臺(tái)165上使得其相對(duì)于中間拋物面反射鏡的間隔可獨(dú)立于球狀端部反射鏡調(diào)節(jié)來同時(shí)實(shí)現(xiàn)；由于已存儲(chǔ)束與腔的該區(qū)域中的大橫向半徑基本上對(duì)準(zhǔn)，因此可執(zhí)行脈沖堆疊調(diào)節(jié)而基本上不影響腔的相互作用區(qū)中的聚焦束。應(yīng)該注意，原則上，如果泵浦激光器的重復(fù)率可在足夠?qū)挼闹貜?fù)率范圍上連續(xù)調(diào)節(jié)，則腔的球度和脈沖堆疊的獨(dú)立優(yōu)化問題不會(huì)出現(xiàn)。在這種情況下，存儲(chǔ)腔可被構(gòu)建成在束腰處提供緊密聚焦的束，并且泵浦激光器的重復(fù)率可被調(diào)節(jié)以滿足脈沖堆疊的要求。但是存在諸如RF直線加速器自由電子激光器的某些泵浦激光器，它們的重復(fù)率不具有充分可調(diào)性以補(bǔ)償存儲(chǔ)腔的制作缺陷，于是腔的構(gòu)建必需同時(shí)結(jié)合所有這些技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這種優(yōu)化。在指定了諸如輻射間隔持續(xù)時(shí)間、存儲(chǔ)腔長(zhǎng)度和驅(qū)動(dòng)激光器功率的某些系統(tǒng)參數(shù)的某些實(shí)施方式中，反射鏡透射率可被選擇成將來自驅(qū)動(dòng)激光器的充足功率耦合到腔中，以最大化在輻射間隔結(jié)束處的循環(huán)光學(xué)微脈沖功率或者在輻射間隔期間穿過存儲(chǔ)腔的相互作用區(qū)的積分光能量。然而，可能需要其它的反射鏡反射率值，以在存儲(chǔ)腔的相互作用區(qū)中實(shí)現(xiàn)所需的矢勢(shì)。例如，如果在反射率對(duì)峰值循環(huán)功率或積分循環(huán)能量進(jìn)行優(yōu)化時(shí)驅(qū)動(dòng)激光器功率高得使矢勢(shì)超過所需值，則可按需減小反射率以實(shí)現(xiàn)所需的矢勢(shì)，這還可導(dǎo)致存儲(chǔ)腔中的循環(huán)光功率在輻射間隔期間的更加均勻的時(shí)間依賴性。在諸如在此考慮的某些實(shí)用實(shí)施方式中，反射鏡的吸收損耗可以忽略，從而可將未從反射鏡反射的能量視為傳輸通過該反射鏡。補(bǔ)償非零吸收損耗的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。選擇不包括耦合元件的光學(xué)元件之間的反射率損耗的分布取決于所需的定義為耦合損耗與總損耗之比的耦合效率。如果耦合效率為l，則可在腔中獲得最大的功率累積，但是在這種情況下所得的反射功率水平可能需要在驅(qū)動(dòng)激光器與存儲(chǔ)腔之間有隔離光學(xué)元件來減小進(jìn)入驅(qū)動(dòng)激光器的反向反射。該反射功率可通過設(shè)計(jì)一損耗匹配腔(例如其反射鏡的反射率相等的雙反射鏡腔)來最小化，但是與單位耦合效率的情況相比這會(huì)減小腔中累積的功率?？蛇x擇其它耦合效率值來選擇反射和透射功率之間的適當(dāng)平衡。系統(tǒng)配置因素通過將這種光學(xué)存儲(chǔ)腔定位于電子束焦點(diǎn)附近使得電子束和存儲(chǔ)光脈沖的焦點(diǎn)重合，以及控制注入光脈沖和/或加速電子束的時(shí)序以使兩個(gè)束在其共同焦點(diǎn)處相交，加速束的每個(gè)重復(fù)聚束中的電子會(huì)處于由在光脈沖峰值強(qiáng)度之上或附近的強(qiáng)烈存儲(chǔ)光脈沖生成的強(qiáng)烈波動(dòng)器場(chǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)在每次碰撞時(shí)有效生成波動(dòng)器輻射、以及通過這些較小電子聚束與在光學(xué)存儲(chǔ)腔中循環(huán)的高強(qiáng)度光脈沖的多次連續(xù)碰撞而生成高平均X射線積分通量和亮度所需的條件。優(yōu)化系統(tǒng)操作所需的循環(huán)光脈沖的聚焦參數(shù)與電子束略有不同。雖然焦點(diǎn)處電子束的水平和垂直斑大小的優(yōu)化通常只需要與由反向散射X射線波長(zhǎng)的角度依賴性對(duì)角展度施加的限制相一致地最小化光斑的大小，但是存儲(chǔ)光脈沖的聚焦參數(shù)較佳地被選擇成優(yōu)化光脈沖與電子聚束的交迭。在最簡(jiǎn)單的情況下一即電子束和光脈沖沿同一個(gè)軸但在相反方向上共線傳播，與電子相互作用的光場(chǎng)的功率密度將隨時(shí)間和位置而變化，這取決于由泵浦激光器的設(shè)計(jì)確定的光脈沖長(zhǎng)度以及由衍射律確定的焦點(diǎn)附近的光束半徑和面積的特性依賴性。光斑半徑W(Z)通常隨與光斑位置相關(guān)的軸位置Z變化如下W(Z)=W0〖1+(Z/Zr)2]1/2其中Wo是焦點(diǎn)處的光斑半徑，以及zr即瑞利(Rayleigh)參數(shù)，指定焦斑的"景深"。通過考慮對(duì)由電子發(fā)射的波動(dòng)器輻射強(qiáng)度的光功率密度的特性依賴性，可以發(fā)現(xiàn)傳播通過連續(xù)聚焦光束的電子會(huì)在距焦點(diǎn)+/-zr距離中輻射從-無窮傳播到+無窮所發(fā)射的能量的一半。因此，與電子和相同峰值強(qiáng)度的連續(xù)光束碰撞的情況相比，循環(huán)光學(xué)微脈沖的脈沖長(zhǎng)度可減小到兩倍瑞利參數(shù)ZR的量級(jí)上，而反向散射的x射線光子數(shù)的損耗不超過二分之一，只要滿足以下條件即可7)聚焦區(qū)域中光脈沖的橫截面保持與電子束的橫截面匹配，8)在光脈沖的形心(centroid)到達(dá)焦點(diǎn)之前一個(gè)瑞利參數(shù)的點(diǎn)的時(shí)刻與脈沖形心到達(dá)焦點(diǎn)的時(shí)刻之間的間隔期間的某時(shí)刻，電子與反向傳播的光脈沖相遇，9)光脈沖具有通常等于或小于兩倍瑞利參數(shù)除以光速的持續(xù)時(shí)間，以及10)光學(xué)存儲(chǔ)腔的瑞利參數(shù)已被設(shè)置成約等于或大于由加速器驅(qū)動(dòng)器提供的電子聚束長(zhǎng)度。如果這些條件得到滿足，則運(yùn)動(dòng)通過在存儲(chǔ)腔中循環(huán)的光脈沖的電子會(huì)在焦點(diǎn)附近的空間區(qū)域中與光場(chǎng)相遇，其中光功率密度在焦點(diǎn)處強(qiáng)度的兩倍以內(nèi)，并產(chǎn)生一x射線束，其積分通量和亮度在由運(yùn)動(dòng)穿過功率等于光學(xué)存儲(chǔ)腔中循環(huán)脈沖的峰值功率的連續(xù)光束的相同電子所生成x射線束的兩倍以內(nèi)。腔尺寸和反射鏡反射率分析以下描述在相互作用區(qū)中給出所需矢勢(shì)、同時(shí)將在反射鏡處加載的光學(xué)強(qiáng)度或熱功率限制在實(shí)用損傷閾值之下的激光驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)腔的一代表性設(shè)計(jì)分級(jí)體系。該設(shè)計(jì)過程旨在是示例性而非排它性或者限制性的。該代表性設(shè)計(jì)從通常都由可用激光器系統(tǒng)確定的泵浦激光波長(zhǎng)X、激光微脈沖持續(xù)時(shí)間Tp和峰值功率P^、以及微脈沖重復(fù)率V開始。例如，可根據(jù)與光束相匹配的電子束的發(fā)射率特性和聚焦幾何位置，指定腔的相互作用區(qū)中TEM^模的所需腔內(nèi)1/^強(qiáng)度束半徑Wo。然后，按照所考慮應(yīng)用所需來指定相互作用區(qū)中的軸上所需歸一化矢勢(shì)an。rms矢勢(shì)a。與gcs單位的rms光電場(chǎng)i通過以下表達(dá)式相關(guān)2其中e和m是電子電荷和質(zhì)量，X是光波長(zhǎng)，c是光速。在由a。確定軸上電場(chǎng)E之后，cgs單位的軸上光強(qiáng)度Ip可從以下表達(dá)式計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage36</formula>向mks單位強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換是公知的，并且相應(yīng)的循環(huán)微脈沖峰值功率P&e可通過以下關(guān)系從軸上強(qiáng)度獲得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage36</formula>對(duì)于較佳地相對(duì)于腔長(zhǎng)定相并因此相干增強(qiáng)循環(huán)光學(xué)微脈沖的峰值功率Pinc的注入微脈沖，腔中第n次通過期間的循環(huán)功率Pcirc(從第0次通過的空腔開始)可由以下等式描述<formula>formulaseeoriginaldocumentpage36</formula>其中t^是輸入反射鏡處的分?jǐn)?shù)功率耦合系數(shù)，而5e是分?jǐn)?shù)往返腔功率損耗。定義為在輻射間隔期間入射到每個(gè)腔反射鏡上的總光能的積分光能Kcav通過對(duì)上式積分得到:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage37</formula>其中:^是輻射間隔期間的時(shí)間平均入射激光功率，Tn是輻射間隔的持續(xù)時(shí)間，N是輻射間隔期間總的腔往返數(shù)。對(duì)于具有腔中總的N次往返的輻射間隔，輻射間隔(即第N次通過)結(jié)束處的循環(huán)峰值功率P^e針對(duì)滿足SeN=2.52的腔損耗Se得到最大化，且積分光能Kcav針對(duì)SeN=3.78得到最大化。兩種情況之間的有益設(shè)計(jì)折衷可用以下標(biāo)準(zhǔn)獲得SCN=3.056(等式l)對(duì)此<formula>formulaseeoriginaldocumentpage37</formula>并且在輻射間隔結(jié)束處的循環(huán)峰值功率P,給定(針對(duì)t，主導(dǎo)腔損耗Sc的腔設(shè)計(jì))如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage37</formula>(等式2)在輻射間隔期間長(zhǎng)度為L(zhǎng)c的對(duì)稱腔中腔反射鏡處的積分通量Fn(即單位軸上面積的積分能量)可如下從TEM。。模式的幾何位置獲得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage37</formula>(等式3)且輻射間隔的持續(xù)時(shí)間Tn與腔長(zhǎng)Lc相關(guān)如下:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage37</formula>(等式4)等式2、l和3形成限制熱功率加載的點(diǎn)設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)，它們可按需更改以適應(yīng)其它系統(tǒng)參數(shù)或要求。例如，基于自由電子激光器的系統(tǒng)的以下設(shè)計(jì)可直接從以上過程獲得X=1jimco0=10|am[為此zR=0.31mm=c(lps)]Tp=1pSvp=2.86GHzPcirc=43GW[對(duì)應(yīng)于an=0.1]Pine=50MW[對(duì)應(yīng)于倒錐形FEL]Fn=60J/cm2[針對(duì)=1的守恒積分通量損傷閾值]針對(duì)以上參數(shù)，等式2指定往返腔損耗Se=0.285%，等式1則指定腔中的總往返數(shù)N:1073，而等式3及其后續(xù)等式一起指定輻射間隔的持續(xù)時(shí)間(假設(shè)損傷閾值與Tn的平方根成正比)Tfl=5.4ps。然后，可從由以上設(shè)計(jì)過程獲得的具體腔參數(shù)計(jì)算腔的尺寸。在本示例中，相應(yīng)的腔長(zhǎng)Le:0.75m，它可按需增大以匹配腔中循環(huán)微脈沖的最接近整數(shù)；在本示例中L,0.786m。針對(duì)該腔長(zhǎng)，TEMw模式在反射鏡處的lW強(qiáng)度半徑co^為co麗r=12.5mm，且腔反射鏡的直徑cpmin"可被適當(dāng)選擇成(Pmirr=60mm。對(duì)于損傷機(jī)制取決于峰值光強(qiáng)(與積分光學(xué)積分通量相反)在快速時(shí)間尺度上發(fā)生的操作領(lǐng)域，所選設(shè)計(jì)必須與所考慮過程的實(shí)用損傷閾值相符。在長(zhǎng)度為u的對(duì)稱腔中，腔反射鏡上輻射間隔結(jié)束處的峰值循環(huán)微脈沖強(qiáng)度(即單位軸上面積的峰值微脈沖功率)是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage38</formula>因此，對(duì)于選擇成在相互作用區(qū)中提供所需矢勢(shì)an的規(guī)定束半徑too和循環(huán)峰值微脈沖功率Peire，對(duì)稱光學(xué)存儲(chǔ)腔的腔長(zhǎng)Le可獨(dú)立于積分通量因素來確定。對(duì)于最終的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)參數(shù)必須與光強(qiáng)依賴和積分通量依賴的損傷機(jī)制的損傷閾值相符。同步的控制和穩(wěn)定如上所述，使電子微脈沖、來自泵浦激光器的光學(xué)微脈沖和存儲(chǔ)腔中的循環(huán)光學(xué)微脈沖同步是很重要的。存在許多實(shí)現(xiàn)同步的可能方法。總之，本發(fā)明的實(shí)施方式可提供用于設(shè)置和穩(wěn)定以下的一個(gè)或多個(gè)的傳感器和控件光學(xué)腔的聚焦參數(shù)和往返傳播時(shí)間；泵浦激光器的激射和光學(xué)微脈沖周期性；電子束加速器的頻率；以及加速器的相位和電子束操縱。較佳實(shí)施方式嘗試穩(wěn)定以上的一部分，更佳地則穩(wěn)定以上的全部。圖7A和7B是示出用于實(shí)施同步的控制和穩(wěn)定的代表性控制元件的示意圖。圖7A對(duì)應(yīng)于使用圖5所示的第一(布魯斯特補(bǔ)償)腔配置的實(shí)施方式；圖7B對(duì)應(yīng)于使用圖6所示的第二(折疊)腔配置的實(shí)施方式。診斷元件和控件被設(shè)計(jì)成適應(yīng)存儲(chǔ)腔的瞬時(shí)以及穩(wěn)態(tài)操作領(lǐng)域，其某些實(shí)施方式可受輻射間隔的有限持續(xù)時(shí)間約束以提供最大的存儲(chǔ)循環(huán)光功率和積分光能。這種最佳腔通常不實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)操作，因此必須包括監(jiān)視周期性驅(qū)動(dòng)激光器和電子束輸入以及循環(huán)光脈沖的頻率和相位的診斷元件和控件。對(duì)光學(xué)腔中的循環(huán)光脈沖的主要診斷元件包括能夠在腔內(nèi)脈沖在反復(fù)往返中累積時(shí)記錄它們的空間和時(shí)間演變的一個(gè)或多個(gè)2D和/或3D光電二極管陣列和快速光電二極管陣列。這些檢測(cè)器被配置在一個(gè)或多個(gè)的腔端口處，以測(cè)量橫向模式輪廓的形狀和位置、以及在比腔往返傳播時(shí)間更快的時(shí)間尺度上測(cè)量循環(huán)光強(qiáng)的時(shí)間依賴性。入射電子聚束的主要診斷元件包括在相互作用區(qū)附近的一個(gè)或多個(gè)束位置監(jiān)視器和RF攔截檢測(cè)器、以及用于測(cè)量所生成的高能量光子功率和/或通量的x射線檢測(cè)器。還包括針對(duì)來自驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)的入射激光器脈沖的頻率和相位的診斷元件?？刂漆槍?duì)以下中的至少一個(gè)，較佳地針對(duì)以下的多個(gè)或全部提供光學(xué)存儲(chǔ)腔反射鏡的同心度。代表性控制可由光學(xué)存儲(chǔ)腔反射鏡的平移和/或激光反向加熱構(gòu)成。循環(huán)光脈沖的往返傳播時(shí)間。代表性控制可由反射鏡在光脈沖包絡(luò)的尺度和靈敏度上的平移構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)激光器與光學(xué)存儲(chǔ)腔的頻率匹配。代表性控制可提供光波長(zhǎng)分?jǐn)?shù)倍的尺度和空間分辨率上的激光器腔反射鏡平移。驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)的微脈沖重復(fù)率。RF電子加速器的微聚束重復(fù)率。光學(xué)存儲(chǔ)腔反射鏡的橫向?qū)?zhǔn)。驅(qū)動(dòng)激光束的橫向?qū)?zhǔn)和時(shí)序。驅(qū)動(dòng)激光束的縱向?qū)?zhǔn)和模式匹配。入射電子聚束的橫向?qū)?zhǔn)和時(shí)序。來自驅(qū)動(dòng)激光器的光脈沖與入射電子聚束的同步。驅(qū)動(dòng)激光器腔耦合系數(shù)保持驅(qū)動(dòng)激光器和存儲(chǔ)腔的最佳對(duì)準(zhǔn)的所需控制靈敏度取決于用存儲(chǔ)腔的TEMoo模式確定驅(qū)動(dòng)激光的空間模式交迭的系統(tǒng)參數(shù)。如果驅(qū)動(dòng)激光模式自身是TEM(K)模式，則其與腔模式的耦合可通過以下從高斯模式理論計(jì)算的功率耦合系數(shù)Tl來解析確定(在此，假設(shè)驅(qū)動(dòng)激光和腔模式的理想空間對(duì)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于單位功率耦合系數(shù))1)如果入射驅(qū)動(dòng)激光束與腔模式除了從腔軸的均勻橫向位移s外理想地對(duì)準(zhǔn)和模式匹配，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage40</formula>其中coo是TEM(K)模式在束腰處的1/e^雖度束半徑。如果入射驅(qū)動(dòng)激光束與腔模式除了在束腰處有從腔軸的e角位移外理想地對(duì)準(zhǔn)和模式匹配，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage40</formula>其中e。是TEM。。模式在遠(yuǎn)場(chǎng)中的1/e^雖度半發(fā)散角。如果入射驅(qū)動(dòng)激光束與腔模式除了沿腔軸的縱向位移Az外理想地對(duì)準(zhǔn)和模式匹配，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage40</formula>其中；二Az/Zr，且Zr是腔模式的瑞利范國。如果入射驅(qū)動(dòng)激光束與腔模式除了在束腰處的束半徑失配外理想地對(duì)準(zhǔn)和模式匹配，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage41</formula>其中Q)b是驅(qū)動(dòng)激光模式在束腰處的1&2強(qiáng)度束半徑。未耦合到TEMQQ的腔模式或者被光學(xué)元件吸收的任何入射驅(qū)動(dòng)激光功率從該腔反射。獨(dú)立(即主)和依賴(即從)控制如下在一代表性實(shí)施方式中耦合(實(shí)際實(shí)施方式可包括以下的任何子集)1.光學(xué)腔的對(duì)準(zhǔn)和聚焦光學(xué)腔的對(duì)準(zhǔn)和聚焦可由以下的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)光學(xué)存儲(chǔ)腔反射鏡的同心度可通過來自監(jiān)視所傳播的TEMoo模式輪廓的橫向形狀和寬度的光電二極管陣列的反饋來單獨(dú)控制；光學(xué)存儲(chǔ)腔反射鏡的橫向?qū)?zhǔn)通過來自監(jiān)視所傳播的TEMoo模式的橫向位置的光電二極管陣列的反饋來單獨(dú)控制；存儲(chǔ)腔中循環(huán)光脈沖的時(shí)序和/或相位可通過從監(jiān)視腔內(nèi)TEMoo模式的循環(huán)功率的光電二極管陣列得到的相位信號(hào)來單獨(dú)監(jiān)視，并向入射驅(qū)動(dòng)激光脈沖提供可調(diào)節(jié)的相位偏移以最大化腔內(nèi)TEMoo模式的循環(huán)功率。2.入射驅(qū)動(dòng)激光的對(duì)準(zhǔn)和時(shí)序入射驅(qū)動(dòng)激光的對(duì)準(zhǔn)和時(shí)序可通過以下的一個(gè)或多個(gè)來實(shí)現(xiàn).-入射驅(qū)動(dòng)激光束的橫向?qū)?zhǔn)可通過來自監(jiān)視TEM。。模式的功率的光電二極管陣列的反饋來單獨(dú)控制；入射驅(qū)動(dòng)激光束的縱向?qū)?zhǔn)和空間模式匹配(Siegman1986b)可被單獨(dú)調(diào)節(jié)以最佳地耦合到腔內(nèi)TEMoo模式，并可通過來自使用在存儲(chǔ)腔的兩個(gè)或更多端口處記錄的模式輪廓信息的光電二極管陣列的反饋來單獨(dú)控制；入射驅(qū)動(dòng)激光束與光學(xué)存儲(chǔ)腔中的循環(huán)脈沖的頻率匹配(或者峰-峰波前匹配)可通過Pound-Drever-Hall(PDH)激光穩(wěn)定技術(shù)(Drever1983)來單獨(dú)控制，其中PDH誤差信號(hào)被用于調(diào)節(jié)光學(xué)存儲(chǔ)腔或驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)的頻率(經(jīng)由反射鏡平移)；入射驅(qū)動(dòng)激光束的時(shí)序和/或相位可通過取自入射驅(qū)動(dòng)激光束并導(dǎo)入到獨(dú)立光電二極管檢測(cè)器的攔截信號(hào)來獨(dú)立監(jiān)視；可按需對(duì)任意多個(gè)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)激光器復(fù)制這些控制。3.入射電子束的對(duì)準(zhǔn)和時(shí)序入射電子束的對(duì)準(zhǔn)和時(shí)序可由以下的一個(gè)或多個(gè)來實(shí)現(xiàn)入射電子聚束的橫向?qū)?zhǔn)可通過來自靠近相互作用區(qū)的接近束位置監(jiān)視器的反饋來單獨(dú)控制并優(yōu)化，以最大化所生成X射線的強(qiáng)度；入射電子聚束的時(shí)序和/或相位可耦合于取自靠近相互作用區(qū)的RF攔截檢測(cè)器的相位信號(hào)并受其控制，該相位信號(hào)包括用于優(yōu)化入射電子聚束與來自驅(qū)動(dòng)激光器的光脈沖的同步、以及最大化所生成的高能光子功率和/或通量的可調(diào)節(jié)相位偏移；可按需對(duì)任意多個(gè)構(gòu)成電子聚束源的電子加速器復(fù)制這些控制。4.驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)和電子束加速器的微脈沖重復(fù)頻率驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)和電子束加速器的微脈沖重復(fù)頻率可由以下的一個(gè)或多個(gè)來控制存儲(chǔ)腔中循環(huán)光脈沖的往返頻率與驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)和RF電子加速器的微脈沖重復(fù)頻率可相互耦合成具有兩個(gè)從頻的單個(gè)主頻。在一代表性實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)和RF電子加速器的微脈沖重復(fù)頻率可耦合于存儲(chǔ)腔中的循環(huán)光脈沖的往返頻率并由其控制，該往返頻率取自監(jiān)視TEM(K)模式的循環(huán)功率的光電二極管陣列和/或快光電二極管。在一可選實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)的微脈沖重復(fù)頻率以及由存儲(chǔ)腔反射鏡的平移控制的循環(huán)光脈沖往返頻率可耦合于RF電子加速器的微聚束重復(fù)頻率并由其控制；可按需對(duì)任意多個(gè)驅(qū)動(dòng)激光器和電子加速器復(fù)制這些控制。使用輔助低功率腔的控制系統(tǒng)圖8是用于匹配驅(qū)動(dòng)激光器和存儲(chǔ)腔的頻率的一可選控制系統(tǒng)的示意圖。圖8與圖7A和7B所示的控制系統(tǒng)之間的主要差別在于對(duì)每個(gè)高功率驅(qū)動(dòng)激光器和光學(xué)波動(dòng)器存儲(chǔ)腔(無論布魯斯特耦合還是折疊設(shè)計(jì))都引入了機(jī)械耦合的低功率輔助腔。這些輔助腔的主要特征是其反射鏡被機(jī)械地或以其他方式固定安裝在與高功率腔的反射鏡共同的基底上，使得每對(duì)耦合反射鏡彼此統(tǒng)一地平移；這些耦合反射鏡對(duì)在圖中被標(biāo)為"耦合反射鏡組件"。注意，折疊存儲(chǔ)腔的輔助腔反射鏡被示意性地示為向一側(cè)移位，但是在使用折疊腔的較佳實(shí)施方式中，可將輔助反射鏡置于其相應(yīng)反射鏡"之上"，即折疊腔的平面之外。引入輔助腔的目的是與使用Pound-Drever-Hall或其它技術(shù)將高功率驅(qū)動(dòng)激光直接穩(wěn)定到存儲(chǔ)腔中相反，這些輔助腔可被直接穩(wěn)定并鎖頻到獨(dú)立的、低功率頻率穩(wěn)定的激光器170;然后，內(nèi)嵌到耦合反射鏡組件中的穩(wěn)定機(jī)械耦合可用于將該穩(wěn)定性間接地轉(zhuǎn)移到高功率激光器和存儲(chǔ)腔。用于穩(wěn)定輔助腔的單模cw激光器可以具有不同于由驅(qū)動(dòng)激光器提供的脈沖光束的波長(zhǎng)。該可選技術(shù)對(duì)使用有限輻射間隔的光學(xué)波動(dòng)器具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。第一，通過向低功率輔助腔而非高功率驅(qū)動(dòng)激光器施加激光穩(wěn)定技術(shù)(例如Pound-Drever-Hall,"PDH")，對(duì)高功率驅(qū)動(dòng)激光束的光學(xué)調(diào)節(jié)(例如相位調(diào)制和偏振控制)得以避免，并且進(jìn)入高功率存儲(chǔ)腔的驅(qū)動(dòng)激光束的匹配能更容易和可靠地實(shí)現(xiàn)。第二，由于輔助腔保持連續(xù)鎖定到穩(wěn)定的cw激光器并因此向高功率腔連續(xù)提供其穩(wěn)定性，因此高功率腔保持彼此"鎖頻"，即使在輻射間隔之間不存在高功率驅(qū)動(dòng)束的那些時(shí)刻也是如此。對(duì)于圖9所示的配置，用于操作的一代表性控制分級(jí)體系如下1)主時(shí)鐘提供驅(qū)動(dòng)激光模式鎖定器(locker)和電子束的時(shí)序信號(hào)。2)使用獨(dú)立的Pound-Drever-Hall("PDH")系統(tǒng)將輔助腔鎖頻到穩(wěn)定的單模激光器，其中誤差信號(hào)被如圖所示地反饋到相應(yīng)的耦合反光鏡組件。3)高功率驅(qū)動(dòng)激光器的操作可通過獨(dú)立于低功率輔助腔調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)激光器調(diào)諧致動(dòng)器來優(yōu)化。4)光學(xué)波動(dòng)器存儲(chǔ)腔的操作可通過將驅(qū)動(dòng)激光束匹配到存儲(chǔ)腔、并獨(dú)立于低功率輔助腔調(diào)節(jié)存儲(chǔ)腔脈沖堆疊致動(dòng)器，來對(duì)TEM。o模式的操作優(yōu)化。5)2D光電二極管陣列被用于取得存儲(chǔ)腔反射鏡操縱的誤差信號(hào)，使得球面反射鏡保持與光軸對(duì)齊；在適當(dāng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，球面反射鏡的操縱可獨(dú)立于頻率匹配和脈沖堆疊來調(diào)節(jié)。6)2D光電二極管陣列還被用于取得存儲(chǔ)腔同心度的誤差信號(hào)使得TME(K)模式的大小保持穩(wěn)定；一般而言，該補(bǔ)償在總的腔長(zhǎng)中引入變化，這會(huì)影響頻率匹配。然而，由于光學(xué)波動(dòng)器存儲(chǔ)腔機(jī)械耦合到低功率輔助腔，因此PDH反饋系統(tǒng)即時(shí)和連續(xù)地補(bǔ)償腔長(zhǎng)的任何變化(預(yù)先準(zhǔn)備或以其他方式)；總的腔長(zhǎng)保持穩(wěn)定，并且保留存儲(chǔ)腔向驅(qū)動(dòng)激光器的鎖頻。7)在存儲(chǔ)腔于TEM。。模式上的穩(wěn)定操作下，可微高頻振動(dòng)存儲(chǔ)腔脈沖堆疊致動(dòng)器以產(chǎn)生可進(jìn)而用于使該致動(dòng)器保持對(duì)最大TEMoo模式功率調(diào)節(jié)的誤差信號(hào)。8)當(dāng)實(shí)現(xiàn)TEMoo模式的穩(wěn)定操作時(shí)，可緩慢掃描驅(qū)動(dòng)激光/電子束同步階段以優(yōu)化已存儲(chǔ)光脈沖與電子聚束的交迭，并因此最大化x射線的產(chǎn)生。用于建立和控制穩(wěn)定的已存儲(chǔ)光束的開啟過程以下過程是用于最初開啟系統(tǒng)以供高功率操作和x射線產(chǎn)生的典型過程。但這并不表示排它性。1)初始腔準(zhǔn)備腔的初始對(duì)準(zhǔn)在控件停用的情況下'手動(dòng)'完成。驅(qū)動(dòng)激光器和電子加速器的微脈沖重復(fù)頻率在操作期間必須匹配的腔往返時(shí)間可通過仔細(xì)測(cè)量所涉及的物理距離、或者通過注入其腔內(nèi)的無干擾循環(huán)可用光電二極管診斷元件來測(cè)量的單個(gè)籽微脈沖來建立。包括輸入激光的對(duì)準(zhǔn)和匹配的腔的初始橫向?qū)?zhǔn)可通過注入低功率驅(qū)動(dòng)激光器使得變形的注入束的束腰與腔的束腰在空間上對(duì)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)，并且反射鏡的橫向?qū)?zhǔn)可通過觀察低功率和相干的腔內(nèi)束在光電二極管陣列上的對(duì)稱性和位置來調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)激光器和腔反射鏡的這種對(duì)準(zhǔn)可按需重復(fù)進(jìn)行。通過這些和類似的過程，腔可準(zhǔn)備成處于基本對(duì)準(zhǔn)的狀態(tài)(除了剩余在操作期間的最小調(diào)節(jié)之外)，以允許注入激光的某種初始相干積累。2)低功率穩(wěn)定存儲(chǔ)束的初始建立相干循環(huán)光束的初始建立最好在控件停用以及足夠低的驅(qū)動(dòng)激光功率的情況下完成，從而在腔的調(diào)節(jié)引起相干脈沖堆疊的突然開始以及相應(yīng)的腔內(nèi)功率增大時(shí)不對(duì)腔的光學(xué)元件施加熱變形。在這些低光束功率下，驅(qū)動(dòng)激光被注入到腔中，并且驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)的微脈沖重復(fù)頻率可被調(diào)節(jié)以匹配存儲(chǔ)腔的往返頻率(對(duì)于其中可獨(dú)立于同心度調(diào)節(jié)往返頻率的腔配置，存儲(chǔ)腔的往返頻率可被調(diào)節(jié)成與驅(qū)動(dòng)激光器系統(tǒng)的微脈沖重復(fù)頻率匹配)。如果調(diào)節(jié)足夠緩慢，則會(huì)觀察到所注入的驅(qū)動(dòng)激光在腔中激發(fā)共振，最初可能只是偶爾的，且波動(dòng)的幅度指示驅(qū)動(dòng)激光與腔內(nèi)束的耦合(即鎖模)程度。此時(shí)，可仔細(xì)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)激光的光頻率(或在光波長(zhǎng)分?jǐn)?shù)倍的尺度上調(diào)節(jié)腔反射鏡的平移)以激發(fā)存儲(chǔ)腔的共振。該共振在光電二極管診斷元件處呈現(xiàn)為對(duì)光頻率調(diào)節(jié)敏感的準(zhǔn)穩(wěn)定模式輪廓。所得的共振并非必然表示TEMo()模式的激發(fā)，而是其它更高階橫向模式之一，因此應(yīng)該繼續(xù)頻率調(diào)節(jié)直到觀察到TEM冊(cè)共振在腔中建立。使用這樣建立的TEM。。共振作為參考，應(yīng)該仔細(xì)調(diào)節(jié)橫向腔對(duì)準(zhǔn)和腔的同心度，按需對(duì)頻率重復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以最大化TEMoo模式中的存儲(chǔ)功率。3)控制系統(tǒng)的開啟在步驟2的低驅(qū)動(dòng)激光功率下，應(yīng)該啟用腔的控件，每次一個(gè)控件。啟用的一代表性次序如下(a)腔反射鏡橫向?qū)?zhǔn)以將存儲(chǔ)束置于光電二極管陣列的中央，(b)驅(qū)動(dòng)激光束的橫向和縱向?qū)?zhǔn)以最大化到存儲(chǔ)TEM(H)模式的耦合，(c)啟用Pound-Drever-Hall(PDH)激光器穩(wěn)定系統(tǒng)以將驅(qū)動(dòng)激光頻率鎖定到共振TEM00模式的軸向模式，(d)存儲(chǔ)腔的同心度以在相互作用區(qū)中實(shí)現(xiàn)所需的聚焦參數(shù)和束尺寸(腔長(zhǎng)的相應(yīng)變化會(huì)由PDH穩(wěn)定系統(tǒng)在該點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償和跟蹤)，以及(e)將微脈沖重復(fù)頻率鎖定到存儲(chǔ)腔的往返頻率。4)高功率的穩(wěn)定存儲(chǔ)束的最終建立在步驟3中開啟控件之后，可緩慢增大驅(qū)動(dòng)激光功率以在腔的相互作用區(qū)中實(shí)現(xiàn)所需的歸一化矢勢(shì)。在理想狀況下，這在沒有腔內(nèi)束或光學(xué)元件干擾的情況下進(jìn)行。然而，如果在較高功率下引起了反射鏡或光學(xué)元件的變形，則對(duì)腔的主要影響會(huì)是腔同心度的畸變以及TEM。o模式的大小的誘發(fā)變化。在控制系統(tǒng)完全啟用的情況下，這些變化應(yīng)當(dāng)甚至在高功率下得到補(bǔ)償。然而，如果補(bǔ)償沒有導(dǎo)致最佳的最終系統(tǒng)配置(例如，如果控制參數(shù)之一落在其最佳范圍之外)，則對(duì)準(zhǔn)和開啟過程可在低功率下重復(fù)進(jìn)行以重新初始化開始配置，以給出經(jīng)優(yōu)化的高功率配置。5)X射線的產(chǎn)生在步驟i至4中建立光學(xué)波動(dòng)器之后，電子束就能在加速器微脈沖重復(fù)頻率鎖定到驅(qū)動(dòng)激光器和存儲(chǔ)腔頻率的情況下被聚焦到相互作用區(qū)中，且相關(guān)相位可被調(diào)節(jié)成使電子聚束與存儲(chǔ)光脈沖在相互作用區(qū)中碰撞。用于該過程的主診斷元件將在x射線檢測(cè)器上生成高能光子。然后，可調(diào)節(jié)電子束的橫向和縱向?qū)?zhǔn)與時(shí)序以優(yōu)化所生成的x射線功率。多波動(dòng)器的實(shí)施方式盡管以上討論考慮電子束在單個(gè)腔的強(qiáng)烈波動(dòng)器場(chǎng)中，但是有可能在多個(gè)光學(xué)腔之間共享電子束，并因此提供多個(gè)x射線源。這種可能性的原因是即使在歸一化矢勢(shì)接近1的情況下x射線發(fā)射的幾率仍然較小，從而甚至在通過多個(gè)這種相互作用區(qū)之后，束中大多數(shù)電子的動(dòng)量和能量完全未受干擾。在多個(gè)x射線源之間共享電子束的能力是重要的，至少因?yàn)殡娮邮O(shè)施較為昂貴。這對(duì)將這種X射線用于蛋白質(zhì)結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)室以及可得益于多個(gè)X射線源的其它應(yīng)用而言是有用的特性。圖9A和9B是在多個(gè)光學(xué)波動(dòng)器之間共享單個(gè)電子束的可選方法的示意圖。在兩個(gè)實(shí)施方式中，用諸如四極磁體200的公知元件來聚焦電子束，然后用諸如雙極磁體210的公知元件來偏轉(zhuǎn)該電子束。在穿過第一光學(xué)腔30a之后，該束偏轉(zhuǎn)并聚焦以穿過下游的光學(xué)腔30b。雖然附圖只示出兩個(gè)這種腔，但是有可能設(shè)置附加腔。圖9A示出其中將x射線束全部引導(dǎo)到初始電子束方向的一側(cè)的配置。注意，通過使用該配置，有可能在位于第一光學(xué)存儲(chǔ)腔中第一相互作用區(qū)的下游的光學(xué)腔的多個(gè)相互作用區(qū)中重新聚焦電子束以驅(qū)動(dòng)多個(gè)獨(dú)立x射線束。該配置不需要存儲(chǔ)環(huán)而只需要電子束傳輸通道(網(wǎng)格)，該通道可同時(shí)圍繞5-30度弧引導(dǎo)電子束，并且將電子束重新聚焦在第二存儲(chǔ)腔的相互作用區(qū)處，并按需重復(fù)該過程多次以驅(qū)動(dòng)在該設(shè)施中使用的多個(gè)束線。該安排是合適的，無論經(jīng)過利用的電子束在丟棄前在"能量恢復(fù)"直線加速器中減速還是在適當(dāng)設(shè)計(jì)的高能束流收集器中簡(jiǎn)單丟棄。關(guān)于不需要存儲(chǔ)環(huán)提供多個(gè)x射線束線的評(píng)論不應(yīng)被解釋成暗示本發(fā)明無法與電子存儲(chǔ)環(huán)結(jié)合使用。圖9B示出其中將x射線束引導(dǎo)到初始電子束方向其它側(cè)的配置。與圖9A所示配置相比唯一的變化是對(duì)每個(gè)附加光學(xué)腔添加另一透鏡(例如四極200)和另一對(duì)偏轉(zhuǎn)元件(例如偶極210)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)建的UV、x射線和伽嗎射線源的有效操作需要最小化相互作用區(qū)中的電子束能量擴(kuò)展效應(yīng)以及電子束橫向上的發(fā)射率的一電子束傳輸系統(tǒng)。因此，該電子束傳輸系統(tǒng)應(yīng)被設(shè)計(jì)成在相互作用區(qū)中提供幾乎零發(fā)散，以允許安裝聚焦透鏡來將電子束急劇聚焦到垂直和水平平面上的焦點(diǎn)而不改變發(fā)散，以及以在相互作用區(qū)使用之后重新聚焦該電子束用于減速和丟棄、或者在第二相互作用區(qū)中用來產(chǎn)生第二單獨(dú)可調(diào)的UV、x射線或伽嗎射線束線。圖9A和9B所示的簡(jiǎn)單電子束傳輸系統(tǒng)是系統(tǒng)的示例，這些系統(tǒng)能夠依靠其對(duì)稱性滿足這些要求，同時(shí)附帶提供將在沿束線的連續(xù)相互作用區(qū)中生成的UV、x射線和伽嗎射線束在空間上分離以方便其在支持不相關(guān)的科學(xué)、醫(yī)學(xué)或工業(yè)應(yīng)用中同時(shí)使用的能力。這種配置還允許將所有聚焦透鏡置于零發(fā)散位置處或其附近，從而消除(或最小化)透鏡對(duì)電子束下游發(fā)散的影響。還存在能夠添加到這些相對(duì)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的某些其它加強(qiáng)。例如，離軸偶極子之間的六極磁體可用于減小或消除引起由四極子引入的能量依賴聚焦項(xiàng)的消色差畸變。這是因?yàn)橛闪鶚O子提供的聚焦相關(guān)于橫向位置不對(duì)稱，所以可看到離軸高能電子的聚焦效應(yīng)比離軸低能電子更強(qiáng)。設(shè)計(jì)優(yōu)先在結(jié)合本發(fā)明的系統(tǒng)中，入射到腔的光學(xué)表面上的峰值和平均功率密度可通過增大腔長(zhǎng)、腔反射鏡的橫向半徑以及反射鏡處的光斑尺寸來減小，并且這種更長(zhǎng)和更大的腔在使用諸如存儲(chǔ)環(huán)或超導(dǎo)線性加速器的連續(xù)或近連續(xù)電子束源的系統(tǒng)操作中是有益的。通過與發(fā)射過程的物理現(xiàn)象以及可用光學(xué)材料的屬性相一致地最大化由在系統(tǒng)中使用的每個(gè)電子產(chǎn)生的X射線數(shù)，本發(fā)明將生成操作所需的電子束以及由該電子束產(chǎn)生的電離輻射所需的電功率降低到可達(dá)到的最低水平，進(jìn)而將設(shè)施和操作成本降至最低、同時(shí)最大化由源生成的X射線的強(qiáng)度和亮度。參考文獻(xiàn)以下參考文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于此:<table>tableseeoriginaldocumentpage47</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage48</column></row><table>結(jié)論總而言之，可以看到，本發(fā)明的諸實(shí)施方式可提供紫外、x射線和伽嗎射線波長(zhǎng)下的近單色高能電磁輻射的有效可調(diào)源。這種源能夠用光學(xué)波動(dòng)器一通過在相匹配、近球狀、低損耗的光學(xué)腔中累積來自一個(gè)或多個(gè)脈沖激光器的相位相干脈沖輻射來創(chuàng)建一和相對(duì)論電子束來構(gòu)建，該電子束以上述光學(xué)微脈沖的周期聚束、并且在上述光學(xué)腔的相互作用(聚焦)區(qū)中聚焦、并與所累積的(循環(huán))光學(xué)微脈沖同步，從而使得電子聚束與循環(huán)光學(xué)微脈沖在光學(xué)微脈沖的峰值強(qiáng)度上相互作用。當(dāng)泵浦激光器的峰值功率和腔的反射率被選擇成生成在腔的相互作用(聚焦)區(qū)處歸一化光學(xué)矢勢(shì)大于O.l的循環(huán)光學(xué)微脈沖，并且注入光脈沖和電子聚束的輻射間隔持續(xù)時(shí)間針對(duì)反射鏡處的給定束尺寸優(yōu)化以確保入射到腔的反射表面上的光脈沖的積分通量和平均功率保持在其損傷閾值之內(nèi)、同時(shí)最大化如此創(chuàng)建的脈沖序列的重復(fù)率以優(yōu)化平均輻射X射線功率時(shí)，X射線產(chǎn)生的強(qiáng)度和效率就得到了優(yōu)化。本發(fā)明的諸實(shí)施方式還提供大大減小用緊密聚束的電子束有效產(chǎn)生X射線所需的平均循環(huán)光功率的優(yōu)點(diǎn)，或者大大增大峰值光功率、同時(shí)保持與連續(xù)束相同的平均功率的優(yōu)點(diǎn)，從而基本上限制入射到光學(xué)存儲(chǔ)腔的高度反射鏡上的光場(chǎng)的積分通量和平均功率密度，因此顯著降低光學(xué)損傷這些反射鏡、因熱膨脹引起的外形變形等風(fēng)險(xiǎn)。這種低占空比脈沖激光束的使用還明顯降低了由泵浦激光器提供的用于該系統(tǒng)操作的平均功率。雖然本說明書適于生成最亮和最強(qiáng)的可能X射線束，但是可在降低強(qiáng)度和亮度的代價(jià)下通過更改光波長(zhǎng)或光脈寬和間距、通過改變光學(xué)存儲(chǔ)器的瑞利參數(shù)、或者通過改變電子與反向傳播的光脈沖束相遇的電子能量或角度來更改所生成X射線的實(shí)際脈寬和脈沖間隔。雖然以上是本發(fā)明特定實(shí)施方式的完整描述，但是以上描述不應(yīng)作為對(duì)如權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明范圍的限制。權(quán)利要求1.一種生成高能電磁輻射的方法，所述方法包括，在多個(gè)獨(dú)立輻射間隔的每一個(gè)期間向由給定波長(zhǎng)輻射的往返傳播時(shí)間(RTTT)表征的光學(xué)腔中注入所述給定波長(zhǎng)的激光輻射，其中至少一些輻射間隔由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)宏脈沖定義，至少一個(gè)光學(xué)宏脈沖引起被所述光學(xué)宏脈沖中的后續(xù)光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)的關(guān)聯(lián)循環(huán)光學(xué)微脈沖，并且所述腔中給定位置處的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅在所述輻射間隔期間達(dá)到最大值，引起循環(huán)光學(xué)微脈沖的至少一個(gè)光學(xué)宏脈沖由一光學(xué)微脈沖系列構(gòu)成，所述光學(xué)微脈沖系列具有以下特征一個(gè)光學(xué)微脈沖的起始與下一個(gè)的起始之間的間距足夠接近所述給定波長(zhǎng)輻射的RTTT的精確整數(shù)倍(包括1x)，以在所述注入光學(xué)微脈沖與由所述光學(xué)宏脈沖引起的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖之間提供至少50％的空間交迭，以及所述光學(xué)宏脈沖中的所述注入光學(xué)微脈沖與由所述光學(xué)宏脈沖引起的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖在±45°的光學(xué)相位內(nèi)；將所述循環(huán)微脈沖聚焦在所述腔的相互作用區(qū)中，從而在所述循環(huán)光脈沖的電場(chǎng)振幅處于或接近其最大值時(shí)，所述循環(huán)光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中提供由大于0.1的歸一化矢勢(shì)表征的光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)；將包括一電子微脈沖系列的電子束導(dǎo)向所述腔中的所述相互作用區(qū)；使所述電子微脈沖的至少一部分與所述腔中的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖同步；以及將所述電子束聚焦在所述腔中的所述相互作用區(qū)，使得至少一個(gè)所述電子微脈沖與所述相互作用區(qū)中的所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用，并生成光學(xué)頻率比所述激光輻射的光學(xué)頻率更高的電磁輻射。2.—種生成高能電磁輻射的方法，所述方法包括在共振光學(xué)腔中生成光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)，其中所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)由在所述腔中循環(huán)并聚焦在相互作用區(qū)中的光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中提供；以及所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)由在所述腔的所述相互作用區(qū)中大于o.i的歸一化矢勢(shì)表征；在其一個(gè)分量沿與所述光學(xué)微脈沖傳輸通過所述相互作用區(qū)的方向相反之方向的方向上，將電子微脈沖的電子束導(dǎo)向所述腔的所述相互作用區(qū)；以及將所述電子束聚焦在所述腔的所述相互作用區(qū)，其中所述電子微脈沖與所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用、并生成光學(xué)頻率比提供所述波動(dòng)器場(chǎng)的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的光學(xué)頻率更高的電磁輻射。3.—種生成高能電磁輻射的方法，所述方法包括，在多個(gè)獨(dú)立輻射間隔的每一個(gè)期間向光學(xué)腔注入激光輻射，其中所述激光輻射包括間隔開的光學(xué)微脈沖，所述光學(xué)微脈沖的至少一部分引起在所述腔中循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)微脈沖，所述光學(xué)微脈沖被間隔和定相，使得至少一部分注入光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)所述腔中的循環(huán)光學(xué)微脈沖，以及所述腔中任何給定位置處的每個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅在所述輻射間隔期間達(dá)到最大值；將每個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖聚焦在所述腔的相互作用區(qū)，從而對(duì)于至少一個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖，當(dāng)該循環(huán)光學(xué)微脈沖的所述電場(chǎng)振幅處于或接近其最大值時(shí)，該循環(huán)光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中提供由大于0.1的歸一化矢勢(shì)表征的光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)；將電子束導(dǎo)向所述腔的所述相互作用區(qū)，其中所述電子束包括相間隔的電子微脈沖；使所述電子微脈沖與一個(gè)或多個(gè)所述循環(huán)光學(xué)微脈沖同步；以及將所述電子束聚焦在所述腔中的所述相互作用區(qū)，以與所述相互作用區(qū)中的所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用、并生成光學(xué)頻率比提供所述波動(dòng)器場(chǎng)的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的光學(xué)頻率更高的電磁輻射。4.一種生成高能電磁輻射的方法，所述方法包括，在有限輻射間隔期間向其中有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)微脈沖循環(huán)的光學(xué)腔中注入激光輻射，其中所述激光輻射的至少一部分具有由至少一個(gè)相間隔光學(xué)微脈沖系列表征的時(shí)間依賴性，所述光學(xué)微脈沖由光學(xué)微脈沖持續(xù)時(shí)間、光學(xué)微脈沖相位和光學(xué)微脈沖周期來表征，所述光學(xué)微脈沖周期實(shí)質(zhì)上是光學(xué)微脈沖在所述光學(xué)腔中完成單次往返傳播的時(shí)間間隔的精確整數(shù)倍(包括lx)，所述光學(xué)頻率實(shí)質(zhì)上是所述微脈沖重復(fù)頻率的精確整數(shù)倍，以及在所述輻射間隔期間，至少一個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅被所述注入光學(xué)微脈沖的至少一部分相干增強(qiáng)、并且對(duì)于所述腔中的任何給定位置在該輻射間隔期間達(dá)到最大值，將每個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖聚焦在所述腔的相互作用區(qū)，從而對(duì)于至少一個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖，當(dāng)該循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅處于或接近其最大值時(shí)，該循環(huán)光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中提供由大于0.1的歸一化矢勢(shì)表征的光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)；將電子束導(dǎo)向所述腔的所述相互作用區(qū)，其中所述電子束的至少一部分具有由相間隔電子微脈沖表征的時(shí)間依賴性，所述電子微脈沖由電子微脈沖持續(xù)時(shí)間和電子微脈沖重復(fù)頻率來表征，以及所述電子微脈沖的至少一部分與所述循環(huán)光學(xué)微脈沖同步；以及將所述電子束聚焦在所述腔的所述相互作用區(qū)，使得至少一個(gè)電子微脈沖與所述相互作用區(qū)中的所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用、并生成光學(xué)頻率比激光輻射的光學(xué)頻率更高的電磁輻射。5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)宏脈沖中的所述注入光學(xué)微脈沖與由所述光學(xué)宏脈沖引起的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖在土20。的光學(xué)相位內(nèi)。6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，一個(gè)光學(xué)微脈沖的起始與下一個(gè)的起始之間的間距相當(dāng)充分地接近于所述給定波長(zhǎng)輻射的RTTT的精確整數(shù)倍(包括lx)，以提供注入光學(xué)微脈沖與由所述光學(xué)宏脈沖引起的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖之間至少90。/。的空間交迭。7.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)的所述歸一化矢勢(shì)在0.1-0.5的范圍內(nèi)，使得所生成的電磁輻射高度單色。8.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述相互作用區(qū)中的所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)由1.0-2.5范圍內(nèi)的歸一化矢勢(shì)表征，使得所生成的電磁輻射是相對(duì)寬帶的。9.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，對(duì)于至少大部分所述輻射間隔，所述輻射由具有等間隔光學(xué)微脈沖的單個(gè)光學(xué)宏脈沖構(gòu)成。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)宏脈沖中的所有所述光學(xué)微脈沖都間隔開相同整數(shù)倍的RTTT。11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)宏脈沖中的所述光學(xué)微脈沖的至少一部分間隔開不同整數(shù)倍的RTTT。12.如權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于，在一個(gè)或多個(gè)輻射間隔期間，基本上所有的所述光學(xué)微脈沖都被等距離間隔開。13.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述激光輻射包括一附加的光學(xué)宏脈沖系列；每個(gè)附加宏脈沖引起一附加的循環(huán)光學(xué)微脈沖；所述附加系列中的每個(gè)光學(xué)宏脈沖包括特征是一個(gè)光學(xué)微脈沖的起始與下一個(gè)的起始之間的間距充分接近所述給定波長(zhǎng)輻射的RTTT的精確整數(shù)倍(包括lx)的光學(xué)微脈沖系列，以提供注入光學(xué)微脈沖與由所述光學(xué)宏脈沖引起的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖之間至少50%的空間交迭，以及所述附加光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖與所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖系列的所述光學(xué)微脈沖交錯(cuò)。14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖的所述光學(xué)微脈沖被等距離間隔開；所述附加光學(xué)宏脈沖中的所述光學(xué)微脈沖具有與所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖中的所述光學(xué)微脈沖相等的間距；以及所述宏脈沖被交錯(cuò)，使得所述光學(xué)宏脈沖之一中在所述光學(xué)宏脈沖的另一個(gè)的兩個(gè)連續(xù)光學(xué)微脈沖之間的每個(gè)光學(xué)微脈沖在所述兩個(gè)連續(xù)光學(xué)微脈沖之間被等距離間隔開。15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖的所述光學(xué)微脈沖被等距離間隔開；所述附加光學(xué)宏脈沖中的所述光學(xué)微脈沖具有與所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖中的所述光學(xué)微脈沖相等的間距；以及所述宏脈沖被交錯(cuò)，使得所述光學(xué)宏脈沖之一中在所述光學(xué)宏脈沖的另一個(gè)的兩個(gè)連續(xù)光學(xué)微脈沖之間的每個(gè)光學(xué)微脈沖在所述兩個(gè)連續(xù)光學(xué)微脈沖之間被非等距離地間隔開。16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖和所述附加光學(xué)宏脈沖由不同波長(zhǎng)來表征。17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述激光輻射由第一和第二獨(dú)立激光器生成；以及所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖和所述附加光學(xué)宏脈沖分別由所述第一和第二激光器生成。18.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，每個(gè)輻射間隔由單個(gè)等距離間隔開的光學(xué)微脈沖系列表征。19.如權(quán)利要求2或3或4所述的方法，其特征在于，存在多個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖；以及每個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖由入射到所述腔上的獨(dú)立的等距離間隔開的光學(xué)微脈沖系列生成。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，來自所述不同獨(dú)立系列的所述光學(xué)微脈沖以入射到所述腔上的所述光學(xué)微脈沖被等距離間隔開的方式交錯(cuò)。21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，來自所述不同獨(dú)立系列的所述光學(xué)微脈沖以入射到所述腔上的所述光學(xué)微脈沖被非等距離間隔開的方式交錯(cuò)。22.如權(quán)利要求1或2或3或4的方法，其特征在于，所述激光輻射包括多個(gè)光學(xué)宏脈沖，每個(gè)所述光學(xué)宏脈沖包括相應(yīng)的由基本上是所述腔的往返傳播時(shí)間的精確整數(shù)倍(包括lx)的相應(yīng)光學(xué)微脈沖周期表征的等距離間隔開的光學(xué)微脈沖系列；以及所述光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖交錯(cuò)，使得每個(gè)宏脈沖引起相應(yīng)的循環(huán)光學(xué)微脈沖。23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖以所述光學(xué)微脈沖被等距離間隔開的方式交錯(cuò)。24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖以所述光學(xué)微脈沖被非等距離間隔開的方式交錯(cuò)。25.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，每個(gè)光學(xué)宏脈沖包括單個(gè)等距離間隔開的光學(xué)微脈沖系列。26.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)微脈沖峰值功率、積分通量和占空比使得所述循環(huán)光學(xué)微脈沖不通過快速非線性現(xiàn)象損傷所述腔的部件；在給定輻射間隔上平均的功率和積分通量足夠低，從而不對(duì)腔部件產(chǎn)生局部熱損傷；以及在跨越至少100個(gè)輻射間隔的時(shí)間間隔上平均的功率和積分通量足夠低，從而不對(duì)腔部件產(chǎn)生總體熱損傷。27.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述電子束微脈沖和所述循環(huán)光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中具有基本上相等的橫向尺寸。28.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，給定電子微脈沖與給定循環(huán)光學(xué)微脈沖相互作用，同時(shí)所述循環(huán)光學(xué)微脈沖基本上包含在所述相互作用區(qū)中。29.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述電子束具有1-10%的微脈沖占空比。30.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述電子束是由微波加速器提供的經(jīng)聚束的束；所述電子束具有進(jìn)一步的由間隔開的電子宏脈沖表征的時(shí)間依賴性，其中所述電子宏脈沖由電子宏脈沖持續(xù)時(shí)間和電子宏脈沖重復(fù)頻率來表征；以及每個(gè)電子宏脈沖具有由一間隔開的電子微脈沖系列表征的時(shí)間依賴性。31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述電子聚束對(duì)向不超過10°的RF相位。32.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述電子束由存儲(chǔ)環(huán)提供。33.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述腔包括一個(gè)或多個(gè)反射鏡，并且還包括用于控制以下至少一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)元件至少一個(gè)腔反射鏡的同心度，例如通過所述腔反射鏡的平移和/或激光反向加熱；和/或至少一個(gè)腔反射鏡的橫向?qū)?zhǔn)；和/或所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的往返傳播時(shí)間，例如通過在所述光學(xué)微脈沖包絡(luò)的尺度和靈敏度上的反射鏡平移；和/或所述激光器與所述光學(xué)腔的頻率匹配，例如通過所述光波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)倍的尺度和靈敏度上的反射鏡平移。34.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，還包括控制以下的至少一個(gè)所述激光器的調(diào)制頻率；和/或所述電子束發(fā)生器的調(diào)制頻率；和/或所述激光輻射的橫向?qū)?zhǔn)和時(shí)序；和/或所述激光輻射的縱向?qū)?zhǔn)和模式匹配；和/或所述入射電子微脈沖的橫向?qū)?zhǔn)和時(shí)序；和/或來自所述激光器的所述光學(xué)微脈沖與來自所述電子束發(fā)生器的所述入射電子微脈沖的同步。35.—種設(shè)計(jì)和制作具有間隔開的曲面反射鏡和中間介電板的光學(xué)腔的方法，所述腔用于提供聚焦到由焦半徑表征的束腰的束，所述方法包括為所述板選定名義參數(shù)，所述參數(shù)包括厚度、入射角、和在所述腔中的位置；使用所述板的所述名義參數(shù)計(jì)算提供特定所需程度的脈沖堆疊的物理反射鏡間隔，由此給出取決于所述板厚度的第一等式；使用所計(jì)算的反射鏡間隔計(jì)算提供所需焦半徑的曲面反射鏡的輪廓參數(shù)，由此給出取決于所述板厚度的第二等式；制作具有與所計(jì)算輪廓參數(shù)相匹配的輪廓參數(shù)的曲面反射鏡；測(cè)量所述曲面反射鏡的實(shí)際輪廓參數(shù)的值；使用所述第一和第二等式，且所述輪廓參數(shù)的測(cè)量值作為所述第一和第二等式中的固定值，求解所述板厚度和所述反射鏡間隔的新值，所述新值以取決于所述實(shí)際輪廓參數(shù)與所計(jì)算的輪廓參數(shù)的值之間的差的方式偏離所述板的名義厚度和所計(jì)算的反射鏡間隔；制作由所述新的厚度值表征的板；以及用所制作的曲面反射鏡和所制作的板以所述新的間隔構(gòu)建所述腔。36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述板的名義厚度足夠，從而在給定所述反射鏡的可制作輪廓參數(shù)的不確定度限制的情況下，所述板的新厚度足夠厚以制成良好平坦度，并且足夠薄以避免偽光學(xué)效應(yīng)對(duì)腔操作的影響。37.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述板形成有小的楔角以補(bǔ)償由于與垂直入射的非零角度引起的發(fā)散或會(huì)聚光束中的散光。38.—種控制光學(xué)腔使得入射到所述腔上的至少一部分光脈沖相干增強(qiáng)在所述腔中循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)光脈沖的方法，所述腔具有至少第一和第二曲面反射鏡，所述曲面反射鏡的每一個(gè)由焦點(diǎn)表征，其中從所述焦點(diǎn)發(fā)散并入射到該反射鏡上的輻射被反射并聚焦到所述焦點(diǎn)上，所述方法包括控制光脈沖重復(fù)周期和腔光學(xué)長(zhǎng)度的至少之一，以規(guī)定入射到所述腔上的至少某些給定波長(zhǎng)光脈沖具有基本上等于所述給定波長(zhǎng)輻射的腔往返傳播時(shí)間的整數(shù)倍(包括lx)的脈沖重復(fù)周期；以及控制所述曲面反射鏡中至少之一的焦點(diǎn)，使得所述第一和第二曲面反射鏡的焦點(diǎn)基本上重合，對(duì)所述焦點(diǎn)的所述控制獨(dú)立于對(duì)光脈沖重復(fù)周期和腔光學(xué)長(zhǎng)度的所述控制；由此至少一部分入射光脈沖相干增強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)循環(huán)光脈沖，且所述一個(gè)或多個(gè)循環(huán)光脈沖被聚焦到所述共同焦點(diǎn)。39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，對(duì)所述焦點(diǎn)的所述控制包括在所述光學(xué)腔中所述曲面反射鏡之一與該曲面反射鏡的焦點(diǎn)之間設(shè)置一透光板；以及控制所述透光板的傾斜角以允許該曲面反射鏡焦點(diǎn)的位置根據(jù)所述傾斜角移置。40.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，對(duì)所述焦點(diǎn)的所述控制包括-提供使所述曲面反射鏡之一變形以改變其曲率的機(jī)構(gòu)；以及控制所述機(jī)構(gòu)以允許所述曲面反射鏡焦點(diǎn)的位置根據(jù)變形程度移置。41.一種生成高能電磁輻射的方法，所述方法包括在一間隔開的輻射間隔系列期間發(fā)生激光輻射的情況下向光學(xué)腔中注入給定波長(zhǎng)的輻射，其中每個(gè)輻射間隔包括引起一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)循環(huán)光學(xué)微脈沖的一個(gè)或多個(gè)間隔開的光學(xué)微脈沖序列；將每個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖聚焦到所述腔的相互作用區(qū)，同時(shí)允許所述循環(huán)光學(xué)微脈沖在遇到腔部件之前從所述相互作用區(qū)發(fā)散；射所述輻射間隔由輻射間隔持續(xù)時(shí)間和輻射間隔重復(fù)頻率來表征，在多個(gè)所述輻射間隔上所述輻射間隔的平均功率足夠低以不造成所述腔部件的不可校正的熱變形，每個(gè)輻射間隔期間的積分通量足夠低以不對(duì)所述腔部件造成局部熱損傷；每個(gè)光學(xué)微脈沖序列由光學(xué)微脈沖持續(xù)時(shí)間和光學(xué)微脈沖周期來表征，每個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖被所述光學(xué)微脈沖序列中的后續(xù)光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)，并且在所述腔中任何給定位置處所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅在所述輻射間隔期間達(dá)到最大值，當(dāng)所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的所述電場(chǎng)振幅處于或接近其最大值時(shí)，所述循環(huán)光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中提供具有由0.1以上的歸一化矢勢(shì)表征的所需振幅的光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)，以及所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的發(fā)散角以及所述相互作用區(qū)與最近腔部件的距離足夠大，使得任何給定腔部件處的微脈沖強(qiáng)度和積分通量并不由于熱或快速非線性現(xiàn)象造成不可接受程度的可逆或不可逆的降級(jí)；將包括一電子微脈沖系列的電子束導(dǎo)向所述腔的所述相互作用區(qū)；使所述電子微脈沖與所述腔中的至少一個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖同步；以及將所述電子束聚焦到所述腔的所述相互作用區(qū)，以與所述相互作用區(qū)中的所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用、并生成光學(xué)頻率高于激光輻射光學(xué)頻率的電磁輻射。42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述波動(dòng)器場(chǎng)由在0.1-0.5范圍內(nèi)的歸一化矢勢(shì)表征，使得所生成的電磁輻射高度單色。43.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述波動(dòng)器場(chǎng)由在1.0-2.5范圍內(nèi)的歸一化矢勢(shì)表征，使得所生成的電磁輻射是相對(duì)寬帶的。44.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，注入到所述腔中的所述光學(xué)微脈沖序列使其光學(xué)相位保持在所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的相位的20度之內(nèi)，以增強(qiáng)所述光學(xué)微脈沖序列對(duì)所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的相干增強(qiáng)。45.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，注入到所述腔中的所述光學(xué)微脈沖序列具有保持在與所述給定波長(zhǎng)輻射的腔往返傳播時(shí)間的整數(shù)倍(包括lx)相距所述循環(huán)光學(xué)微脈沖持續(xù)時(shí)間的10%之內(nèi)的光學(xué)微脈沖重復(fù)周期，以增強(qiáng)所述光學(xué)微脈沖序列對(duì)所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的相干增強(qiáng)。46.—種用于生成高能電磁輻射的設(shè)備，所述設(shè)備包括光學(xué)腔，具有間隔開使注入到所述腔中的輻射在其間循環(huán)并被聚焦到相互作用區(qū)的至少兩個(gè)凹面反射器，所述腔由給定波長(zhǎng)輻射的往返傳播時(shí)間(RTTT)表征；激光器系統(tǒng)，將所述給定波長(zhǎng)的激光輻射引導(dǎo)到所述腔中，在多個(gè)間隔開的輻射間隔的每一個(gè)期間，對(duì)于至少一個(gè)輻射間隔所述激光輻射包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)宏脈沖，至少一個(gè)光學(xué)宏脈沖包括一光學(xué)微脈沖系列，所述光學(xué)微脈沖系列的特征是一個(gè)光學(xué)微脈沖的起始與下一個(gè)的起始之間的間距足夠接近所述給定波長(zhǎng)輻射的RTTT的精確整數(shù)倍(包括lx)，使得至少一個(gè)光學(xué)宏脈沖引起被所述光學(xué)宏脈沖中的后續(xù)光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)(至少50%的空間交迭)的循環(huán)光學(xué)微脈沖，從而在所述腔的任何給定位置處的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的振幅在所述輻射間隔期間達(dá)到最大值，以及將每個(gè)循環(huán)微脈沖聚焦到所述腔的所述相互作用區(qū)，從而在該循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅處于或接近其最大值時(shí)，該循環(huán)光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中提供由大于O.l的歸一化矢勢(shì)表征的光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)；以及電子束發(fā)生器，提供導(dǎo)向所述腔中所述相互作用區(qū)的電子束，其中所述電子束具有由間隔開的電子微脈沖表征的時(shí)間依賴性，所述電子微脈沖與至少一個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖同步，以及所述電子束發(fā)生器將所述電子束聚焦到所述腔的所述相互作用區(qū)，以與所述相互作用區(qū)中的所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用、并生成光學(xué)頻率高于激光輻射光學(xué)頻率的電磁輻射。47.—種生成高能電磁輻射的設(shè)備，所述設(shè)備包括共振光學(xué)腔，具有相互作用區(qū)；用于在間隔開的輻射間隔系列期間，通過建立在所述腔中循環(huán)并聚焦到所述相互作用區(qū)的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)微脈沖來在所述相互作用區(qū)中生成光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)的裝置，其中所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)由所述腔的所述相互作用區(qū)中的大于O.l的歸一化矢勢(shì)來表征；用于提供電子微脈沖的電子束，并在其分量沿與所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)微脈沖傳輸通過所述相互作用區(qū)的方向相反之方向的方向上，將所述電子微脈沖導(dǎo)向所述腔的所述相互作用區(qū)的裝置；以及用于將所述電子束聚焦在所述腔的所述相互作用區(qū)的裝置，其中所述電子微脈沖與所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用、并生成光學(xué)頻率比提供所述波動(dòng)器場(chǎng)的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的光學(xué)頻率更高的電磁輻射。48.—種用于生成高能電磁輻射的設(shè)備，所述設(shè)備包括提供激光輻射的激光器系統(tǒng)，其中所述激光輻射包括由輻射間隔持續(xù)時(shí)間和輻射間隔重復(fù)頻率表征的間隔開的輻射間隔系列，以及每個(gè)輻射間隔包括一個(gè)或多個(gè)間隔開的光學(xué)微脈沖系列；光學(xué)腔，設(shè)置在所述激光輻射的光路上從而在每個(gè)輻射間隔期間微脈沖被注入到所述腔中并在其中循環(huán)，其中所述腔具有使每個(gè)注入光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)所述腔中的循環(huán)光學(xué)微脈沖的光學(xué)長(zhǎng)度，從而在每個(gè)輻射間隔期間每個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅在腔內(nèi)達(dá)到最大功率，以及所述腔將每個(gè)循環(huán)微脈沖聚焦到所述腔的所述相互作用區(qū)，從而在該光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅處于或接近其最大功率時(shí)，該循環(huán)光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中提供由大于0.1的歸一化矢勢(shì)表征的光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)；電子束發(fā)生器，提供導(dǎo)向所述腔中的所述相互作用區(qū)的電子束，其中所述電子束具有由間隔開的電子微脈沖表征的時(shí)間依賴性，所述電子微脈沖的至少一部分與循環(huán)光學(xué)微脈沖同步，以及所述電子束發(fā)生器將所述電子束聚焦到所述腔的所述相互作用區(qū)，使得所述電子微脈沖的至少一部分與所述相互作用區(qū)中的所述光學(xué)波動(dòng)器場(chǎng)相互作用、并生成光學(xué)頻率高于激光輻射光學(xué)頻率的電磁輻射。49.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)附加宏脈沖引起一附加循環(huán)光學(xué)微脈沖；所述激光輻射包括一附加的光學(xué)宏脈沖系列，每個(gè)光學(xué)宏脈沖包括特征是一個(gè)附加光學(xué)微脈沖的起始與下一個(gè)的起始之間的間距充分接近所述給定波長(zhǎng)輻射的RTTT的精確整數(shù)倍(包括lx)的間隔開的光學(xué)微脈沖系列，以提供注入光學(xué)微脈沖與由所述光學(xué)宏脈沖引起的所述循環(huán)光學(xué)微脈沖之間至少50%的空間交迭，以及所述附加光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖與所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖系列的所述光學(xué)微脈沖交錯(cuò)。50.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖的所述光學(xué)微脈沖被等距離間隔開；所述附加光學(xué)微脈沖被等距離間隔開；以及所述宏脈沖被交錯(cuò)，使得所述光學(xué)宏脈沖之一中在所述光學(xué)宏脈沖的另一個(gè)的兩個(gè)連續(xù)光學(xué)微脈沖之間的每個(gè)光學(xué)微脈沖在所述兩個(gè)連續(xù)光學(xué)微脈沖之間被等距離間隔被。51.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖的所述光學(xué)微脈沖被等距離間隔開；所述附加光學(xué)微脈沖被等距離間隔開；以及所述宏脈沖被交錯(cuò)，使得所述光學(xué)宏脈沖之一中在所述光學(xué)宏脈沖的另一個(gè)的兩個(gè)連續(xù)光學(xué)微脈沖之間的每個(gè)光學(xué)微脈沖在所述兩個(gè)連續(xù)光學(xué)微脈沖之間被非等距離地間隔開。52.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖和所述附加光學(xué)宏脈沖由不同波長(zhǎng)來表征。53.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其特征在于，所述激光器系統(tǒng)包括第一和第二獨(dú)立激光器；以及所述第一次提到的光學(xué)宏脈沖和所述附加光學(xué)宏脈沖分別由所述第一和第二激光器生成。54.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于，所述激光輻射包括多個(gè)光學(xué)宏脈沖，每個(gè)光學(xué)宏脈沖包括由基本上是所述腔的往返傳播時(shí)間的精確整數(shù)倍(包括lx)的相應(yīng)光學(xué)微脈沖周期表征的一等距離間隔開的光學(xué)微脈沖系列，所述光學(xué)宏脈沖的光學(xué)微脈沖被交錯(cuò)使得每個(gè)宏脈沖引起相應(yīng)的循環(huán)光學(xué)微脈沖。55.如權(quán)利要求54所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)光學(xué)宏脈沖的所述光學(xué)微脈沖以所述光學(xué)微脈沖被等距離間隔開的方式交錯(cuò)。56.如權(quán)利要求54所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)光學(xué)宏脈沖的所述光學(xué)微脈沖以所述光學(xué)微脈沖被非等距離間隔開的方式交錯(cuò)。57.如權(quán)利要求46或47或48所述的設(shè)備，其特征在于，所述腔包括一個(gè)或多個(gè)反射鏡，并且還包括用于控制以下的至少一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)元件至少一個(gè)腔反射鏡的同心度，例如通過所述腔反射鏡的平移和/或激光反向加熱；和/或至少一個(gè)腔反射鏡的橫向?qū)?zhǔn)；和/或所述循環(huán)光學(xué)微脈沖的往返傳播時(shí)間，例如通過在所述光學(xué)微脈沖包絡(luò)的尺度和靈敏度上的反射鏡平移；和/或所述激光與所述光學(xué)腔的頻率匹配，例如通過在所述光波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)倍的尺度和靈敏度上的反射鏡平移。58.如權(quán)利要求46或47或48所述的設(shè)備，其特征在于，還包括控制以下的至少一個(gè)所述激光器的光學(xué)微脈沖重復(fù)頻率；和/或所述電子束發(fā)生器的電子微脈沖頻率；和/或所述激光輻射的橫向?qū)?zhǔn)和時(shí)序；和/或所述激光輻射的縱向?qū)?zhǔn)和模式匹配；和/或所述入射電子微脈沖的橫向?qū)?zhǔn)和時(shí)序；和/或來自所述激光器系統(tǒng)的所述光學(xué)微脈沖與來自所述電子束發(fā)生器的所述入射電子微脈沖的同步。59.如權(quán)利要求47或48所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)輻射間隔由單個(gè)等距離間隔開的光學(xué)微脈沖系列構(gòu)成，由此在該輻射間隔期間引起單個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖。60.如權(quán)利要求47或48所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)輻射間隔包括多個(gè)等距離間隔開的光學(xué)微脈沖系列；每個(gè)光學(xué)微脈沖系列由基本上是所述腔的往返傳播時(shí)間的精確整數(shù)倍(包括lx)的光學(xué)微脈沖周期來表征；以及每個(gè)光學(xué)微脈沖系列引起相應(yīng)的單個(gè)循環(huán)光學(xué)微脈沖。61.如權(quán)利要求46或47或48所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)微脈沖峰值功率、積分通量和占空比使得所述循環(huán)光學(xué)微脈沖不通過快速非線性現(xiàn)象損傷所述腔的部件；在給定輻射間隔上平均的功率和積分通量足夠低以不對(duì)腔部件產(chǎn)生局部熱損傷；以及在跨越至少100個(gè)輻射間隔的時(shí)間間隔上平均的功率和積分通量足夠低以不對(duì)腔部件產(chǎn)生總體熱損傷。62.如權(quán)利要求46或47或48所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子束微脈沖和所述循環(huán)光學(xué)微脈沖在所述相互作用區(qū)中具有基本上相等的橫向尺寸。63.如權(quán)利要求46或47或48所述的設(shè)備，其特征在于，給定電子微脈沖與給定循環(huán)光學(xué)微脈沖相互作用，同時(shí)所述循環(huán)光學(xué)微脈沖基本上包含在所述相互作用區(qū)中。64.如權(quán)利要求46或47或48所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子束具有1-10%的微脈沖占空比。65.如權(quán)利要求46或47或48所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子束是由微波加速器提供的經(jīng)聚束的束；所述電子束具有由間隔開的電子宏脈沖表征的進(jìn)一步時(shí)間依賴性，其中所述電子宏脈沖由電子宏脈沖持續(xù)時(shí)間和電子宏脈沖重復(fù)頻率來表征；以及每個(gè)電子宏脈沖具有由間隔開的電子微脈沖系列表征的時(shí)間依賴性。66.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子聚束對(duì)向不超過10°的RF相位。67.如權(quán)利要求46或47或48所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子束由存儲(chǔ)環(huán)提供。全文摘要一種生成高能電磁輻射的方法包括在多個(gè)獨(dú)立輻射間隔的每一個(gè)期間，向由給定波長(zhǎng)輻射的往返傳播時(shí)間(RTTT)表征的光學(xué)腔中注入該給定波長(zhǎng)的激光輻射。至少一些輻射間隔由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)宏脈沖定義，至少一個(gè)光學(xué)宏脈沖引起被該光學(xué)宏脈沖中的后續(xù)光學(xué)微脈沖相干增強(qiáng)的關(guān)聯(lián)循環(huán)光學(xué)微脈沖，且腔中任何給定位置處的循環(huán)光學(xué)微脈沖的電場(chǎng)振幅在輻射間隔期間達(dá)到最大值。文檔編號(hào)H05G2/00GK101258783SQ200680028066公開日2008年9月3日申請(qǐng)日期2006年6月1日優(yōu)先權(quán)日2005年6月2日發(fā)明者E·B·斯扎莫斯申請(qǐng)人:約翰·M.J.·麥迪