DE3813460A1 - Short-period electron beam wiggler - Google Patents

Short-period electron beam wiggler

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DE3813460A1
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wiggler
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Joseph Feinstein
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/0903—Free-electron laser
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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Abstract

A free-electron laser comprises a wiggler for a linear electron beam, which wiggler has two sets of magnetic pole pieces (26, 28) which are arranged with periodic separation along opposite sides of the beam. The pole pieces (28) of one set are shifted by a half-period along the beam with respect to the pole pieces (26) of the other set. A uniform magnetic field running in the longitudinal direction generates, between the pole pieces, fields with transverse components (36) which alternate between the pole pieces (26, 28) of the sets and have a very short periodicity and consequently high frequency of the wave radiation. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Laser mit freien Elektronen, bei denen Elektronen eines linearen Strahls durch periodische, querverlaufende Magnetfelder rechtwinklig zur Strahlbewegung periodisch beschleunigt ("gewiggelt") werden. Die Elektronen strahlen elektromagnetische Wellen ab, die durch Reflexionen in einem Resonator, beispielsweise dem Abstand zwischen reflektierenden Spieglen, verstärkt und kohärent gemacht werden. Zur Erzielung hoher Frequenzen, beispielsweise im Bereich des infraroten Lichtes, muß die Strahlgeschwindigkeit im relativistischen Megavolt- Beschleunigungsbereich liegen und die Periodizität des Magnetfeldes muß sehr klein sein.The invention relates to lasers with free Electrons, in which electrons pass through a linear beam periodic, transverse magnetic fields perpendicular to Beam movement periodically accelerated ("wobbled"). The electrons emit electromagnetic waves that by reflections in a resonator, for example the Distance between reflecting mirrors, reinforced and be made coherent. To achieve high frequencies, for example in the area of infrared light, the Beam velocity in the relativistic megavolt Acceleration range and the periodicity of the Magnetic field must be very small.

Periodisch ihre Richtung umkehrende Magnetfelder wurden üblicherweise mit Hilfe eines Stapels von Permanentmagneten abwechselnder Polarität erzeugt. Wenn die Periode kürzer wird, verringert sich die Magnetkraft und der Streufluß steigt an, wodurch sich bald eine untere Grenze für die mögliche Periodizität bei der Erzeugung von Magnetfeldern über trennende Spalte ergibt, die sich zur Ausbreitung des Elektronenstrahls benutzen lassen.Periodically reversing magnetic fields were usually made using a stack of Generating permanent magnets of alternating polarity. If the Period becomes shorter, the magnetic force and the Leakage flux increases, which soon results in a lower limit for the possible periodicity in the generation of magnetic fields separating column that results in the spread of the Let electron beam use.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Elektronenstrahlwiggler sehr kurzer Periode bereitzustellen. Ferner soll ein Wiggler geschaffen werden, der möglichst kleine Abmessungen, möglichst geringes Gewicht und möglichst niedrigen Leistungsverbrauch besitzt.The invention has for its object a very short period magnetic electron beam wiggler to provide. Furthermore, a wiggler should be created the smallest possible dimensions, the lowest possible weight and has the lowest possible power consumption.

Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. The solution to the problem is in claim 1 specified. Developments of the invention are the subject of Subclaims.  

Die Erfindung sieht also die Verwirklichung periodischer Magnetelemente in Form von Reihen ferromagnetischer Polstücke vor. Polstücke sich gegenüberliegender Reihen sind in Strahlrichtung um eine halbe Periode versetzt. Ein gleichförmiges, ausgedehntes Erregungsmagnetfeld wird von einer äußeren Quelle geliefert, beispielsweise einer Solenoidspule. Der zwischen den Polstücken erzeugte Magnetfluß besitzt eine kräftige Querkomponente, deren Richtung zwischen den Polstücken der beiden Reihen abwechselt.The invention therefore sees the realization periodic magnetic elements in the form of rows ferromagnetic pole pieces. Pole pieces yourself opposite rows are in the beam direction by half Period offset. A uniform, extensive Excitation magnetic field is supplied by an external source, for example a solenoid coil. The between the Magnetic flux generated pole pieces has a powerful Cross component, the direction between the pole pieces of the alternate between the two rows.

In den Zeichnungen zeigtIn the drawings shows

Fig. 1 eine Schnittansicht entlang der Strahlrichtung für ein periodisches Magnetsystem nach dem Stand der Technik; Fig. 1 is a sectional view along the beam direction for a periodic magnet system according to the prior art;

Fig. 2 eine Schnittansicht ähnlich wie in Fig. 1 für ein alternatives Magnetsystem nach dem Stand der Technik; FIG. 2 shows a sectional view similar to that in FIG. 1 for an alternative magnet system according to the prior art;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Magnetsystems entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figure 3 is a sectional view of a magnet system according to an embodiment of the invention.

Fig. 4 eine Skizze für die Magnetelemente eines Freielektronen-Lasers als Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 4 is a sketch for the magnetic elements of a free electron laser as an embodiment of the invention;

Fig. 5 eine schematische Teilansicht der magnetischen und optischen Struktur eines Freielektronen- Lasers nach der Erfindung; Figure 5 is a schematic partial view of the magnetic and optical structure of a free electron laser according to the invention.

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Laserkonstruktion. Fig. 6 is a schematic sectional view of an alternative laser construction.

Fig. 1 zeigt ein einfaches periodisches Permanentmagnetsystem (PPM) nach dem Stand der Technik zur Führung eines Elektronenstrahls nach Art einer Schlangenbewegung (Wiggler-Bewegung). Der ursprünglich lineare Strahl 10 läuft zwischen sich gegenüberliegenden Reihen 12, 14 von stabförmigen Magneten 16 durch, die sich rechtwinklig zur Ebene der Schnittansicht und zur Richtung des Strahls 10 erstrecken. Paare sich gegenüberliegender Magnete 16 sind in der gleichen Richtung rechtwinklig zum Strahl magnetisiert, um ein Magnetfeld 22 quer zur Strahlrichtung zu erzeugen. Paare von Magneten, die in Strahlrichtung mit Abstand hintereinander liegen, besitzen abwechselnde Polarität, so daß der Strahl eine oszillierende Beschleunigung rechtwinklig zur Papierebene erfährt. Demgemäß werden elektromagnetische Wellen abgestrahlt, die rechtwinklig zur Papierebene polarisiert sind. Ihre intern erzeugte Frequenz ist gleich der Strahlgeschwindigkeit, geteilt durch die magnetische Periodizität. Bei relativistischer Geschwindigkeit ist ein Elektron beinahe in Synchronismus mit seiner "eigenen" Welle, die im wesentlichen in Vorwärtsrichtung abgestrahlt wird. Die Frequenz der Welle, die ein ruhender Beobachter empfängt, besitzt durch Doppler- Verschiebung einen sehr hohen Wert und liegt beispielsweise im Infraroten. Ferromagnetische Stäbe 18 verbinden die Magnete jeder Reihe 12, 14, wodurch Rückflußwege mit niedrigem magnetischem Widerstand geschaffen werden. Es läßt sich erkennen, daß bei Verringerung der magnetischen Periode der parallele Streufluß 20 zwischen axial benachbarten Magneten groß im Vergleich zum ausgenutzen Querfluß 22 wird, wodurch der praktisch verwirklichbare untere Wert der magnetischen Periode und folglich die erzeugte Frequenz begrenzt werden. Der hohe Streufluß macht eine große Masse an Magnetmaterial erforderlich. Von augenblicklichem Interesse sind aber Laser für Raumfahrtanwendungen, bei denen die Größe und das Gewicht sehr klein gehalten werden müssen. Fig. 1 shows a simple periodic permanent magnet system (PPM) according to the prior art for guiding an electron beam in the manner of a snake movement (wiggler movement). The originally linear beam 10 passes between opposing rows 12, 14 of rod-shaped magnets 16 which extend at right angles to the plane of the sectional view and to the direction of the beam 10 . Pairs of opposing magnets 16 are magnetized in the same direction perpendicular to the beam to create a magnetic field 22 transverse to the beam direction. Pairs of magnets that are spaced one behind the other in the beam direction have alternating polarity, so that the beam undergoes an oscillating acceleration perpendicular to the plane of the paper. Accordingly, electromagnetic waves are radiated which are polarized perpendicular to the plane of the paper. Their internally generated frequency is equal to the beam speed divided by the magnetic periodicity. At relativistic speed, an electron is almost in synchronism with its "own" wave, which is emitted essentially in the forward direction. The frequency of the wave that a stationary observer receives has a very high value due to Doppler shift and is, for example, in the infrared. Ferromagnetic rods 18 connect the magnets of each row 12, 14 , creating return paths with low magnetic resistance. It can be seen that when the magnetic period is reduced, the parallel leakage flux 20 between axially adjacent magnets becomes large in comparison with the utilized transverse flux 22 , which limits the practically realizable lower value of the magnetic period and consequently the frequency generated. The high leakage flux requires a large mass of magnetic material. However, lasers are of current interest for space applications where the size and weight have to be kept very small.

Fig. 2 zeigt ein anderes, bekanntes Schema analog dem, das bei Wanderwellenröhren benutzt wird, bei denen die Magnete 16′ in Strahlrichtung magnetisiert und durch ferrmagnetische Polstücke 24 getrennt sind. Der Streufluß 20′ läßt sich etwas verringern, aber die verfügbare Magnetkraft nimmt mit der Periode ab. Es wird kein ferromagnetischer Rückflußweg benutzt, da die Magnetfelder im Abstand von dem Magnetstapel schnell abfallen. Fig. 2 shows another known scheme analogous to that used in traveling wave tubes, in which the magnets 16 'are magnetized in the beam direction and separated by ferromagnetic pole pieces 24 . The leakage flux 20 ' can be reduced somewhat, but the available magnetic force decreases with the period. A ferromagnetic return flow path is not used, since the magnetic fields quickly decrease at a distance from the magnetic stack.

Fig. 3 zeigt einen axialen Schnitt durch eine Magnetanordnung nach der Erfindung. Es werden keine kurzen Permanentmagnete benutzt, die eine Grenze für die Magnetkraft mit sich bringen würden. Eine erste Reihe von ferromagnetischen Polstücken 26 erstreckt sind in Form von Stäben rechtwinklig zur Papierebene und bildet eine lineare Anordnung mit periodischen Abständen in Richtung des Strahls 10′′. Eine zweite Reihe 28 bildet eine gegenüberliegende, ähnliche Anordnung. Die Polstücke 28 sind gegen die Polstücke 26 in Strahlrichtung um eine halbe Periode versetzt. Eine einseitig gerichtete Magnetkraft wird in Strahlrichtung angelegt, beispielsweise mittels einer Solenoid- Elektromagnetspule 30. Diese wird umgeben durch eine ferromagnetische Hülle 32, die einen Rückflußweg zur Verringerung des Streufeldes in der Umgebung bildet und für ein einheitliches Feld sorgt. Im Wechselwirkungsraum dient die axiale Feldkomponente 34 dazu, den Strahl fokussiert zu halten, und beeinflußt dabei nicht die Wiggler-Periodizität der Elektronen, die durch die zwischen Polen sich gegenüberliegender Anordnungen 26, 28 abwechselnden Querfeldkomponenten 36 erzeugt wird. Die ausnutzbare Feldstärke wird nur durch die Sättigung der ferromagnetischen Polstücke 26, 28 und nicht durch ein Permanentmagnetmaterial begrenzt. Das Ergebnis ist eine Anordnung mit kleinen Abmessungen und niedrigem Gewicht, die leicht herzustellen ist und eine vom Stand der Technik unerreichte, kurze Periodizität ermöglicht. Fig. 3 shows an axial section through a magnet arrangement according to the invention. Short permanent magnets are not used that would place a limit on the magnetic force. A first row of ferromagnetic pole pieces 26 extends in the form of bars perpendicular to the paper plane and forms a linear arrangement with periodic intervals in the direction of the beam 10 '' . A second row 28 forms an opposite, similar arrangement. The pole pieces 28 are offset from the pole pieces 26 in the beam direction by half a period. A unidirectional magnetic force is applied in the beam direction, for example by means of a solenoid-electromagnetic coil 30 . This is surrounded by a ferromagnetic sheath 32 , which forms a return flow path to reduce the stray field in the environment and ensures a uniform field. In the interaction space, the axial field component 34 serves to keep the beam focused and does not influence the Wiggler periodicity of the electrons, which is generated by the cross-field components 36 alternating between the opposing arrangements 26, 28 . The exploitable field strength is only limited by the saturation of the ferromagnetic pole pieces 26, 28 and not by a permanent magnet material. The result is an arrangement with small dimensions and low weight, which is easy to manufacture and enables a short periodicity which is unmatched in the prior art.

Fig. 3 zeigt eine Skizze der magnetischen Bauteile eines Strahlwigglers nach der Erfindung. Zum Zwecke einfacher Herstellung und zur Verbesserung der Ausrichtung und der Abstandseinhaltung werden die ferromagnetischen Polstücke 26′, 28′ durch zwischenliegende Stücke aus nichtmagnetischem Material getragen und im Abstand gehalten. Fig. 4 zeigt dabei den magnetischen Teil des praktischen Aufbaus. Die Polstücke 26′, 28′ sind in Nuten paralleler, kammförmiger, nichtmagnetischer Stützstäbe 38, 40 eingesetzt, die beispielsweise aus Kupfer bestehen und vorzugsweise Teil der Vakuumhülle der Röhre bilden. Die Schlitze 42 können durch mechanisches Fräsen oder Fräsen mittels elektrischer Entladungen hergestellt werden, so daß sich eine genaue Ausrichtung und ein gleichmäßiger, periodischer Abstand ergibt, der für einen synchronen Aufbau nötig ist, sowie auch eine mechanische Stützung und thermische Kühlung. Fig. 3 shows a sketch of the magnetic components of a Strahlwigglers according to the invention. For the purpose of simple manufacture and to improve the alignment and the distance maintenance, the ferromagnetic pole pieces 26 ', 28' are carried by intermediate pieces of non-magnetic material and kept at a distance. Fig. 4 shows the magnetic part of the practical structure. The pole pieces 26 ', 28' are used in grooves parallel, comb-shaped, non-magnetic support rods 38, 40 , which consist for example of copper and preferably form part of the vacuum envelope of the tube. The slots 42 can be produced by mechanical milling or milling by means of electrical discharges, so that there is a precise alignment and a uniform, periodic distance which is necessary for a synchronous structure, as well as mechanical support and thermal cooling.

Ein alternativer Aufbau besteht aus einem Stapel aus getrennten ferromagnetischen Polstücken, beispielsweise aus Eisen, und zwischengeschobenen getrennten, nichtmagnetischen Abstandsstücken, beispielsweise aus Kupfer, wobei die aufeinandergestapelten Teile miteinander hartverlötet werden.An alternative construction consists of a stack separate ferromagnetic pole pieces, for example Iron, and interposed separate, non-magnetic Spacers, for example made of copper, the stacked parts are brazed together.

Fig. 5 zeigt in Form einer perspektivischen Skizze den Aufbau eines Freielektronen-Lasers mit optischen Fokussierspiegeln 43, die Teil eines konfokalen Resonators sind. Die Spiegel 43 besitzen zentrale Öffnungen 44 für den Durchgang des Elektronenstrahls. Alternativ kann die Wiggler- Anordnung an den Seiten unter Bildung eines Wellenleiters 46 geschlossen sein, der eine rechtwinklig zur Papierebene polarisierte Welle 48 mit transversal-elektrischem Feld führt. Die Spiegel 43 bewirken eine Teilreflexion dieser Welle 48, so daß sich eine elektromagnetische Rückkopplung ergibt, die die Elektronenbewegungen und die Strahlung kohärent machen. Alternativ ist ein Verstärkeraufbau ohne Verwendung der Spiegel möglich, wobei eine Rückkopplung über einen äußeren Weg, beispielsweise einen Wellenleiter oder eine Anzahl externer Reflektoren bereitgestellt wird. Fig. 5 shows a perspective sketch in the form of the structure of a free electron laser with optical focusing mirrors 43, which are part of a confocal resonator. The mirrors 43 have central openings 44 for the passage of the electron beam. Alternatively, the Wiggler arrangement can be closed on the sides to form a waveguide 46 which carries a wave 48 with a transverse electric field which is polarized at right angles to the paper plane. The mirrors 43 cause a partial reflection of this wave 48 , so that there is an electromagnetic feedback which makes the electron movements and the radiation coherent. Alternatively, an amplifier structure is possible without using the mirrors, feedback being provided via an external path, for example a waveguide or a number of external reflectors.

Fig. 6 zeigt einen alternativen Laseraufbau mit koaxialer Geometrie. Alle im Querschnitt gezeigten Bauteile sind Drehkörper mit Bezug auf eine Achse 50. Die emittierende Kathodenfläche 52 ist eine Zone eines Toroids. Der Elektronenstrahl 54 konvergiert von der Kathode 52 zu einem hohlen, zylindrischen, linearen Strahl 56, der zwischen periodischen Stapeln ringförmiger, ferromagnetischer Polstücke 26′′, 28′′ verläuft. Der Strahl 56 wird durch ein axiales Gleichmagnetfeld 58 eines Solenoidmagneten 30′ (nicht gezeigt) fokussiert gehalten. Die Wechselwirkung ist genau die gleiche wie bei der rechteckigen Anordnung gemäß Fig. 5 mit der Ausnahme, daß die erzeugte elektromagnetische Welle eine zirkular-elektrische Schwingungsform besitzt. Nach Passieren der magnetischen Polstückstapel 26′′, 28′′ wird die Welle axial durch ein dielektrisches Vakuumfenster 59 abgestrahlt. Das Magnetfeld 58 wird hinter den Polstückstapeln 26′′, 28′′ schnell verkleinert, so daß der Elektronenstrahl 50 sich ausdehnt und an der vergrößerten Fläche 60 eines Teils der Vakuumhülle aufgefangen wird, wo die Leistungsdichte verringert ist. Die Geometrie des Ausgangsabschnittes ähnelt demgemäß etwas dem bekannten Gyrotron mit zirkular-elektrischem Feld. Die elektromagnetische Wechselwirkung ist jedoch wesentlich verschieden, da die periodische Elektronenbewegung durch das räumlich-periodische Magnetfeld erzeugt wird, während diese Bewegung im Gyrotron das Ergebnis der Zyklotron-Rotation in einem gleichförmigen Magnetfeld ist. Die Frequenz des Gyrotrons wird durch die verfügbare Magnetfeldstärke begrenzt. Bei dem vorliegenden Laser ist diese Begrenzung nicht vorhanden, so daß wesentlich höhere Frequenzen erzeugt werden können. Fig. 6 shows an alternative laser structure with coaxial geometry. All components shown in cross section are rotating bodies with reference to an axis 50 . The emissive cathode surface 52 is a zone of a toroid. The electron beam 54 converges from the cathode 52 to a hollow, cylindrical, linear beam 56 which runs between periodic stacks of annular, ferromagnetic pole pieces 26 '', 28 '' . The beam 56 is kept focused by an axial DC magnetic field 58 of a solenoid magnet 30 ' (not shown). The interaction is exactly the same as in the rectangular arrangement shown in FIG. 5, except that the electromagnetic wave generated has a circular-electrical waveform. After passing the magnetic pole piece stack 26 '', 28 '' , the shaft is radiated axially through a dielectric vacuum window 59 . The magnetic field 58 is quickly reduced behind the pole piece stacks 26 '', 28 '' so that the electron beam 50 expands and is collected on the enlarged surface 60 of part of the vacuum envelope, where the power density is reduced. The geometry of the output section is therefore somewhat similar to the known gyrotron with a circular electric field. However, the electromagnetic interaction is significantly different since the periodic electron movement is generated by the spatial-periodic magnetic field, while this movement in the gyrotron is the result of the cyclotron rotation in a uniform magnetic field. The frequency of the gyrotron is limited by the available magnetic field strength. This limitation is not present in the present laser, so that significantly higher frequencies can be generated.

Die Frequenz der Strahlung ist durch Änderung der Energie (Geschwindigkeit) des Elektronenstrahls 10 abstimmbar. Bei einem typischen Aufbau kann der Strahl durch einen linearen Elektronenstrahlbeschleuniger (nicht gezeigt) erzeugt werden, für den Mittel zur Änderung der Energie nach dem Stand der Technik bekannt sind. Wie bei anderen Lasern ist der Resonator viele Wellenlängen lang, so daß die emittierte Frequenz in einer oder mehreren, sehr dicht benachbarten Linien vorliegt.The frequency of the radiation can be tuned by changing the energy (speed) of the electron beam 10 . In a typical construction, the beam can be generated by a linear electron beam accelerator (not shown) for which energy change means are known in the art. As with other lasers, the resonator is many wavelengths long, so that the emitted frequency is in one or more very closely adjacent lines.

Claims (29)

1. Magnetischer Wiggler für einen linearen Elektronenstrahl mit einem Durchgang für den Strahl, gekennzeichnet durch
einen ersten Satz von ferromagnetischen Polstücken (26), die in Strahlrichtung periodischen Abstand besitzen, durch nichtmagnetische Abstandsbereiche getrennt und auf einer ersten Seite des Durchgangs angeordnet sind,
einen zweiten Satz von ferromagnetischen Polstücken (28) auf der gegenüberliegenden Seite des Durchgangs, die in periodischem Abstand so angeordnet sind, daß sie sich in Strahlrichtung mit den Polstücken (26) des ersten Satzes abwechselnd, und
eine Einrichtung (30) zur Erzeugung einer relativ gleichförmigen Magnetfeldstärke in Strahlrichtung zur Bereitstellung einer Magnetfeldkomponente (36) quer zum Durchgang und abwechselnd zwischen Polstücken der beiden Sätze. 1. Magnetic wiggler for a linear electron beam with a passage for the beam, characterized by
a first set of ferromagnetic pole pieces ( 26 ) which are periodically spaced in the beam direction, separated by non-magnetic spacing areas and arranged on a first side of the passage,
a second set of ferromagnetic pole pieces ( 28 ) on the opposite side of the passageway, spaced periodically so that they alternate in the beam direction with the pole pieces ( 26 ) of the first set, and
means ( 30 ) for generating a relatively uniform magnetic field strength in the beam direction to provide a magnetic field component ( 36 ) transverse to the passage and alternately between pole pieces of the two sets. 2. Wiggler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Magnetfeldstärke ein Solenoid-Elektromagnet (30) ist, der den Strahl (10′′) und die Polstücke (26, 28) umgibt.2. Wiggler according to claim 1, characterized in that the device for generating the magnetic field strength is a solenoid electromagnet ( 30 ) which surrounds the beam ( 10 '' ) and the pole pieces ( 26, 28 ). 3. Wiggler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Polstücke parallele Stäbe (26, 28) sind, die durch eine erste und eine zweite, zueinander parallele Ebene, welche die Strahlrichtung enthalten, definiert werden und
daß sich die Stäbe rechtwinklig zur Strahlrichtung erstrecken.3. Wiggler according to claim 1, characterized in
that the pole pieces are parallel rods ( 26, 28 ), which are defined by a first and a second, mutually parallel plane, which contain the beam direction, and
that the rods extend at right angles to the beam direction. 4. Wiggler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke eines Satzes durch zwischenliegende Stäbe aus nichtmagnetischem Material getrennt sind.4. wiggler according to claim 3, characterized in that the pole pieces of a set by intermediate bars made of non-magnetic material separated are. 5. Wiggler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke und die zwischenliegenden Stäbe unter Bildung einer starren, ausgedehnten Platte miteinander verbunden sind.5. wiggler according to claim 4, characterized in that the pole pieces and the intermediate bars forming a rigid, extended plate are interconnected. 6. Wiggler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte Teil einer Vakuumhülle ist, die den Wiggler umgibt.6. wiggler according to claim 5, characterized in that the plate is part of a vacuum envelope that surrounds the wiggler. 7. Wiggler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (26′, 28′) jedes Satzes in Nuten (42) einer Platte (38) aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind, die sich in Richtung des Strahles (10′′′) erstreckt.7. Wiggler according to claim 4, characterized in that the rods ( 26 ', 28' ) of each set are arranged in grooves ( 42 ) of a plate ( 38 ) made of non-magnetic material, which are in the direction of the beam ( 10 ''' ) extends. 8. Wiggler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte Teil der Vakuumhülle ist, die den Wiggler umgibt.8. wiggler according to claim 7, characterized in that the plate is part of the vacuum envelope that surrounds the wiggler. 9. Wiggler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang ein Hohlzylinder ist, dessen Achse (50) in Richtung der Strahlachse verläuft, und daß die Polstücke (26′′, 28′′) im wesentlichen vollständige Ringe koaxial zu der Achse sind. 9. Wiggler according to claim 1, characterized in that the passage is a hollow cylinder whose axis ( 50 ) extends in the direction of the beam axis, and that the pole pieces ( 26 '', 28 '' ) are substantially complete rings coaxial with the axis . 10. Wiggler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke jedes Satzes durch zwischenliegende Ringe aus nichtmagnetischem Material getrennt sind.10. wiggler according to claim 9, characterized in that the pole pieces of each set by intermediate rings made of non-magnetic material separated are. 11. Wiggler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke und die Ringe unter Bildung starrer, ausgedehnter Zylinder miteinander verbunden sind.11. wiggler according to claim 10, characterized in that the pole pieces and the rings under Formation of rigid, extended cylinders connected to each other are. 12. Wiggler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil der Zylinder Teil der Vakuumhülle des Wigglers bildet.12. Wiggler according to claim 11, characterized in that the outer part of the cylinder part forms the vacuum envelope of the wiggler. 13. Wiggler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke in radialen Nuten nichtmetallischer Zylinder liegen.13. Wiggler according to claim 9, characterized in that the pole pieces in radial grooves non-metallic cylinder. 14. Wiggler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich der Zylinder Teil der Vakuumhülle des Wigglers bildet.14. Wiggler according to claim 13, characterized in that the outer region of the cylinder Forms part of the vacuum envelope of the Wiggler. 15. Freielektronen-Laser mit einer Vakuumhülle, einer Einrichtung zur Erzeugung eines linearen Elektronenstrahls innerhalb der Hülle, einer Einrichtung zur Aufnahme des Strahls, einer Einrichtung zum Wiggeln des Strahls quer zu seiner Laufrichtung, einer entlang dem Strahl angeordneten Einrichtung zum Führen elektromagnetischer Wellen parallel zur Strahlrichtung und zur Bildung eines elektromagnetischen Resonators und einer Einrichtung zur Übertragung elektromagnetischer Energie aus der den Strahl umgebenden Umhüllung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wigglereinrichtung auf jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten des Strahls einen Satz von ferromagnetischen Polstücken aufweist, die in periodischem Abstand entlang der Ausbreitungsrichtung des Strahles angeordnet sind,
daß die Polstücke eine Satzes in Strahlrichtung um eine halbe Periode gegen die Polstücke des anderen Satzes versetzt sind und
daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein einseitig gerichtetes Magnetfeld in Strahlrichtung aufrecht erhält.15. Free electron laser with a vacuum envelope, a device for generating a linear electron beam within the envelope, a device for receiving the beam, a device for wiggling the beam transverse to its direction of travel, a device arranged along the beam for guiding electromagnetic waves parallel to the Beam direction and for forming an electromagnetic resonator and a device for transmitting electromagnetic energy from the envelope surrounding the beam, characterized in that
that the wiggler device has on each of two opposite sides of the beam a set of ferromagnetic pole pieces which are arranged at periodic intervals along the direction of propagation of the beam,
that the pole pieces of one set are offset in the beam direction by half a period against the pole pieces of the other set and
that a device is provided which maintains a unidirectional magnetic field in the beam direction. 16. Laser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes ein Solenoid-Elektromagnet ist, der den Strahl und die Polstücke umgibt.16. Laser according to claim 15, characterized in that the means for generating the Magnetic field is a solenoid electromagnet, which is the beam and surrounds the pole pieces. 17. Laser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke parallele Stäbe sind, die durch eine erste und eine zweite, zueinander parallele und die Strahlrichtung enthaltene Ebenen definiert werden und
daß die Stäbe sich rechtwinklig zur Strahlrichtung erstrecken.17. Laser according to claim 15, characterized in that the pole pieces are parallel rods, which are defined by a first and a second, mutually parallel and the beam direction containing planes and
that the rods extend at right angles to the beam direction. 18. Laser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe jedes Satzes in Nuten eines Stabes aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind, der sich in der Strahlrichtung erstreckt.18. Laser according to claim 17, characterized in that the rods of each set are in grooves a rod made of non-magnetic material are arranged, which extends in the beam direction. 19. Laser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke eines Satzes durch zwischenliegende Stäbe aus nichtmagnetischem Material getrennt sind.19. Laser according to claim 17, characterized in that the pole pieces of a set by intermediate bars made of non-magnetic material separated are. 20. Laser nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke und zwischenliegenden Stäbe unter Bildung einer starren, ausgedehnten Platte miteinander verbunden sind.20. Laser according to claim 19, characterized in that the pole pieces and intermediate bars forming a rigid, extended plate are interconnected. 21. Laser nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte Teil einer Vakuumhülle ist, die den Wiggler umgibt.21. Laser according to claim 20, characterized in that the plate is part of a vacuum envelope that surrounds the wiggler. 22. Laser nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe jedes Satzes in Nuten einer Platte aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind, die sich in Strahlrichtung erstreckt.22. The laser according to claim 19, characterized in that the rods of each set are in grooves a plate made of non-magnetic material is arranged, which extends in the beam direction. 22. Laser nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte Teil der Vakuumhülle bildet. 22. The laser according to claim 22, characterized in that the plate is part of the vacuum envelope forms.   24. Laser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl ein hohler Zylinder ist, dessen Achse in der Strahlrichtung verläuft, und daß die Polstücke im wesentlichen vollständige Ringe koaxial zur Strahlrichtung sind.24. Laser according to claim 15, characterized in that the electron beam is a hollow Is cylinder, the axis of which extends in the beam direction, and that the pole pieces essentially coaxial rings to the beam direction. 25. Laser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke jedes Satzes durch zwischenliegende Ringe aus nichtmagnetischem Material getrennt sind.25. Laser according to claim 15, characterized in that the pole pieces of each set by intermediate rings made of non-magnetic material separated are. 26. Laser nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke und die nichtmagnetischen Ringe eines Satzes unter Bildung eines ausgedehnten Zylinders miteinander verbunden sind.26. Laser according to claim 25, characterized in that the pole pieces and the non-magnetic rings of a set forming a extended cylinders are interconnected. 27. Laser nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder außerhalb des Strahls Teil der Vakuumhülle bildet.27. Laser according to claim 26, characterized in that the cylinder is outside the beam Forms part of the vacuum envelope. 28. Laser nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke in radialen Nuten der Wände nichtmagnetischer Zylinder angeordnet sind.28. Laser according to claim 25, characterized in that the pole pieces in radial grooves of the Walls of non-magnetic cylinders are arranged. 29. Laser nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich der Zylinder Teil der Vakuumhülle bildet.29. Laser according to claim 26, characterized in that the outer region of the cylinder Forms part of the vacuum envelope.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202007019359U1 (en) 2007-03-01 2012-03-08 Babcock Noell Gmbh Winding body for electromagnetic undulators
EP3488668A4 (en) * 2016-07-22 2020-03-18 Bhosale, Devesh Suryabhan An apparatus for generating electromagnetic waves

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3249930B2 (en) * 1997-04-14 2002-01-28 信越化学工業株式会社 Insert light source
DE102008053162B3 (en) * 2008-10-24 2010-07-29 Karlsruher Institut für Technologie Undulator for generating synchrotron radiation
US9247630B2 (en) 2011-11-11 2016-01-26 The Regents Of The University Of California Surface-micromachined micro-magnetic undulator

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3789257A (en) * 1972-11-14 1974-01-29 Us Navy Coherent microwave generators
US4298824A (en) * 1979-12-18 1981-11-03 Dartmouth College Millimeter and sub-millimeter radiation source
US4494039A (en) * 1982-10-19 1985-01-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Gyrotron traveling-wave device including quarter wavelength anti-reflective dielectric layer to enhance microwave absorption

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202007019359U1 (en) 2007-03-01 2012-03-08 Babcock Noell Gmbh Winding body for electromagnetic undulators
EP3488668A4 (en) * 2016-07-22 2020-03-18 Bhosale, Devesh Suryabhan An apparatus for generating electromagnetic waves

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