FR2472292A1 - Laser a electrons libres utilisant un accelerateur lineaire catalytique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN LASER A ELECTRONS LIBRES UTILISANT UN CATALAC. IL COMPREND UN MOYEN 78 QUI PRODUIT UN FAISCEAU ELECTRONIQUE, UN DISPOSITIF PULSATEUR 92 QUI INDUIT DES OSCILLATIONS TRANSVERSALES DANS LEDIT FAISCEAU ELECTRONIQUE, UN MOYEN 90, 98 QUI DIRIGE LEDIT FAISCEAU ELECTRONIQUE DANS UNE BOUCLE FERMEE, UN MOYEN ACCELERATEUR DECELERATEUR DU TYPE CATALAC 80 QUI ACCELERE LE FAISCEAU ELECTRONIQUE LORS D'UN PASSAGE INITIAL DANS LE MOYEN ACCELERATEUR-DECELERATEUR DU TYPE CATALAC ET QUI DECELERE LE FAISCEAU ELECTRONIQUE LORS D'UN DEUXIEME PASSAGE DANS LE MOYEN ACCELERATEUR-DECELERATEUR DU TYPE CATALAC AFIN D'EXTRAIRE DE L'ENERGIE DU FAISCEAU ELECTRONIQUE ET DE TRANSFERER CETTE ENERGIE AUX CHAMPS D'ACCELERATION DU MOYEN ACCELERATEUR-DECELERATEUR DU TYPE CATALAC ET UN MOYEN SUPPLEMENTAIRE 86 ACCELERATEUR-DECELERATEUR DU TYPE CATALAC.

Description

La présente invention concerne de façon générale les

lasers et, plus particulièrement, les lasers à électrons libres.

Depuis la découverte du concept du premier laser, la communauté scientifique a montré un grand intérêt pour la mise au point d'un laser de haute puissance qui pourrait être accordé de façon continue sur une large gamme de fréquence. Un laser de haute puissance qui pourrait être accordé de cette manière se révélerait

très utile dans les applications à la chimie industrielle pour four-

nir de l'énergie à des réactions spécifiques. Par exemple, un tel laser pourrait être utilisé comme source pour nettoyer les gaz d'échappement résultant de la combustion en décomposant de façon sélective des substances nocives, ou pour purifier des produits

destinés à être utilisés dans des traitements chimiques en détrui-

sant sélectivement des agents de contamination, par exemple des impuretés altérant les catalyseurs utilisés dans le processus de

gazéification du charbon.

Avec l'apparition du laser à gaz moléculaire, les hautes puissances ont pu être atteintes. Toutefois, ces lasers ne peuvent

pas âtre accordés de façon continue au-delà d'une gamme de fré-

quence très restreinte et ne produisent qu'un ensemble spécifique

de fréquences qui dépendent du milieu laser gazeux.

Le concept selon lequel on peut extraire un rayonnement

optique cohérent d'un faisceau d'électrons relativistes, c'est-à-

dire celui du "laser à électrons libres", a d'abord été décrit par J. M. J. Madey de Stanford, en 1971. J. M. J. Madey et col. ont démontré ultérieurement l'existence d'un effet laser à partir d'un rayonnement de freinage stimulé dans l'accélérateur linéaire de Stanford, ainsi que cela est décrit dans Phys. Rev. Letts., 38 892 (1977). Grâce à un effort commun du Columbia University Laboratory

et du Naval Research Laboratory, il a été produit un laser fonction-

nant sur le principe de la diffusion de Raman par des électrons libres, ainsi que cela a été décrit par D. B. McDermott et col., Phys. Rev. Letts. , 41 1368 (1978). L'annonce de la découverte du "laser à électrons libres" a soulevé une grande émotion dans le milieu scientifique, puisque les lasers à électrons libres peuvent produire à faible coût des puissances excessivement élevées suivant

des fréquences accordables de façon continue.

En plus du fait que les fréquences sont accordables de façon continue et que les puissances de sortie sont potentiellement élevées, les lasers à électrons libres offrent l'avantage supplémentaire qui résulte de l'absence d'un milieu laser, tel que fluide, gaz ou solide, ce milieu tendant à limiter la puissance et la résolution optique en raison d'effets de distorsion optique linéaires et non

linéaires dans le milieu laser.

De plus, on élimine ainsi les systèmes de circulation et la puissance nécessaire au pompage du milieu laser moléculaire gazeux

pour les lasers à liquides et gaz moléculaires.

Parmi d'autres applications de lasers à électrons libres de haute fréquence, on note les applications militaires impliquant leur utilisation à bord de navires, ainsi que la défense locale contre

les missiles de croisière, les transmissions et la détection sous-

marines, la transmission de puissance à destination de satellites, et même éventuellement la propulsion relative aux manoeuvres dans

l'espace. Les applications industrielles des lasers signalées ci-

dessus comprennent également la séparation isotopique par laser, l'usinage par laser et une possible transmission de puissance de

stations spatiales solaires à la Terre.

Toutefois, jusqu'à ce jour, seuls des rendements faibles ont été obtenus ou envisagés à partir des divers types de lasers à électrons libres proposés présentant des longueurs d'onde inférieures au proche infrarouge. Le concept d'accélérateur-décélérateur en courant continu décrit par L. R. Elias, Phys. Rev. Letts. 42, 977 (1979) permet d'obtenir de bons rendements aux longueurs d'onde

plus élevées (par exemple X} 10 Spum).

Par conséquent, une énergie d'entrée énorme et des inves-

tissements en capitaux très importants sont nécessaires pour faire fonctionner des lasers à électrons libres aux courtes longueurs d'onde (par exemple X C 1 pm) et aux puissances de sortie élevées, ce qui affecte nécessairement l'utilisation du laser à électrons libres dans les diverses applications indiquées ci-dessus, puisque nombre d'entre

elles demandent des longueurs d'onde de fonctionnement plus courtes.

L'invention a donc pour objet de proposer un laser à

électrons libres perfectionné.

Elle a également pour objet de proposer un laser à électrons

libres à rendement élevé.

Selon un autre but, elle propose un laser à électrons

libres présentant un fonctionnement fiable.

Selon un autre but, elle propose un laser à électrons libres permettant de produire des puissances de sortie élevées avec de forts rendements aux longueurs d'onde plus courtes que le proche infrarouge. Selon un autre but, elle propose un ensemble générateur

de puissance par faisceau électronique pour laser à électrons libres.

L'invention permet de surmonter les inconvénients et les limitations de la technique antérieure en ce qui concerne les lasers à électrons libres et'les ensembles générateurs de puissance par

faisceau électronique pour lasers à électrons libres.

Le laser à électrons libres de l'invention comprend un moyen qui produit un faisceau électronique, un dispositif pulsateur

qui induit des oscillations transversales dans le faisceau électro-

nique, un moyen qui dirige le faisceau électronique suivant une boucle fermée, et un moyen accélérateur-décélérateur (accélérateur linéaire catalytique, que l'on appellera "catalac") qui accélère le

faisceau électronique lors d'un passage initial dans le moyen accé-

lérateur-décélérateur et qui décélère le faisceau électronique lors d'un deuxième passage dans le moyen accélérateur-décélérateur afin d'extraire de l'énergie du faisceau électronique et de transformer

cette énergie en champs d'accélération du moyen accélérateur-décé-

lérateur. De plus, l'ensemble générateur de puissance par faisceau électronique pour laser à électrons libres comportant un dispositif pulsateur qui extrait de l'énergie d'un faisceau d'électrons à un niveau énergétique prédéterminé..afin de produire un rayonnement cohérent comprend un moyen qui produit le faisceau électronique, un moyen qui dirige le faisceau électronique suivant une boucle fermée, et un moyen accélérateur-décélérateur (catalac) qui accélère le faisceau électronique jusqu'au niveau d'énergie prédéterminé en vue de son application au dispositif pulsateur et qui décélère le faisceau d'électrons sortant du dispositif pulsateur afin d'extraire de l'énergie du faisceau d'électrons et de transformer cette énergie

en champs d'accélération du moyen accélérateur-décélérateur.

L'avantage de l'invention est qu'il est possible de pro-

duire un rayonnement optique cohérent à des longueurs d'onde plus courtes que le proche infrarouge dans un laser à électrons libres

qui peut être accordé en continu sur une large gamme de fréquence.

L'invention permet de produire une puissance de sortie élevée à un

coût économique dans un dispositif utilisant la technologie des accé-

lérateurs de haute fréquence (radiofréquence) qui est parfaitement

au point et est d'un fonctionnement fiable.

La description suivante, conçue à titre d'illustration de

l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses carac-

téristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma simplifié illustrant la région d'interaction du laser à électrons libres;

- la figure 2 est un schéma simplifié illustrant un dis-

positif laser à électrons libres à un seul passage;

- la figure 3 est un schéma simplifié illustrant un dis-

positif laser à électrons libres à anneau de stockage;

- la figure 4 est un schéma simplifié illustrant un dis-

positif laser à électrons libres à récupération en courant continu - la figure 5 est un schéma simplifié d'un dispositif de récupération d'énergie accélérateur-décélérateur de haute fréquence à,canalisation (catalac) illustrant le concept de l'invention - la figure 6 est un schéma simplifié illustrant le concept de fonctionnement du laser à électrons libres constituant le mode de réalisation préféré de l'invention; - la figure 7 est un schéma simplifié illustrant les éléments constitutifs du laser à électrons libres à catalac qui est représenté sur la figure 6;

- la figure 8 est un graphe donnant la densité d9élec-

trons en fonction de l'énergie des électrons sortant d'un dispositif

pulsateur choisi comme exemple destiné à être utilisé dans l'inven-

tion;

- la figure 9 est un schéma simplifié d'un laser à élec-

trons libres à catalac utilis.nt un catalac supplémentaire t472Q9a - la figure 10 est un schéma simplifié d'un laser à électrons libres à catalac utilisant un accélérateur linéaire (linac) injecteur selon le mode de réalisation préféré de l'invention;

- la figure 11 est un schéma simplifié d'un laser à élec-

trons libres à catalac utilisant un accélérateur linéaire postérieur

(post-linac); -

- la figure 12 est un schéma simplifié d'un laser à élec-

trons libres à catalac utilisant un catalac et un catalac supplé-

mentaire disposés en ligne avec le faisceau laser;

- la figure 13 est un schéma simplifié d'un laser à élec-

trons libres à catalac utilisant un catalac supplémentaire et une configuration de dispositif pulsateur décalée;

- la figure 14 est un schéma simplifié d'un laser à élec-

trons libres à catalac montrant l'utilisation de nombreux étages de catalacs supplémentaires servant à extraire de nombreux niveaux d'énergie du faisceau électronique - la figure 15 est un schéma simplifié d'un résonateur en anneau; et - la figure 16 est un schéma simplifié d'une configuration utilisant les lasers à électrons libres à catalac comme amplificateur

laser d'un laser oscillateur-pilote.

Sur la figure 1, est représentée la région d'interaction d'un laser à électrons libres qui produit et amplifie un rayonnement

cohérent selon l'invention. Un champ pulsateur 10 est un champ magné-

tique statique spatialement oscillant qui est produit;par un dispo-

sitif pulsateur du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 822 410, sous le titre "Stimulated Emission of Radiation in Periodically Deflected Electron Beams", délivré le 2 juillet 1974 à Madey et col. Le champ laser optique 12 est transversal par rapport à l'axe optique 14, comme le montre la figure 1. Pour que le champ laser optique 12 ait des interactions avec le faisceau électronique 16 et, par conséquent, travaille aux dépens du faisceau électronique 16, il faut que les électrons du faisceau 16 aient une composante de

vitesse perpendiculaire à l'axe optique. Le champ pulsateur 10 éta-

blit un champ magnétique périodique alternant afin de produire des ondulations dans le faisceau électronique 16 lorsque celui-ci passe dans le dispositif pulsateur, ce qui induit une vitesse transversale dans le faisceau électronique 16 et permet l'interaction du champ laser optique 12 avec les électrons du faisceau 16. Par suite de cette interaction, un certain nombre des électrons du faisceau 16 sont accélérés par l'interaction du faisceau 16 avec le champ laser optique 12, tandis que certains autres sont décélérés, selon la

phase initiale des électrons dans le champ optique 12. Cette accélé-

ration et cette décélération d'électrons font que les électrons du

faisceau 16 se regroupent en paquets. Lorsque les paquets d'élec-

trons oscillent dans le champ pulsateur 10, ces paquets se mettent en phase par rapport au champ optique de telle façon que le champ optique décélère les paquets en extrayant de l'énergie. La mise en phase se produit lorsque la longueur d'onde optique, l'énergie des électrons, le champ et la période du dispositif pulsateur sont

ajustés de façon convenable. la période spatiale du dispositif pul-

sateur produisant le champ pulsateur 10 et l'énergie des électrons du faisceau 16 déterminent la fréquence du rayonnement cohérent

optique produit par le laser à électrons libres. La relation nomi-

dale existant entre le nombre d'onde (kw) du pulsateur et le nombre d'onde (ks) optique est la suivante k = k (l + e2B2/m2c2)/2 w s o: c = vitesse de la lumière e = charge de l'électron m = masse au repos de B = champ magnétique du pulsateur l'électron Y = facteur de masse relativiste ce qui est désigné comme étant la condition de résonance. Un faisceau électronique se déplaçant dans un dispositif pulsateur de nombre d'onde kw uniforme et de champ magnétique B et satisfaisant à la condition de résonance n'émet aucun rayonnement, mais se groupe en

paquets à la longueur d'onde optique. Si le nombre d'onde du pulsa-

teur est légèrement inférieur à celui correspondant à la condition de résonance, le faisceau électronique se groupe et rayonne en même

temps, ce qui augmente l'énergie du champ de rayonnement. Un dispo-

sitif pulsateur à bobine hélicoïdale, choisi à titre d'exemple, permettant de produire le champ magnétique pulsateur ondulé 10, est

décrit par D. A. G. Deacon et col., "Phys. Rev. Letts., 38 892 (1977).

En outre, un ensemble d'anneaux de conduction qui créent une ondu-

lation dans un champ solénoidal en vue de la production du champ

pulsateur 10 est décrit par D. B. McDermott et col., Phys. Rev.

Letts., 41 1368 (1978). De plus, un agencement approprié d'aimants permanents permet de produire un champ pulsateur 10. La figure 2 illustre schématiquement un dispositif laser

à électrons libres à un seul passage, dans lequel le faisceau élec-

tronique 18 est accéléré dans un accélérateur linéaire (linac) 20 ou un autre dispositif accélérateur, et est appliqué à un dispositif

pulsateur dans lequel une fraction de l'énergie du faisceau électro-

nique est extraite sous forme d'énergie laser. Puisque le rendement d'extraction de l'énergie. laser par le dispositif pulsateur est faible, le rendement global du dispositif à un seul passage, présenté sur la figure 2, a une valeur encore plus faible. Puisque le coût

général du système dépend de la puissance d'entrée, l'approche illus-

trée sur la figure 2 est coûteuse, malgré sa simplicité, lorsqu'il

faut produire une puissance laser de sortie élevée.

La figure 3 illustre schématiquement un dispositif à anneau de stockage, qui fait usage de l'énergie restant dans le faisceau électronique 22 sortant du dispositif pulsateur 26, en réaccélérant le faisceau électronique 22 dans un linac 24 d'une

- quantité égale à l'énergie extraite par le dispositif pulsateur.

Ceci peut être obtenu par réinsertion du faisceau électronique 22 sortant du dispositif pulsateur 26 dans l'entrée du linac 24 en vue d'une accélération. L'inconvénient du dispositif à anneau de stockage illustré sur la figure 3 est -que la distribution des quantités de mouvement du faisceau électronique s'élargit dans le dispositif pulsateur du laser à électrons libres. Ainsi, certains électrons sont décélérés plus que d'autres en fonction de leur phase relativement au

champ laser. Cet élargissement de la distribution des quantités de mou-

vement doit être amorti par un rayonnement synchrotron ailleurs dans l'anneau de recirculation 28 avant que le faisceau électronique 22 ne puisse être réaccéléré et réutilisé dans le dispositif pulsateur du laser à électrons libres. La complexité d'un anneaude stockage approprié exige des investissements en capitaux importants et, en tout cas,

les pertes synchrotroniques nécessaires au rétrécissement du fais-

ceau diminuent de façon notable les rendements qui pourraient fina-

lement Etre obtenus.

La figure 4 illustre un dispositif de récupération en courant continu qui évite les problèmes de dégradation de la qualité du faisceau électronique au moyen d'un ensemble de réaction élec- trique en courant continu tel que décrit par L. R. Elias dans un article cité ci-dessus. La récupération d'énergie s'effectue au

moyen d'un accélérateur 30 en courant continu qui utilise un collec-

teur 34 rétropolarisé pour décélérer le faisceau après son passage

dans le dispositif pulsateur 32. Seule une petite alimentation élec-

trique 36 est nécessaire pour ramener le courant à son potentiel élevé initial. Toutefois, l'approche par dispositif de récupération en courant continu qui est illustrée sur la figure 4 se limite aux faibles énergies de faisceau électronique et, par conséquent, aux

grandes longueurs d'onde laser, c'est-à-dire x > 10um.

La figure 5 illustre le concept de dispositif récupé-

rateur d'énergie accélérateur-décélérateur de haute fréquence, qui est utilisé selon l'invention. Les éléments constitutifs principaux qui illustrent le concept de l'invention comprennent un injecteur 38, un accélérateur linéaire catalytique (catalac) 40 et un dispositif pulsateur 46. Des mécanismes de transport de faisceau dirigent le faisceau électronique produit par l'injecteur 38 dans une boucle

fermée passant par le catalac 40. Le catalac 40 agit comme un cata-

lyseur en ce sens qu'il fixe les conditions nécessaires dans le faisceau pour amener un effet laser dans le laser à électron libre à catalac sans que celui-ci ne soit affecté par la charge du faisceau,

d'o le nom de catalac, soit "accélérateur linéaire catalytique".

En fonctionnement, l'injecteur 38 produit un faisceau électronique 41 qui est accéléré pendant un passage initial dans le catalac 40. Le faisceau électronique est ensuite envoyé dans le dispositif pulsateur 46 qui extrait l'énergie laser. Le faisceau électronique 48 sortant du dispositif pulsateur 46 est envoyé dans le catalac 40, en déphasage par rapport aux champs accélérateurs du catalac 40, si bien que de l'énergie est extraite du faisceau

électronique 48 et est transformée en énergie des champs accéléra-

teurs du catalac 40 afin d'exciter le faisceau électronique 41.

Les électrons décélérés dans le faisceau électronique 48 sont

ensuite déchargés dans un dispositif 42 d'élimination de faisceau.

Les problèmes liés a l'étalement énergétique du faisceau d'élec-

trons qui apparaissaient dans le dispositif à anneau de stockage de la figure 3 sont donc évités dans le dispositif de l'invention, puisque les électrons ne sont pas réutilisés comme c'était le

cas dans le dispositif de la figure 3.

La figure 6 illustre de façon plus détaillée le fonc-

tionnement du dispositif récupérateur d'énergie accélérateur-

décélérateur de haute fréquence qui est présenté sur la figure 5, ce dispositif étant appelé "laser h électrons libres à catalac" et constituant une forme de réalisation de l'invention. L'invention

utilise un dispositif accélérateur linéaire (linac) de haute fré-

quence (radiofréquence) dans lequel des champs de haute fréquence, comme des champs de micro-ondes, sont appliqués à des cavités

résonnantes afin d'accélérer le faisceau électronique. La techno-

logie des dispositifs linac de haute fréquence est parfaitement mise au point, et ces dispositifs ont montré qu'ils possédaient un rendement élevé et une excellente fiabilité. A titre d'exemple, on exposera brièvement le cas d'un laser à électros libres de

puissance moyenne 10 MW et de longueur d'onde lffm, pour des para-

mètres appropriés.

Comme le montre la figure 6, un injecteur 50 produit

un faisceau électronique 52 de 2 MeV qui est envoyé, par des méca-

nismes connus, dans un catalac 54. Le catalac comprend un certain nombre d'accélérateurs de haute fréquence de type connu tels que décrit dans l'article "Computer Designed 905 MHz Proton Linac Cavities" de Harry C. Hoyt et col., paru dans Rev. of Sci. Instrums., Vol. 37, n. 6, pp. 755762, juin 1966, l'article "Coupled Resonator Model for Standing Wave Accelerator Tanks" de D. E. Nagle et col., Rev. of Sci. Instrums., Vol. 38, n.11, pp. 1538-1587, Novembre 1967, et l'article "Standing Wave High Energy Linear Accelerator Structures" de E. A. Knapp et coL, Rev. of Sci. Instrums., Vol. 38,

n. 7, pp. 979-991, juillet 1968, ou la structure à disques et ron-

delles telle que décrite dans les articles "High Energy Accelerator Structures for High Gradient Proton Linac Applications" de J. J. Manca et col., IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS24, n. 3, juin 1977, et "Experimental and Calculated RF Properties of the Disk and Washer Structure" de J. M. Potter et col, IEEE

Transactions on Nuclear Science, Vol. NS 26, n. 3, juin 1979.

Naturellement, tout accélérateur de haute fréquence approprié per- mettant d'accélérer des faisceaux électroniques de plusieurs ampères de courant de pic peut être utilisé selon l'invention, comme par exemple la structure à cavité décrite dans l'article intitulé "Beam Test With S-Band Standing Wave Accelerators Using On-Axis Couplers" de S. O. Schriber et col.,paru dans Proceedings of 1972

Proton Linear Accelerator Conference, Octobre 10-13, 1972.

L'injecteur 50 comprend n'importe quel injecteur appro-

prié produisant des courants de plusieurs ampères, tel que l'injec-

teur utilisé dans l'accélérateur linéaire de Stanford qui est décrit dans le texte "The Stanford Two-Mile Accelerator" de R. B. Neal, W. A. Benjamin Inc., New York 1968 au chapitre 8, Injector pp. 241-271. De même, les injecteurs décrits dans les articles intitulés "Performance of 140 MeV High Current Short Pulse Linac at ORNL" de N. C. Pering etcol., paru dans IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS 16, n. 3, juin 1969, et "Subnanosecond High Intensity Beam Pulse" de G. Mavrogenes etcol,, paru dans IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS 20, n. 3, juin 1973, constituent d'autres injecteurs appropriés à une utilisation selon l'invention.

Comme le montre encore la figure 6, le faisceau élec-

tronique 52 (cercles noirs) produit par l'injecteur 50 est envoyé dans le catalac 54 avec, par rapport aux champs accélérateurs de haute fréquence, une phase qui conduit à l'accélération du faisceau 52 dans le catalac 54 jusqu'à 100 MeV. Le faisceau électronique 52 sortant du catalac 54 est alors envoyé, au moyen de dispositifs de transport de faisceau connus, dans un dispositif pulsateur 56

qui est aligné avec un résonateur optique comprenant des réflec-

teurs 58 et 60. Après extraction d'énergie dans le faisceau électro-

nique 52, de la manière décrite sur la figure 1, le faisceau élec-

tronique sortant 62 (cercles blancs) est envoyé et réintroduit dans le catalac 54 de telle façon que les paquets soient à peu près

déphasés de 180 par rapport aux champs d'accélération de micro-

onde du catalac 54. Ceci provoque une décélération des électrons du faisceau électronique sortant 62 qui tranfère l'énergie des électrons du faisceau 62 aux champs d'accélération du catalac 54,

laquelle énergie est utilisée pour accélérer le faisceau électro-

nique 52. Le faisceau électronique décéléré de basse énergie 63 qui sort du catalac est séparé du faisceau 52 et est déchargé en 64 par l'intermédiaire d'un spectromètre électronique ou d'un autre dispositif approprié pour séparer des électrons de basse énergie d'électrons de haute énergie, comme cela est décrit par exemple dans "Focussing of Charged Particles" de Albert Septier, Vol. 2, section 4.2, Academic Press 1967, N.Y. On note que la référence 66

désigne le faisceau laser sortant.

La figure 7 est une vue en perspective illustrant les divers constituants du laser à électrons libresàcatalac présenté sur la figure 6. On note que de mêmes références désignent des constituants identiques. Des klystrons 68 créent une énergie de

micro-onde destinée à produire les. champs d'accélération et de décé-

lération du catalac 54 de la manière classique décrite dans le texte intitulé "Klystrons and Microwave Triodes" de Donald W. Hamilton, Julian R. Knipp, J. B. Horner Kuper, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York 1948. Des aimants 70 et 72 de transport de faisceau guident le faisceau dans une boucle fermée en relation

avec des aimants de déviation 74 et 76.

La figure 8 est un graphe indiquant la variation de la densité d'électrons en fonction de l'énergie des électrons sortant

d'un dispositif pulsateur à rétrécissement typique qui peut être uti-

lisé dans l'invention. Selon le concept de dispositif pulsateur à rétrécissement, le nombre d'onde du dispositif pulsateur et le champ

pulsateur varient de manière à "piéger" un nombre notable d'élec-

trons dans un puits de potentiel et à les décélérer de façon cohé-

rente. Un tel effet peut être obtenu au moyen d'un dispositif pulsa-

teur dont la période spatiale décroît de façon que la distance entre les champs magnétiques successifs soit accordée sur l'énergie de l'électron sortant du champ magnétique précédent. Puisque chaque ensemble de lignes de champ magnétiques extrait de l'énergie des électrons, on utilise des périodesspatiales successivement plus courtes des champs magnétiques pour décélérer de façon cohérente les électrons dans le "dispositif pulsateur à rétrécissement". Un tel dispositif pulsateur à rétrécissement peut extraire 5% ou plus de l'énergie du faisceau. De plus, la fonction de distribution des électrons sortant du dispositif pulsateur est compatible avec le

décélérateur catalac puisque des pics d'énergie distincts sont pro-

duits, ainsi que cela est présenté sur la figure 8. En d'autres termes, la fonction de distribution du faisceau sortant, qui est illustrée sur la figure 8, est dominée par deux pics qui représentent un premier groupe d'électrons (pic à 100 MeV) qui ont traversé le dispositif pulsateur sans être sensiblement affectés, et un deuxième groupe d'électrons (pics à 85 MeV) qui ont été piégés et fortement décélérés dans le champ de force mobile créé par le laser et le dispositif pulsateur à rétrécissement, ainsi que cela été indiqué

ci-dessus.

- La figure 9 décrit un montage, selon le mode dé réali-

sation préféré de l'invention, qui permet d'extraire une quantité

maximale d'énergie de la fonction de distribution d'énergie illus-

trée sur la figure 8. Un injecteur 78 produit un faisceau faiblement énergétique, par exemple de 2 MeV, qui est injecté dans le catalac 80

via un aimant de déviation 82. Le catalac 80 est conçu pour accélé-

rer le faisceau électronique produit par l'injecteur 78 d'une quantité de 83 MeV afin de produire un faisceau sortant 83 de 85 MeV. Le faisceau 83 de 85 MeV passe dans un spectromètre électronique 84 et est injecté dans un catalac supplémentaire 86 qui accélère encore le faisceau 83 de 85 MeV pour en faire un faisceau 89 de 100 MeV.

Le faisceau 89 de 100 MeV passe ensuite dans un spectromètre électro-

nique 88 et est envoyé via des dispositifs de transport de faisceau classiques (non représentés), jusqu'à un aimant de déviation 90 qui envoie le faisceau électronique 89 dans un dispositif pulsateur 92 se trouvant dans la- région d'interaction. Une optique de sortie 94 et un réflecteur 96 renvoient un rayonnement cohérent dans la région

d'interaction en vue de son amplification.

Le faisceau électronique 99 sortant du dispositif pulsateur 92 a une distribution énergétique d'électrons qui est

telle que celle représentée sur la figure 8. Le faisceau électro-

nique 99 est envoyé, via-un aimant de déviation 98 et des dispositifs de transport de faisceau classiques (non représentés), jusqu'à

l'entrée du catalac 80. Le faisceau électronique 99 sortant du dis-

positif pulsateur 92, et présentant la distribution d'énergie élec-

tronique de la figure 8, est injecté dans le catalac 80 de sorte que les paquets soient approximativement déphasés de 180 par rap- port aux champs d'accélération du catalac 80. Le catalac 80 extrait 83 MeV des pics de distribution d'énergie électronique de 100 MeV et de 85 MeV du faisceau électronique 99 et produit des pics de 17 MeV et de 2 MeV dans le faisceau électronique 81 sortant du catalac 80. L'énergie extraite du faisceau électronique 99 est directement transformée en énergie des champs d'accélération du catalac 80. Par conséquent, les faisceauiélectroniques combinés 81 et 83 sortant du catalac 80 ont un pic énergétique élevé a 85 MeV provenant du faisceau de 2 MeV de l'injecteur 78 après accélération

et des pics de basse énergie à 17 MeV et 2 MeV.

Le spectromètre électronique 84 réalise la séparation

du pic de 2 MeV, lequel est déchargé dans un dispositif 100 d'éli-

mination de faisceau. Le faisceau électronique restant a des pics à 85 MeV et 17 MeV. Le pic à 85 MeV est accéléré jusqu'à 100 MeV dans le catalac supplémentaire 86, comme cela a été indiqué ci-dessus, tandis que le pic de 17 MteV est appliqué au catalac supplémentaire 86 de telle manière que les paquets d'électrons sont déphasés d'environ 180 par rapport aux champs d'accélération du catalac supplémentaire 86. Il s'ensuit qu'une énergie de 15 MeV est extraite du pic à 17 MeV de façon à produire un faisceau ayant un pic à 2 MeV qui est séparé par un spectromètre électronique 88 et déchargé

dans un dispositif 102 d'élimination de faisceau. Le faisceau élec-

tronique restant 89 qui sort du spectromètre électronique 88 com-

porte un seul pic à 100 MeV. L'énergie extraite du pic à 17 MeV dans le catalac supplémentaire 86 est directement transformée en

énergie des champs d'accélération du catalac supplémentaire 86.

Le montage de la figure 9 propose donc un dispositif permettant d'extraire de l'énergie de deux pics distincts de la distribution énergétique électronique du faisceau électronique 99 sortant du dispositif pulsateur 92. La seule perte importante de l'ensemble présenté sur la figure 9 est constituée par les faisceaux de 2 MeV qui sont envoyés aux dispositifs 100 et 102 d'élimination de faisceau, ainsi que les pertes par dissipation dans les structures accélératrices. En outre, les électrons qui sont passés dans le dispositif pulsateur 92 ne sont pas réutilisés de la manière décrite en relation avec le dispositif à anneau de stockage de la figure 3,

mais ils sont décélérés dans le catalac 80 et le catalac supplêmen-

taire 86 et sont déchargés dans les dispositifs 100 et 102 d'élimi-

nation de faisceau. Ceci supprime de nombreux problèmes d'étalement

énergétiques du faisceau électronique appliqué au dispositif pulsa-

teur 92.

Ci-dessous, sont présentés des paramètres typiques d'un dispositif à ondes continues de 10 'MW tel que celui illustré

sur la figure 9.

Longueur d'onde 1 m Longueur de micro-impulsion 85 ps Temps de répétition de micro-impulsion 14 ns Puissance moyenne 10 MW Puissance maximale 1,5 GW Intensité maximale 50 GW/cm Gain saturé par passage 100 % Energie électronique moyenne initiale 100 MeV Energie électronique moyenne finale 94 MeV Rendement d'extraction 6 % Energie électronique piégée finale 85 MeV Fraction piégée 40 % Etalement énergétique acceptable maximal 0,89 % pour le piégeage Longueur du dispositif pulsateur 16 m Période du dispositif pulsateur 4 à 2,9 cm Induction magnétique (valeur efficace) 2, 7 à 3,7 kG Longueur du résonateur 320 m Diamètre des miroirs 8 cm Intensité moyenne arrivant sur les miroirs 200 kW/cm Intensité maximale arrivant sur les miroirs 30 MW/cm2 Réflectivité des miroirs 99 % Charge thermique moyenne appliquée aux 2kW/cm miroirs Fréquence de l'accélérateur Accélération dans l'injecteur catalac Acceélération (décélération) dans le polac (catalac supplémentaire) Accélération totale Courant moyen Courant maximal Longueur de micropaquet Subharmonique d'injection 5 Diamètre du faisceau électronique 1,4 mm Etalement de l'énergie 0,5 % Emittance 0,4TYmm-mri Etalement énergétique équivalent dû à 0,44 % l'émittance Etalement énergétique total effectif 0,67 % Longueur totale de la structure (catalac et 100 m polac) Dissipation structurellestotales(pertes dans 2,5 EM cuivre) Dissipations d'injection (pertes dans le 0,1 M cuivre) Energie électronique déchargée 2 MeV Pertesdans les dispositifs d'élimination 3,2 MeV de faisceau Charge de faisceau dans le polac (= puissance 10}W laser) Rendement haute fréquence- laser 63 % Rendement des klystrons 65 % Rendement courant continu-laser 41 % La figurelO illustre une forme de réalisation qui est peut-être plus simple de fonctionnement que le dispositif décrit sur la figure 9, mais elle est quelque peu moins efficace. Comme on peut le voir. sur la figure 10, un injecteur 104 produit un faisceau de 2 MeV qui est ensuite appliqué à un linac injecteur 106 qui accélère le faisceau de l'injecteur jusqu'à 17 MeV. Le faisceau de 17 MeV est appliqué à un catalac 108 (de 83 MeV) qui accélère donc le faisceau ad 358 MHz 2 MeV MeV MeV 1,6 A 250 A pF

(11,5 )

2472292.

-16 jusqu'à 100 MeV. Le faisceau de 100 MeV passe dans un spectromètre électronique 110 et est envoyé via un aimant de déviation 114

jusqu'à la région d'interaction o se trouve le dispositif pulsa-

teur 116. Ce dernier extrait de l'énergie du faisceau électronique de 100 MeV et produit une fonction de distribution d'énergie élec- tronique, telle que présentée sur la figure-8, qui possède des pics à 100 MeV et 85 MeV. Le faisceau électronique sortant est ensuite

envoyé via un aimant de déviation 118 jusqu'à l'entrée du catalac 108.

Le faisceau électronique sortant 120 est appliqué au catalac 108 de telle façon que les paquets d'électrons soient déphasés de 850 par rapport aux champs d'accélération du catalac 108. Le catalac 108 extrait 83 MeV des pics à 100 MeV et 85 MeV et produit donc un faisceau

sortant présentant des pics à 2 MeV et 17 MeV. De même, l'énergie.

extraite du faisceau électronique sortant 120 est directement trans-

formée en énergie des champs d'accélération du catalac 108. Les pics à 2 MeV et 17 MeV sont alors extraits du faisceau électronique 120 par l'intermédiaire du spectromètre électronique 110, ce qui produit

le faisceau 122 de 120 MeV. Un résonateur optique formé par un ré-

flecteur de sortie 128 et un réflecteur total 126 assurent la réac-

tion optique d'amplification qui produit le faisceau laser sortant 130.

Le rendement global de ce dispositif, sur la base des calculs et des chiffres du dispositif de 10 MeV décrit ci-dessus, est de 21 %. Une

optimisation des paramètres produirait un rendement plus élevé.

La figure 11 décrit une variante de l'invention. Comme cela est indiqué sur la figure 11, un injecteur 132 applique un faisceau électronique 134 d'un niveau énergétique de 2 MeV à un catalac 136. Le catalac 136 (98 MeV) accélère le faisceau 134 jusqu'à

MeV de façon à produire le faisceau électronique 140 de 100 MeV.

Un aimant de déviation 142 envoie le faisceau électronique 140 dans un dispositif pulsateur 144 qui est destiné à extraire 6 MeV du

faisceau électronique 140 pour produire le faisceau électronique 146.

Le faisceau électronique 146 est appliqué à un accélérateur linéaire

postérieur (post- linac) 148 qui accélère de 6 MeV le faisceau élec-

tronique 146. Puisque le faisceau électronique 146 possède deux pics de densité électronique à 94 MeV et 100 MeV environ, le faisceau électronique 152 qui a subi l'effet de l'aimant de déviation 150

possède deux pics à 100 MeV et 106 MeV environ. Le faisceau électro-

nique 152 est ensuite injecté dans le catalac avec un déphasage d'environ 1800 par rapport aux champs d'accélération si bien qu'une énergie de 98 MeV est extraite de façon à produire deux pics à 2 MeV et 8 MeV environ. Par conséquent, le faisceau électronique 138 qui

sort ducatalac 136 possède des pics à 2 MeV, 8 MeV et 100 MeV envi-

ron. Un spectromètre électronique (non représenté) sépare du fais-

* ceau,êlectronique 140 de 100 MeV les électrons faiblement énergétiques ayant des pics de distribution d'énergie à 2 MeV et 8 MeV environ, et il envoie le faisceau électronique 154 dans le dispositif 156

d'élimination de faisceau.

La figure 12 décrit une autre variante, selon laquelle le dispositif pulsateur 158, le catalac 162 (suivi d'un spectromètre 161) et lecatalac supplémentaire 160 (suivi d'un spectromètre 163) sont en ligne avec l'axe optique du résonateur optique constitué de l'optique 164 et de l'optique 166. Le faisceau vient d'un injecteur 170 de 2 MeV. Encore une fois, on applique au dispositif de la figure 1 les paramètres utilisés pour le dispositif de la figure 9. L'avantage du dispositif de la figure 12 est que le fait de placer le dispositif pulsateur en ligne avec le catalac 162 et le catalac supplémentaire 160

supprime la nécessité d'un mécanisme de transport de faisceau achro-

matique et isochrone entre le dispositif pulsateur 158 et le catalac

162. Un tel mécanisme de transport de faisceau achromatique et iso-

chrone est nécessaire en raison de la divergence angulaire et de

l'étalement énergétique qui sont produits dans le faisceau électro-

nique par le dispositif pulsateur de la figure 9. Les difficultés de conception d'un tel mécanisme de transport de faisceau, qui sont dues à la divergence introduite par un tel mécanisme en raison de l'existence d'électrons à différents niveaux énergétiques et à une divergence angulaire antérieure introduite dans ces électrons par le dispositif pulsateur 158, sont surmontées par le dispositif de la figure 12. Toutefois, l'inconvénient du montage de la figure 12 est qu'il nécessite de projeter le faisceau optique 168 dans le catalac 162 et le catalac supplémentaire 160à La figure 13 présente un autre montage dans lequel l'axe

optique 170 du résonateur optique est décalé par rapport au catalac 172.

La figure 13 est identique à la figure 9 et peut être calculée sur la base des mêmes paramètres que ceux décrits relativement à la figure 9. L'avantage du dispositif de la figure 13 est.que les problèmes de guidage du faisceau 178 après sa sortie du dispositif pulsateur 180, qui proviennent de la divergenc e angulaire et de l'étalement énergétique introduits par le dispositif pulsateur 180, sont réduits en raison des modifications de direction minimales du faisceau électronique 178. On note que l'injection 174 est de 2 MeV, que le catalac 172 est de 98 MeV et que le catalac supplémentaire 176 est de 15 MeV. Les dispositifs d'élimination de

faisceau absorbent chacun 2 MeV.

La figure 14 illustre un laser à électrons libres à catalac selon l'inventirn qui est identique au dispositif de la figure 9, à l'exception du fait que des étages supplémentaires de

catalacs sont ajoutés afin d'extraire plus d'énergie d'une distri-

bution énergétique plus complexe réalisée par le dispositif puisa-

teur 182. En ce qui concerne le fonctionnement, l'injecteur 184 pro-

duit un faisceau électronique faiblement énergétique qui est envoyé

dans le catalac 186 via l'aimant de déviation 190. Le faisceau élec-

tronique est alors accéléré dans le catalac 186 et dans une série de catalacs supplémentaires, tels que le catalac supplémentaire 192, appartenant à une série d'étages, tels qu'un premier étage 194, un deuxième étage 196, etc., jusqu'à un niveau d'énergie prédéterminé produisant le faisceau électronique 198. Le faisceau électronique 198

- est alors appliqué au dispositif pulsateur 182 via l'aimant de dévia-

tion 200. Le faisceau électronique sortant 202 est appliqué à l'entrée du catalac 186 via l'aimant de déviation 203 et un mécanisme de transport de faisceau achromatique et isochrone (non représenté). Le catalac 186 et les catalacs supplémentaires successifs contenus dans les différents étages successifs extrait des quantités prédéterminées

d'énergie des différents niveaux énergétiques d'électrons du fais-

ceau 202. Plusieurs spectromètres électroniques, comme les spectro-

mètres 204 et 206, déchargent les électrons faiblement énergétiques après que suffisamment d'énergie a été extraite de ceux-ci, dans le

but qu'ils ne puissent repasser de nouveau dans les catalacs supplé-

mentaires. Encore une fois, l'énergie récupérée est utilisée pour

19 2472292

accélérer le faisceau électronique produit par l'injecteur 184.

La figure 15 illustre un résonateur en anneau destiné à être utilisé avec les différents modes de réalisation décrits sur les figures 5 à 7 et 9 & 14. Puisque l'amplification de la lumière cohérente n'est réalisée que lorsque les photons du:résonateur se déplacent dans le même sens que le faisceau électronique, il est souvent avantageux d'utiliser un résonateur en anneau, tel que celui illustré sur la figure 15, o les photons 208 sont envoyés dans une boucle fermée par l'intermédiaire de réflecteurs 210, 212, 214 et 216 de façon à ne passer dans le dispositif pulsateur 218 que dans le sens du faisceau électronique 220. Le faisceau 220 est envoyé via des aimants de déviation 222 et 224 dans le dispositif pulsateur 218, puis, via des aimants de déviation 226 et 228, dans la suite de la boucle fermée. Le réflecteur de sortie 216 produit un faisceau laser

sortant 230 qui est dirigé suivant l'axe optique du dispositif pulsa-

teur 218. N aturellement, le réflecteur de sortie 216 peut être dis-

posé à n'importe quel endroit du résonateur en anneau illustré sur la figure 15, ce qui permet de diriger le faisceau laser sortant

dans diverses directions.

La figure 16illustre l'utilisation d'un faisceau laser d'entrée venant d'un oscillateur pilote en relation avec le laser à électrons libres à catalac de l'invention, dans le but d'éliminer le résonateur optique présenté sur les figures 6, 7 et 9 à 15, ce qui permet de transformer l'oscillateur laser à électrons libres à catalac présenté sur les figures 6, 7 et 9 à 15 en un amplificateur laser à électrons libres à catalac. En ce qui concerne le fonctionnement, un faisceau électronique 234 est envoyé dans un dispositif pulsateur 236 par l'intermédiaire d'aimants de déviation 238 et 240. Le laser

oscillateur pilote 242 produit un signal optique à une fréquence spé-

cifiée sur laquelle l'amplificateur laser à électrons libres est

accordé. Lorsqu'il passe dans le dispositif pulsateur 236, le fais-

ceau laser d'entrée 232 est amplifié de façon à produire un fais-

ceau laser sortant amplifié 244. Tout laser d'injection 242 peut être utilisé de cette manière, y compris d'autres oscillateurs lasers à électrons libres, des lasers à HF, des lasers YAG au néodynCaum à modesbloqués, etc. La nature accordable du laser à électrons libre fournit une large gamme d'utilisations pour l'amplificateur laser à électrons libres fonctionnant en relation avec d'autres lasers, y

compris des lasers à gaz moléculaires de haute puissance.

L'invention propose donc un laser à électrons libres à rendement élevé dont le fonctionnement repose sur la technologie

parfaitement au point et fiable des accélérateurs de haute fréquence.

Le laser à électrons libres à ca-talac selon l'invention produit un rendement élevé aux longueurs d'onde plus courtes que le proche infrarouge au moyen d'un ensemble générateur de puissance par faisceau électronique qui rejette les électrons après que de l'énergie leur a

été extraite de manière à éliminer les problèmes tels que la diver-

gence de faisceau, la distribution des quantités de mouvement, etc., que l'on rencontre dans les dispositifs à anneau de stockage, lesquels problèmes dégradent sérieusement la qualité du faisceau électronique et les performances du laser à électrons libres. Le laser à électrons libres de l'invention utilise un linac agissant comme un catalyseur pour transformer directement l'énergie des électrons sortant du

laser à électrons libres en énergie de champsd'accélération permet-

tant d'accélérer de nouveaux électrons, si bien qu'on obtient à la

fois un rendement élevé et une grande simplicité de fonctionnement.

Il va de soi que certains éléments, comme les aimants de déviation et les mécanismes de transport de faisceau, représentés de manière extrêmement simplifiée, doivent être mis en oeuvre selon leurs principes d'utilisation bien connus. Dgautre part, et bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des

dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simple-

ment illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes

et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (16)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. Laser a électrons libres destiné à amplifier un rayon-

nement cohérent, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen (50; 78; 104, 106; 132; 170; 174; 184) qui produit un faisceau d'électrons; un moyen (54; 80; 108; 136; 162; 172; 186) qui accélère ledit faisceau d'électrons jusqu'à une énergie relativiste prédéterminée au moyen de champs d'accélération de haute fréquence; un dispositif pulsateur (56; 92; 116; 144; 158; 180; 182; 218; 236) qui induit des oscillations transversales dans ledit faisceau d'électrons afin d'amplifier ledit rayonnement cohérent; un moyen (74, 76; 90, 98; 114, 118; 142; 150; 200,

203; 224, 226; 238, 240) servant a diriger ledit faisceau d'élec-

trons sortant du dispositif pulsateur dans ledit moyen d'accélération de sorte que les électrons dudit faisceau d'électrons sortant du

dispositif pulsateur soient déphasés par rapport aux champs d'accé-

lération de haute fréquence afin de transformer l'énergie desdits

électrons en énergie desdits champs d'accélération et, ainsi, aug-

menter le rendement du laser.

2. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une cavité résonnante optique (58, 60; 94, 96; 126, 128; 164, 166; 210, 212, 214, 216) alignée avec le dispositif pulsateur afin d'assurer la réaction dudit rayonnement optique cohérent produit

et amplifié dans le dispositif pulsateur.

3. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (64; 84, 88, 100, 102; 110; 156; 161, 163;

204, 206) qui sépare les électrons faiblement énergétiques des élec-

trons fortement énergétiques.

4. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité résonnante optique comprend un résonateur en anneau (210,

212, 216).

5. Laser a électrons libres caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen (50; 78; 104, 106; 132; 170, 174; 184) qui produit un faisceau électronique; un dispositif pulsateur (56; 92; 116; 144; 158; 180; - va 22 182; 218; 236) qui induit des oscillations transversales dans ledit faisceau électronique; un moyen (74, 76; 90, 98; 114, 118; 142; 150; 200; 203; 224, 226; 238, 240) qui dirige ledit faisceau électronique dans une boucle fermée; un moyen accélérateur-décélérateur du type catalac (54;

; 108; 136; 162; 172; 186) qui accélère le faisceau électro-

nique lors d'un passage initial dans le moyen accélérateur-décélé-

rateur du type catalac et qui décélère le faisceau électronique lors d'un deuxième passage dans le moyen accélérateur-décélérateur du type catalac afin d'extraire de l'énergie du faisceau électronique et de transférer cette énergie aux champs d'accélération du moyen

accélérateur-décélérateur du type catalac.

6. Laser selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une cavité résonnante optique (58, 60; 94, 96; 126, 128; 164, 166; 210, 212, 214, 216) alignée avec le dispositif pulsateur afin d'assurer la réaction du rayonnement optique cohérent produit

et amplifié dans le dispositif pulsateur.

7. Laser selon la revendication 5,caractérisé en ce qu'il comprend une source externe (242) de rayonnement cohérent alignée

avec le dispositif pulsateur.

8. Laser selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (64; 84, 88, 100, 102; 110; 156, 161, 163; 204, 206) qui sépare les électrons faiblement énergétiques des électrons

fortement énergétiques.

9. Laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cavité résonnante optique comprend un résonateur en anneau (210,

212, 214, 216).

10. Laser selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il

comprend un moyen supplémentaire(86; 160; 176; 194, 196) accéléra-

teur-décélérateur du type catalac servant à encore accélérer le fais-

ceau électronique lors dudit passage initial dans le moyen accéléra-

teur-décélérateur du type catalac et d'un passage initial dans ledit moyen supplémentaire accélérateur-décélérateur du type catalac, et à encore extraire de l'énergie, à plus d'un niveau énergétique, dudit

faisceau électronique pendant ledit second passage dans le moyen accé-

lérateur-décélérateur du type catalac et un deuxième passage dans

ledit moyen supplémentaire accélérateur-décélérateur du type catalac.

11. Ensemble générateur de puissance par faisceau électro-

nique pour laser à électrons libres comportant un dispositif pulsa-

teur (56; 92; 116; 144; 158; 180; 182; 218; 236) qui extrait de l'énergie d'un faisceau d'électrons à un premier niveau énergé- tique prédéterminé pour produire un rayonnement optique cohérent, ledit ensemble comprenant: un moyen (50; 78; 104, 106; 132; 170; 174; 184) qui produit ledit faisceau d'électrons; une cavité de haute fréquence (54; 80; 108; 136; 162; 172; 186) qui accélère et décélère ledit faisceau d'électrons; un moyen (74, 76; 90, 98; 114, 118; 142; 150; 200, 203; 224, 226; 238, 240) qui dirige ledit faisceau d'électrons dans ladite cavité de haute fréquence afin d'accélérer le faisceau d'électrons audit niveau énergétique prédéterminé et de décélérer ledit faisceau d'électrons après sa sortie du dispositif pulsateur

pour ainsi extraire de l'énergie du faisceau d'électrons et trans-

férer cette énergie aux champs d'accélération de la cavité de haute fréquence, si bien que le rendement de l'ensemble générateur de

puissance par faisceau électronique est amélioré.

12. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (64; 84, 88, 100, 102; 110; 156; 161, 163; 204, 206) qui sépare les électrons faiblement énergétiques des électrons fortement énergétiques et qui élimine dudit moyen servant

à diriger le faisceau les électrons faiblement énergétiques.

13. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une cavité de haute fréquence supplémentaire (86; 160; 176; 194, 196) qui accélère et décélère ledit faisceau d'électrons afin d'extraire encore de l'énergie, à plus d'un niveau d'énergie,

dudit faisceau d'électrons sortant du dispositif pulsateur.

14. Ensemble générateur de puissance par faisceau électro-

nique pour laser à électrons libres possédant un dispositif pulsa-

teur (56; 92; 116; 144; 158; 180; 182; 218; 236) qui extrait

de l'énergie d'un faisceau d'électrons à un niveau énergétique pré-

déterminé afin de produire un rayonnement optique cohérent, ledit ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen (50; 78; 104, 106; 132; 170; 174; 184) qui produit ledit faisceau électronique; un moyen (74, 76; 90, 98; 114, 118; 142; 150; 200, 203; 224, 226; 238, 240) qui dirige ledit faisceau dans une boucle fermée;

un moyen (54; 80,108, 136, 162; 172; 186) accélérateur-

décélérateur du type catalac qui accélère ledit faisceau électronique audit niveau énergétique prédéterminé en vue de son application au dispositif pulsateur et qui décélère ledit faisceau électronique sortant du dispositif pulsateur afin d'extraire de l'énergie dudit faisceau électronique et de transférer cette énergie aux champs

d'accélération dudit moyen accélérateur-décélérateur du type catalac.

15. Ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (64; 84, 88, 100, 102; 110; 156; 161, 163;

204, 206) qui sépare les électrons faiblement énergétiques des élec-

trons fortement énergétiques et qui élimine dudit moyen dirigeant le

faisceau lesdits électrons faiblement énergétiques.

16. Ensemble selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen supplémentaire accélérateur-décélérateur du type catalac (86; 160, 176, 194, 196) qui extrait encore

de l'énergie, à plus d'un niveau énergétique, du faisceau électro-

nique sortant du dispositif pulsateur.