DE68912294T2

DE68912294T2 - Bimodaler Linearbeschleuniger.

Info

Publication number: DE68912294T2
Application number: DE68912294T
Authority: DE
Inventors: Robert Justin Burke
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2009-10-17
Also published as: JPH02185088A; EP0375861A3; EP0375861B1; EP0375861A2; US4930130A; DE68912294D1; CA1303220C

Description

ERFINDUNG

Die Erfindung beschäftigt sich allgemein mit einem bimodalen Linearbeschleuniger, und sie beschäftigt sich speziell mit der Verwendung eines einzelnen Linearbeschleunigers für mindestens zwei Sätze von Elektronenstrahlen, die in einem Freie-Elektronen-Laser verwendet werden.

HINTERGRUND

Hochleistungslaser mit freien Elektronen gemäß dem Stand der Technik verwenden typischerweise zwei getrennte Linearbeschleuniger für die zwei Elektronenströme mit verschiedenen Energiepegeln und anderen Festlegungsparametern, wie sie jeweils von einem Hauptoszillator und einem Leistungsverstärker verwendet werden. Die Linearbeschleuniger werden dazu verwendet, die Energie der in den Lasern verwendeten Elektronen und damit die Lichtstärke des erzeugten Laserstrahls zu erhöhen.
Da Linearbeschleuniger teuer herzustellen sind, ist es erwünscht, daß ein Weg gefunden werden kann, mit dem nicht nur zwei verschiedene Elektronenstrahlen oder Ströme von Elektronen zur Beschleunigung durch einen einzigen Elektronenlinearbeschleuniger kombiniert werden können, sondern auch ein Weg zum Auftrennen dieser zwei Elektronenstrahlen zur Verwendung durch zwei getrennte Lasten an der Ausgangsseite des Linearbeschleunigers.
Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis durch den Erfinder, daß nicht nur eine Elektronenstrahlablenkeinrichtung wie ein Ablenkmagnet dazu verwendet werden kann, zwei Elektronenstrahlen mit verschiedenen Energiewerten in einem Konvergenzpfad zu kombinieren, sondern daß eine ähnliche Ablenkeinrichtung dazu verwendet werden kann, zwei getrennte Elektronenstrahlen am Ausgang aufzutrennen und neu festzulegen, solange sich die Energiepegel der zwei Elektronenstrahlen voneinander unterscheiden. Da ein Linearbeschleuniger allen durch ihn laufenden Elektronen dieselbe Energiedifferenz vermittelt, ist der Energiepegelunterschied der aus dem Linearbeschleuniger austretenden Elektronenstrahlen dieselbe Differnzmenge wie bei den empfangenen Strahlen, wobei lediglich ein Proportionalitätsunterschied in den Energiepegeln besteht. Das Nettoergebnis ist das, daß der Trennwinkel der anregenden Elektronenstrahlen kleiner ist als der Trennwinkel der konvergierenden Elektronenstrahlen, wie sie durch den anfänglichen Ablenkmagneten empfangen werden.
Dieses Konzept kann nicht nur bei einer einzigen, sehr leistungsfähigen Laservorrichtung verwendet werden, sondern es kann in Situationen verwendet werden, bei denen es wünschenswert ist, das Laser bei einem von zwei verschiedenen Energiepegeln oder bei zwei verschiedenen Frequenzen arbeiten. Dasselbe Prinzip des Verwendens eines einzigen Linearbeschleunigers zum Einsparen von Kosten wäre immer noch gültig. Das Endergebnis ist das, daß für eine viel wirtschaftlichere Investition eine Vorrichtung hergestellt werden kann, die gleichzeitig für einen von zwei Laserbetrieben sorgt.
Es ist demgemäß eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung nicht nur zun Kombinieren verschiedener Elektronenstrahlen zur gemeinsamen Beschleunigung anzugeben, sondern auch zum Neufestlegen der Elektronenstrahlen, nachdem ihre Energiewerte erhöht wurden, und zum Verwenden der zwei Elektronenstrahlen in getrennten Lastvorrichtungen für eine sich ergebende Laservorrichtung.
Die Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt, wobei die Ansprüche 1 bis 3 Freie-Elektronen-Laser betreffen, die Ansprüche 4 und 5 Verfahren sowie die Ansprüche 6 und 7 Vorrichtungen zum Verwenden eines einzigen Linearbeschleunigers zum Erhöhen des Moments mehrerer Elektronenstrahlen betreffen, die gleichzeitig durch ihn hindurchlaufen.
Andere Aufgaben und Vorteile gehen durch Lesen der Beschreibung und der beigefügten Ansprüche in Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zum Grundkonzept der Erfindung ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zum erfindungsgemäßen Konzept bei Anwendung auf eine Laservorrichtung hoher Leistung unter Verwendung von Konzepten für Freie-Elektronen-Laser ist; und
Fig. 3 ein Blockdiagramm zum erfindungsgemäßen Konzept ist, wie es beim Schaffen einer Gesamtvorrichtung mit zwei verschiedenen Laserausgangsstrahlen verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In Fig. 1 werden zwei Quellen von Elektronen E1, anders auch mit 10 bezeichnet, und E2, anders auch mit 12 bezeichnet, von zwei verschiedenen Quellen unter Winkeln empfangen, die darauf hinstreben, im Bereich einer Elektronenablenkeinrichtung oder eines Ablenkmagneten 14 zu konvergieren. Die Magnetkräfte des Ablenkmagneten 14 reagieren mit den Feldern der zwei durch 10 und 12 repräsentierten Elektronenstrahlen und zwingen oder lenken diese auf einen mit 16 bezeichneten Konvergenzpfad. Der Elektronenpfad 16 wird einem Linearbeschleuniger oder Energieverstärker 18 zugeführt, der den durch ihn laufenden Elektronen eine mit E3 bezeichnete Energiemenge hinzuführt. Das Ausgangssignal des Linearbeschleunigers 18 ist ein mit 20 bezeichneter Elektronenstrahl, der einem weiteren Ablenkmagneten oder einer anderen Elektronenablenkeinrichtung 22 zugeführt wird. Das Ablenkvermögen eines gegebenen Magneten ist umgekehrt proportional zur Energie der abgelenkten Elektronen. Dadurch wird der höherenergetische Strahl E2 unter einem geringeren Winkel abgelenkt als der Energiestrahl E1. Die zwei Ausgangsströme sind jeweils mit 24 und 26 bezeichnet, wobei der Strom 24 der Strom E2 mit der hinzugefügten Energie E3 ist, und der Strom 26 den Strom der Elektronen E1 mit der durch den Linearbeschleuniger 18 hinzugefügten Energie E3 ist. Da Elektronenstrahlen sowohl elektrische als auch magnetische Eigenschaften aufweisen, können sie entweder durch elektrische oder magnetische Felder abgelenkt werden. Demgemäß können die Vorrichtungen 14 und 22 Elektronenstrahlablenkeinrichtungen von beliebigem Typ sein, wenn das gewünschte Ergebnis das Ablenken entweder zunächst der unabhängigen Strahlen auf einen Konvergenzpfad oder das Ablenken des kombinierten Strahls auf zwei getrennte Pfade mit Elektronenstrahlen verschiedener Energie, wie mit 24 und 26 dargestellt, ist.
Fig. 2 zeigt das Konzept von Fig. 1 bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Freie-Elektronen-Lasers, bei dem ein leistungsverstärkender Elektronenstrahlinjektor mit 30 bezeichnet ist und ein Hauptoszillator-Elektronenstrahlinjektor mit 32 bezeichnet ist. Der leistungsverstärkender Injektor 30 führt einen Strahl von Elektronen mit einem ersten Satz von Parametern einem mit 34 bezeichneten Pfad auf einen Ablenkmagneten 36 hin zu. Der Hauptoszillatorinjektor führt einen getrennt festgelegten Elektronenstrahl zu, der durch einen Pfad 38 repräsentiert ist. Der durch 34 repräsentierte Elektronenstrahl weist mehr Anfangsenergie auf als die durch den Strahl 38 repräsentierten Elektronen, und daher wird der durch den Strahl 34 repräsentierte Strom von Elektronen weniger abgelenkt, wie oben in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Die zwei Strahlen 34 und 38 konvergieren demgemäß, um einen durch ein Bezugszeichen 40 gekennzeichneten Strahl von Elektronen zu bilden, der durch einen Linearbeschleuniger 42 beschleunigt wird. Das Ausgangssignal des Linearbeschleunigers wird einem weiteren Ablenkmagneten 44 durch einen mit 46 repräsentierten Elektronenstrom zugeführt. Der Ausgang des Ablenkmagneten liefert zwei durch 48 und 50 repräsentierte Elektronenströme an einen Linearbeschleuniger 52 bzw. einen Hauptoszillator 54. Die in den Linearbeschleuniger 52 eintretenden Elektronen werden mit mehr Energie ausgegeben und in einem weiteren, durch 56 repräsentierten Strahl, an einen Leistungsverstärker 58 ausgegeben. Dem Leistungsverstärker 58 wird ein Lasermoduliersignal vom Hauptoszillator 54 über einen durch ein Bezugszeichen 60 gekennzeichneten Lichtstrahl zugeführt. Der Lichtstrahl 60 wirkt so auf die Elektronen des Strahls 56, daß ein durch ein Bezugszeichen 62 gekennzeichneter Laserstrahl hoher Energie am Ausgang des Leistungsverstärkers 58 ausgegeben wird.
Der Hauptoszillator 54 erfordert es typischerweise nicht, daß dem Strahl 38 soviel Energie zugeführt wird, wie Energie wünschenswerterweise dem Strahl 54 zur Verwendung durch den Leistungsverstärker 58 hinzugefügt werden sollte. Daher fügt der Linearbeschleuniger 42 dem Leistungsverstärker-Elektronenstrom 34 diejenige Menge an Energie zu, die dem Strom 38 für den Hauptoszillator 54 hinzugefügt wird, und dann wird den Leistungsverstärkerelektronen durch den Linearbeschleuniger 52 eine weitere Beschleunigung vermittelt. Die Kosten zum Erzeugen des Gesamtenergiehinzufügevermögens (Hochfrequenzleistungssystem) einer einheitlichen Vorrichtung (Linearbeschleuniger), die die kombinierte Leistung aus 42 und 52 liefert, sind nur bruchteilhaft kleiner als die Kosten für dieses Energiehinzufügevermögen durch Ausbilden der Vorrichtung in einer Weise zum Erzielen der Ströme 50 und 56 durch zwei getrennte Linearbeschleuniger, wie 42 alleine, um einen Strahl 50 zuzüglich 42 und 52 bei aufeinanderfolgendem Aufbau zu erzielen. Jedoch stellt es eine sehr deutliche Kostenersparnis dar, wenn die gesamte dargestellte Vorrichtung dadurch aufgebaut wird, daß der Abschnitt des Linearbeschleunigers 42 nicht als getrennter Linearbeschleuniger gerade nur für den durch den Hauptoszillator verwendeten Elektronenstrahl doppelt ausgebildet werden muß. Wie erkennbar, ist die kombinierte Gesamtenergie, wie sie zum Beschleunigen der Elektronen aufgewandt wird, im wesentlichen dieselbe unabhängig davon, ob sie in zwei getrennten Linearbeschleunigern oder durch die in Fig. 2 dargestellte Konfiguration beschleunigt werden. Die Einsparung bei dieser Vorrichtung liegt nicht in der nach dem Aufbau verwendeten Energie, sondern lediglich im Ausschließen der Kosten des Herstellens des zusätzlichen Linearbeschleunigers. Wie oben angedeutet, sind die Ablenkmagneten 36 und 44 kostenmäßig unbedeutend im Vergleich zu den Linearbeschleunigern, und sie werden typischerweise unter Verwendung einfacher Dipolmagnete hergestellt.
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung repräsentiert eine Anwendung des Konzepts auf eine Doppellaservorrichtung, bei der der Benutzer typischerweise gleichzeitige Laserstrahlen mit zwei verschiedenen Frequenzen wünscht, obwohl in manchen Fällen zwei verschiedene Leistungswerte oder beides wünschenswert sind.
Wie in Fig. 3 dargestellt, liefern ein erster und ein zweiter Elektroneninjektor 75 und 77 mit 79 und 81 bezeichnete Elektronenstrahlen an einen Ablenkmagneten 83, der einen konvergierten Satz von Elektronen, der die Kombination von 79 und 81 repräsentiert, einem Linearbeschleuniger 85 zuführt, der die Elektronen nach der Beschleunigung einem weiteren Ablenkmagneten 87 zuführt, der so betrieben werden kann, daß er die Strahlen in weitere Strahlen 89 und 91 auftrennt, die, wie dargestellt, einem ersten und einem zweiten Laser 93 und 95 zugeführt werden. Gemäß den obigen Lehren ist der Winkel alpha größer als der Winkel beta, da die prozentuale Differenz zwischen den Energiepegeln nach der Beschleunigung kleiner ist als die prozentmäßige Energiedifferenz vor der Beschleunigung. Wie es bekannt ist, weist eine einen Elektronenstrahl höherer Energie empfangende Laservorrichtung typischerweise, wenn auch nicht notwendigerweise, eine höhere Betriebsfrequenz auf.

BETRIEBSWEISE

Ein Hochleistunns-Freie-Elektronen-Laser (FEL) muß eine Hauptoszillator/Leistungsverstärker(MOPA = master oscillator/power amplifier)-Konfiguration aufweisen, um Leistungsbeschränkungen zu verhindern, wie sie durch das Aufheizen von Spiegeln im optischen Resonator der Hauptoszillatorvorrichtung auferlegt werden. Oben wurde darauf Bezug genommen, daß der herkömmliche Aufbaulösungsweg für einen MOPA zwei lineare Elektronenbeschleuniger verwendet, und zwar einen für den Hauptoszillator und einen anderen für den Leistungsverstärker. Das Linearbeschleunigersystem stellt den größten Kostenpunkt bei einem Hochleistungs-FEL dar, und demgemäß ist das Verwenden zweier Linearbeschleuniger für einen FEL mit MOPA-Konfiguration ziemlich teuer.
Es ist dem Fachmann wohlbekannt, daß der Radius der Umlaufbahn eines Elektrons in einem Magnetfeld rechtwinklig zur Geschwindigkeitsrichtung des Elektrons und zum Magnetfeld vom Moment des Elektrons abhängt, und es ist ebenfalls wohlbekannt, daß eine im wesentlichen gleichförmige Beschleunigung von Elektronen in einer Beschleunigerstruktur mit "beta = 1" besteht, in der die Elektronen selbst in solchen Situationen relativistisch sind, in denen ihre Anfangsenergie oder ihre Endenergien nicht gleich sind. Diese bekannten Tatsachen sind die Grundlage für verschiedene Arten von Beschleunigern einschließlich Mikrotronen und Rückführungs- Linearbeschleunigern. Diese Information ist im Buch mit dem Titel "Recirculating Electron Accelerators" von Roy E. Rand, copyright 1984, dargelegt.
Ein Konzept aus dem Stand der Technik (US-A-4,455,277) des Verwendens eines einzigen Linearbeschleunigers für mehrere Strahlen erforderte einen Elektronenstrahlschalter am Ausgang. Eine solche Vorgehensweise ist keine zufriedenstellende Lösung, wenn die Vorrichtungen, die den Elektronenstrahl empfangen, einen hohen Elektronenstrahlstrom und hohe Strahlqualität erfordern. Die Erfindung verwendet getrennte Quellen für die eingehenden Elektronenstrahlen und sie trennt diese Strahlen in eindeutige Ausgangselektronenstrahlen und hat demgemäß die Kontrolle über die Parameter des Spitzenstroms, des mittleren Stroms, der Bündellänge, der Bündelwiederholrate, der Emittanz, der Energieaufweitung und der kinetischen Energie. Die Möglichkeit der unabhängigen Einstellung dieser verschiedenen Parameter der Elektronenstrahlen trägt stark zur Vielseitigkeit der dargestellten Vorrichtung bei.
So ist in Fig. 1 das gemeinsame Element der Erfindung dargestellt, in der mehrere Strahlen (d.h. durch 10 und 12 repräsentierte Strahlen) eine Einwirkung durch eine Elektronenstrahlablenkeinrichtung wie einen Ablenkmagneten 14 erfahren, um Konvergenz dieser zweier Strahlen in einen einzigen Pfad, wie den Pfad 16, zu erzielen, der durch den einzigen Linearbeschleuniger 18 zu beschleunigen ist und dann durch eine weitere Ablenkeinrichtung wie einen Ablenkmagneten 22 in die zwei nutzbaren freien Elektronenstrahlen 24 und 26 aufgeteilt wird, wobei jeder seine ursprünglichen Parameter in ausreichend veränderter Form mit Ausnahme eines verstärkten Anteils der kinetischen Energie beibehält.
Wenn nun auf Fig. 3 Bezug genommen wird, ist das Konzept von Fig. 1 auf sehr augenscheinliche Weise auf einen Lösungsweg für eine Vorrichtung oder ein Gerät zum Erzeugen von Laserausgangsstrahlen zweier verschiedener Arten, wie mit verschiedenen Frequenzen oder verschiedenen Stärken usw., anwendbar. Es ist hervorzuheben, daß diese zwei Laserstrahlen gleichzeitig ausgegeben werden können, falls erwünscht.
Die Anwendung des Konzepts von Fig. 1 auf Fig. 2 nutzt wiederum zwei verschiedene mit 34 und 38 bezeichnete Elektronenstrahlen mit verschiedenen Parametern, die durch einen Ablenkmagneten 36 auf einen gemeinsamen Pfad abgelenkt werden, auf einen höheren Energiewert beschleunigt werden und dann durch den Ablenkmagneten 44 in zwei Strahlen 48 und 50 aufgeteilt werden. Der durch das Bezugszeichen 50 gekennzeichnete Elektronenstrahl weist einen niedrigeren Energiewert auf. Dieser Elektronenstrahl wird innerhalb des Hauptoszillators 54 dazu verwendet, den mit 60 bezeichneten Lichtstrahl zu erzeugen. Dem mit 48 repräsentierten Elektronenstrahl ist ein weiterer Energieanteil durch den mit 52 bezeichneten Abschnitt des Linearverstärkers hinzugefügt, um einen Elektronenstrom mit höherer Energie zu schaffen, wie er mit 56 bezeichnet ist. Der Leistungsverstärker 58 weist Wechselwirkung mit dem Elektronenstrom 56 und dem Lichtstrahl 60 auf, um einen Lichtstrahl höherer Leistung zu erzeugen, wie er mit 62 dargestellt ist.
Wie es vom Fachmann erkennbar ist, sind alle Komponenten von Fig. 2 Standardkomponenten, und sie wurden in anderen Ausführungsbeispielen verwendet, mit Ausnahme der Verwendung des gemeinsamen Linearbeschleunigers 42 und der Ablenkmagnete 36 und 44, um zunächst den Elektronenstrahl zur Beschleunigung durch einen gemeinsamen Linearbeschleuniger zu konvergieren, und um dann die Strahlen zur Verwendung durch den Hauptoszillator 54 und die Kombination des Linearverstärkers 52 und des Leistungsverstärkers 58 aufzutrennen.

Claims

1. Mehrzwecklaservorrichtung mit freien Elektronen, die in Kombination folgendes aufweist:

- eine erste Elektroneninjiziervorrichtung zum Erzeugen eines ersten Stroms (10) von Elektronen mit einem ersten Energiewert;

- eine zweite Elektroneninjiziereinrichtung zum Erzeugen eines zweiten Stroms (12) von Elektronen mit einem zweiten Energiewert, der höher ist als der erste Energiewert;

- eine dritte Linearbeschleunigereinrichtung (18) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung zum Erhöhen der Energie beliebiger durch sie zwischen der Eingangs- und der Ausgangseinrichtung durchlaufender Elektronen um einen vorgegebenen Wert;

- eine vierte Ablenkmagneteinrichtung (14) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung, die zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung und der dritten Einrichtung auf eine Weise angeordnet ist, durch die der erste Strom von Elektronen mehr als der zweite Strom von Elektronen abgelenkt wird, und durch die die zwei Strahlen nach dem Austritt aus der Ausgangseinrichtung der vierten Einrichtung auf dem Weg zur dritten Einrichtung einem gemeinsamen Pfad (16) folgen;

- eine fünfte Lasteinrichtung zum Empfangen des ersten Strahls (26) von Elektronen und zum Erzeugen eines Ausgangslichtstrahls hieraus;

- eine sechste Lasteinrichtung zum Empfangen des zweiten Strahls (24) von Elektronen und zum Erzeugen eines Ausgangslichtstrahls hieraus; und

- eine siebte Magnetablenkeinrichtung (22) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung, die zwischen der dritten Einrichtung und der fünften und sechsten Einrichtung auf eine Weise angeordnet und ausgerichtet ist, durch die der erste Strahl von Elektronen mehr als der zweite Strahl von Elektronen abgelenkt wird, und durch die die zwei Strahlen ferner einem gemeinsamen Pfad (20) in die siebte Einrichtung folgen, während sie abhängig von ihren jeweiligen Strahlenergiewerten auf getrennten Pfaden zur fünften und sechsten Einrichtung austreten.

2. Laservorrichtung mit freien Elektronen und mit einem Hauptoszillator/Leistungsverstärker, die in Kombination folgendes aufweist:

- eine erste Hauptoszillator-Elektroneninjiziereinrichtung (32) zum Erzeugen eines ersten Stroms (38) von Elektronen mit einem ersten Energiewert;

- eine zweite Leistungsverstärker-Elektroneninjiziereinrichtung (30) zum Erzeugen eines zweiten Stroms (34) von Elektronen mit einem zweiten Energiewert, der höher als der erste Energiewert ist;

- eine dritte Linearbeschleunigereinrichtung (42) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung zum Erhöhen des Moments beliebiger durch ihn laufender Elektronen zwischen der Eingangs- und der Ausgangseinrichtung um einen vorgegebenen Wert;

- eine vierte Strahlablenkeinrichtung (36) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung, die zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung und der dritten Einrichtung angeordnet und auf eine Weise angeordnet ist, durch die der erste Strom von Elektronen stärker als der zweite Strom von Elektronen abgelenkt wird, und durch die die zwei Strahlen nach dem Austritt aus der Ausgangseinrichtung der vierten Einrichtung auf dem Weg zur dritten Einrichtung einem gemeinsamen Pfad (40) folgen;

- eine fünfte Hauptoszillatoreinrichtung (54) zum Empfangen des ersten Stroms (50) von Elektronen und zum Erzeugen eines Ausgangslichtstrahls (60) mit vorgegebener Grundfrequenz hieraus;

- eine sechste Linearbeschleunigereinrichtung (52) zum Empfangen des zweiten Stroms (48) von Elektronen und zum Ausgeben dieses zweiten Stroms von Elektronen (56) mit höherem Energiewert;

- eine siebte Strahlablenkeinrichtung (44) mit einer Eingangs- und Ausgangseinrichtung, die zwischen der dritten Einrichtung und der fünften und der sechsten Einrichtung angeordnet und in solcher Weise ausgerichtet ist, daß der erste Strom von Elektronen stärker als der zweite Strom von Elektronen abgelenkt wird, und daß ferner die zwei Strahlen einem gemeinsamen Pfad (46) in die siebte Einrichtung folgen, während sie abhängig von ihren jeweiligen Strahlenergiewerten auf getrennten Pfaden zur fünften und sechsten Einrichtung austreten; und

- eine achte Leistungsverstärkereinrichtung (58) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung zum Empfangen des Lichtstrahls und des Elektronenstroms aus der fünften bzw. sechsten Einrichtung, wobei die achte Einrichtung ein Laserausgangssignal (62) mit der Grundfrequenz des Strahls vom Hauptoszillator erzeugt.

3. Mehrfrequenz-Laservorrichtung mit freien Elektronen, die in Kombination folgendes aufweist:

- eine erste Elektroneninjiziereinrichtung (77) zum Erzeugen eines ersten Stroms (81) von Elektronen mit einem ersten Energiewert;

- eine zweite Elektroneninjiziereinrichtung (75) zum Erzeugen eines zweiten Stroms (79) von Elektronen mit einem zweiten Energiewert, der höher als der erste Energiewert ist;

- eine dritte Linearbeschleunigereinrichtung (85) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung zum Erhöhen des Moments beliebiger durch ihn zwischen der Eingangs- und der Ausgangseinrichtung laufender Elektronen um einen vorgegebenen Wert;

- eine vierte Strahlablenkeinrichtung (83) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung, die zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung und der dritten Einrichtung angeordnet ist und auf eine Weise ausgerichtet ist, durch die der erste Strom von Elektronen stärker als der zweite Strom von Elektronen abgelenkt wird, und durch die ferner die zwei Strahlen beim Austritt aus der Ausgangseinrichtung der vierten Einrichtung auf dem Weg zur dritten Einrichtung einem gemeinsamen Pfad folgen;

- eine fünfte Lasereinrichtung (95) zum Empfangen eines Stroms von Elektronen (91) und zum Erzeugen eines Ausgangslichtstrahls mit einer ersten Frequenz hieraus;

- eine sechste Lasereinrichtung (93) zum Empfangen eines Stroms von Elektronen (89) und zum Erzeugen eines Ausgangslichtstrahls mit zweiter Frequenz hieraus; und

- eine siebte Stahlablenkeinrichtung (87) mit einer Eingangs- und einer Ausgangseinrichtung, die zwischen der dritten Einrichtung und der fünften und sechsten Einrichtung angeordnet und auf eine Weise ausgerichtet ist, durch die der erste Strom von Elektronen stärker als der zweite Strom von Elektronen abgelenkt wird, und durch die ferner die zwei Strahlen einem gemeinsamen Pfad in die siebte Einrichtung folgen, während sie abhängig von ihren jeweiligen Strahlenergiewerten auf getrennte Pfade zur fünften und sechsten Einrichtung austreten.

4. Verfahren zum Verwenden eines einzelnen Linearbeschleunigers zum Erhöhen des Moments jeder von mehreren Strömen von Elektronen, die gleichzeitig durch ihn hindurchlaufen, das die folgenden Schritte aufweist:

- gleichzeitiges Zuführen mehrerer Ströme (10, 12) von Elektronen mit verschiedenen Parametern zu einer Elektronenstrahlablenkeinrichtung (14) unter verschiedenen Winkeln, wodurch die Ströme der Elektronen abhängig von ihren Energiewerten so abgelenkt werden, daß die mehreren Elektronenströme bei Erregung der Elektronenstrahlablenkeinrichtung auf einen gemeinsamen Pfad (16) konvergieren;

- Erhöhen des Energiewertes aller Elektronen im Strom mit dem gemeinsamen Pfad um im wesentlichen denselben Wert unter Verwendung eines einzigen Linearbeschleunigers (18), um einen Ausgangselektronenstrom hoher Energie zu bilden; und

- Neufestlegen mehrerer Ströme (24, 26) von Elektronen, von denen jeder Parameter aufweist, die eine Funktion der Parameter der ursprünglichen mehreren Ströme sind, dadurch, daß der Ausgangsstrom aus dem Linearbeschleuniger durch eine weitere Elektronenstrahlablenkeinrichtung (22) geleitet wird.

5. Verfahren zum Verwenden eines einzigen Linearbeschleunigers zum Erhöhen des Moments zweier getrennter Ströme von Elektronen, die gleichzeitig durch ihn hindurchlaufen, mit den folgenden Schritten:

- gleichzeitiges Zuführen zweier Ströme (10, 12) von Elektronen mit verschiedenen Energiewerten aus zwei verschiedenen Winkeln zu Konvergenzpfaden;

- Ablenken der Konvergenzpfade der Elektronen, wobei der Strom der Elektronen mit der höchsten Energie am geringsten abgelenkt wird, wodurch die zwei Ströme von Elektronen auf einen gemeinsamen Pfad (16) konvergieren;

- Zuführen zusätzlicher Energie mit demselben Unterschiedbetrag zu jedem der zwei Ströme von Elektronen, die entlang dem gemeinsamen Pfad durchlaufen, unter Verwendung eines einzigen Linearbeschleunigers (18); und

- Ablenken der aus dem Linearbeschleuniger austretenden Elektronen, wodurch die Elektronen mit der geringsten Energie am stärksten abgelenkt werden, wodurch zwei getrennte Strahlen (24, 26) von Elektronen mit zwei verschiedenen Energiewerten neu gebildet werden.

6. Vorrichtung zur Verwendung eines einzigen Linearbeschleunigers zum Erhöhen des Moments zweier getrennter Ströme von Elektronen, die gleichzeitig durch ihn hindurchlaufen, die in Kombination folgendes aufweist:

- eine erste Elektronenstahlzuführeinrichtung zum gleichzeitigen Zuführen zweier Strahlen (10, 12) von Elektronen mit verschiedenen Energiewerten unter zwei verschiedenen Winkeln auf Konvergenzpfade;

- eine zweite Elektronenstrahlablenkeinrichtung (14), die in der Nähe der Pfade der konvergierenden Elektronenstrahlen zum Ablenken der Elektronen angeordnet ist, wodurch der Strom von Elektronen mit der höchsten Energie am geringsten abgelenkt wird, so daß die zwei Elektronenströme auf einen gemeinsamen Pfad konvergieren und als einziger Elektronenstrom ausgegeben werden;

- eine dritte Linearbeschleunigereinrichtung (18), die im Pfad des einzigen Elektronenstroms angeordnet ist, um ihm zusätzliche Energie zu verleihen, und um einen weiteren Einzelelektronenstrahl (20) hoher Energie als Ausgangsstrahl zu erzeugen; und

- eine vierte Elektronenstrahlablenkeinrichtung (22), die im Pfad des weiteren Einzelelektronenstrahls angeordnet ist, wie er von der dritten Einrichtung ausgegeben wird, um die aus der dritten Einrichtung austretenden Elektronen so abzulenken, daß zwei getrennte Strahlen (24, 26) von Elektronen mit zwei verschiedenen Energiewerten neu gebildet werden.

7. Vorrichtung zur Verwendung eines einzigen Linearbeschleunigers zum Erhöhen des Moments jedes von mehreren Strömen von Elektronen, die gleichzeitig durch ihn hindurchlaufen, die in Kombination folgendes aufweist:

- eine erste Elektronenzuführeinrichtung zum gleichzeitigen Zuführen mehrerer Ströme (10, 12) von Elektronen mit verschiedenen Parametern unter verschiedenen Winkeln in solcher Weise, daß die Elektronenströme im wesentlichen auf einen gemeinsamen Konvergenzpunkt gerichtet sind;

- eine zweite Elektronenstrahlablenkeinrichtung (14), die so angeordnet ist, daß sie alle der mehreren Elektronenstrahlen empfängt, wobei die Elektronenstrahlen abhängig von ihren Energiewerten in solcher Weise abgelenkt werden, daß die mehreren Elektronenströme auf einen gemeinsamen Pfad (16) konvergieren, nachdem sie aus der zweiten Elektronenstrahlablenkeinrichtung ausgetreten sind;

- eine dritte Linearbeschleunigereinrichtung (18), die im gemeinsamen Pfad der aus der zweiten Einrichtung austretenden Elektronen angeordnet ist, um die Energiewerte aller Elektronen im Strom mit dem genannten gemeinsamen Pfad zu erhöhen, um einen Ausgangselektronenstrom (20) hoher Energie zu bilden; und

- eine vierte Elektronenstrahlablenkeinrichtung (22), die so angeordnet ist, daß sie den Ausgangselektronenstrom hoher Energie empfängt, um die mehreren Ströme (24, 26) von Elektronen, die jeweils Parameter aufweisen, die eine Funktion der Parameter der ursprünglichen mehreren Ströme sind, dadurch neu bilden, daß der Ausgangsstrom aus dem Linearbeschleuniger durch ein Elektronenstrahlablenkfeld geleitet wird.