JP2001313435A - Free electron laser facility - Google Patents

Free electron laser facility

Info

Publication number
JP2001313435A
JP2001313435A JP2000130060A JP2000130060A JP2001313435A JP 2001313435 A JP2001313435 A JP 2001313435A JP 2000130060 A JP2000130060 A JP 2000130060A JP 2000130060 A JP2000130060 A JP 2000130060A JP 2001313435 A JP2001313435 A JP 2001313435A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
free electron
electron laser
undulator
laser
frequency power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000130060A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Yokoyama
横山  稔
Masayuki Kawai
正之 河合
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to JP2000130060A priority Critical patent/JP2001313435A/en
Publication of JP2001313435A publication Critical patent/JP2001313435A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To supply a free electron laser facility, capable of reducing photon cost by relatively decreasing an apparatus installing area of a free electron laser generator, improving the area efficiency of a laser beam output, and enabling a utilization of a large quantity of the laser beam. SOLUTION: The free electron laser facility comprises one group of common high-frequency power sources 21, 22, respectively, provided at a plurality of the free electron laser generators, to supply a high-frequency power to each high-frequency accelerator 2 of the plurality of the laser generators from the common high-frequency power sources.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の自由電子レ
ーザ発生装置を備えた自由電子レーザ設備に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a free electron laser equipment provided with a plurality of free electron laser generators.

【0002】[0002]

【従来の技術】自由電子レーザ発生装置は、強力なピー
ク出力を持つレーザ光を発生することができ、しかも放
射するレーザ光の波長を紫外領域から遠赤外領域まで自
由に選択できるので、物理学や化学における基礎実験の
他にも、医療、バイオ、半導体分野など、各方面で盛ん
に利用がされるようになってきている。自由電子レーザ
発生装置のビーム源としては、加速空洞内に高周波電場
を生成して電子ビームを加速する方法が最も普通に用い
られている。自由電子レーザの最大出力は、電子ビーム
の出力をアンジュレータの周期磁場数の2倍で割った程
度の値になる。発振可能なゲインを得るには周期磁場数
が30以上必要で、通常は60程度とされるため、電子
ビームエネルギーからレーザ光への変換効率は数%程度
にしかならない。
2. Description of the Related Art A free-electron laser generator can generate a laser beam having a strong peak output, and can freely select a wavelength of a laser beam to be emitted from an ultraviolet region to a far-infrared region. In addition to basic experiments in science and chemistry, it is also being actively used in various fields such as medical, bio, and semiconductor fields. As a beam source of a free electron laser generator, a method of generating a high-frequency electric field in an acceleration cavity and accelerating an electron beam is most commonly used. The maximum output of the free electron laser is a value obtained by dividing the output of the electron beam by twice the number of periodic magnetic fields of the undulator. In order to obtain an oscillating gain, the number of periodic magnetic fields is required to be 30 or more, and usually about 60, so that the conversion efficiency from electron beam energy to laser light is only about several percent.

【0003】高周波電源の出力は、クライストロンと呼
ばれる高周波増幅器の性能によって決定される。このク
ライストロンとクライストロンを動作させるために必要
とされる高圧パルス電源の大きさは、高周波電源の出力
の大きさによっては左程変わらず、標準的なもので幅2
m、長さ7m、高さ2.5m程度である。この標準的な
高周波電源装置の大きさは、電磁石、加速管、真空チャ
ンバ、架台などで構成された標準的な自由電子レーザ発
生装置本体の大きさと同程度になる。したがって、装置
小型化の要請に応えて自由電子レーザ発生装置をコンパ
クトに設計しても、クライストロンと高圧パルス電源を
含む高周波電源装置が小さくならないため、設備全体と
しては小型化ができない。このため、自由電子レーザ出
力と装置の設置面積の比をとった面積効率の向上は容易
でない。
[0003] The output of a high-frequency power supply is determined by the performance of a high-frequency amplifier called a klystron. The size of the klystron and the high-voltage pulse power supply required for operating the klystron does not change to the left depending on the magnitude of the output of the high-frequency power supply.
m, length 7 m, and height 2.5 m. The size of this standard high-frequency power supply is approximately the same as the size of a standard free electron laser generator main body composed of an electromagnet, an acceleration tube, a vacuum chamber, a gantry, and the like. Therefore, even if the free electron laser generator is designed to be compact in response to the demand for downsizing of the apparatus, the size of the high-frequency power supply including the klystron and the high-voltage pulse power supply does not become smaller, so that the entire equipment cannot be downsized. For this reason, it is not easy to improve the area efficiency based on the ratio of the free electron laser output to the installation area of the apparatus.

【0004】なお、本願出願人が出願した特願平9−3
07196号の公報に既に開示した自由電子レーザ発生
装置は、図Xに示すように、1台の自由電子レーザ発生
装置にアンジュレータと共振器を直列に複数セット設置
したもので、複数の自由電子レーザを得るようにするこ
とが可能である。しかし、このような装置において、複
数のアンジュレータから同等の出力を有するレーザ光を
放射させるには、電子ビームを再生するため再加速して
減速する必要があり、装置自体の面積効率を向上させる
ことは困難である。
Incidentally, Japanese Patent Application No. 9-3 filed by the applicant of the present invention.
As shown in FIG. X, the free electron laser generator already disclosed in Japanese Patent Publication No. 07196 discloses a single free electron laser generator in which a plurality of sets of undulators and resonators are installed in series. It is possible to get However, in such a device, in order to emit a laser beam having an equivalent output from a plurality of undulators, it is necessary to re-accelerate and decelerate to reproduce an electron beam, and to improve the area efficiency of the device itself. It is difficult.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、自由電子レーザ発生装置の装置設
置面積を相対的に減少させてレーザ光出力の面積効率を
向上させることである。また、大量のレーザ光を利用で
きるようにして、フォトンコストを低減し、さらに波長
の異なる自由電子レーザを同時に発生させることができ
るような自由電子レーザ設備を供給することである。
An object of the present invention is to improve the area efficiency of laser light output by relatively reducing the installation area of a free electron laser generator. Another object of the present invention is to provide a free electron laser facility that can use a large amount of laser light, reduce photon cost, and can simultaneously generate free electron lasers having different wavelengths.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の自由電子レーザ設備は、電子ビーム源と高
周波加速器とアンジュレータを備えた複数の自由電子レ
ーザ発生装置に対して1基の共通高周波電源を備えて、
共通高周波電源から複数の自由電子レーザ発生装置の各
高周波加速器に高周波電力を供給することを特徴とす
る。本発明の自由電子レーザ設備は、複数の高周波加速
器に対して1個の高周波電源を共有して利用するため、
設備全体のレーザ出力に対する装置の設置面積の比率
が、各個の自由電子レーザ発生装置にそれぞれ高周波電
源装置を備える従来の装置と比較して格段に小さくな
り、設備の面積効率が向上する。
In order to solve the above-mentioned problems, a free electron laser apparatus according to the present invention comprises a common electron beam source, a high-frequency accelerator, and a plurality of free electron laser generators each including an undulator. Equipped with a high frequency power supply,
High frequency power is supplied from a common high frequency power supply to each high frequency accelerator of the plurality of free electron laser generators. Since the free electron laser equipment of the present invention shares one high-frequency power supply for a plurality of high-frequency accelerators,
The ratio of the installation area of the apparatus to the laser output of the entire equipment is significantly smaller than that of a conventional apparatus in which each free electron laser generator has a high-frequency power supply device, and the area efficiency of the equipment is improved.

【0007】特に、エネルギーが50MeV以下のリニ
アックもしくは高周波電子銃を電子ビーム源に適用する
ことにより、多数の赤外領域ないし遠赤外領域のレーザ
光を複合して利用する遠赤外線レーザ設備とすることが
できる。クライストロンは出力が10MWから80MW
のものが入手しやすく、一方、遠赤外域自由電子レーザ
発生装置に必要な電子ビームエネルギーは2MeVから
10MeV程度でマクロパルスの平均電流が数100m
A以上とされ、これに必要な高周波出力は10MW以下
であり、また赤外域の自由電子レーザ装置でも電子ビー
ムエネルギー20MeVから50MeV、マクロパルス
平均電流100mA以上として高周波出力が20MWか
ら30MWとなる。したがって、1基のクライストロン
で複数の自由電子レーザ発生装置を駆動することがで
き、施設の面積効率や総コストが向上する。また、複数
の自由電子レーザを同時に発生することが可能となる。
In particular, by applying a linac or a high-frequency electron gun having an energy of 50 MeV or less to an electron beam source, a far-infrared laser facility that combines and uses a large number of laser beams in the infrared or far-infrared region. be able to. Klystron has an output of 10MW to 80MW
The electron beam energy required for the far-infrared free electron laser generator is about 2 MeV to 10 MeV, and the average current of the macro pulse is several hundred m.
The high-frequency output required for this is 10 MW or less, and the high-frequency output is 20 MW to 30 MW even with a free electron laser device in the infrared region with an electron beam energy of 20 MeV to 50 MeV and a macropulse average current of 100 mA or more. Accordingly, a plurality of free electron laser generators can be driven by one klystron, and the area efficiency and the total cost of the facility are improved. Further, a plurality of free electron lasers can be generated simultaneously.

【0008】なお、自由電子レーザ設備の中の複数のレ
ーザ発生装置がすべて同じ波長の自由電子レーザ光を発
生するようにしてもよい。また、自由電子レーザ発生装
置の少なくとも1個が他と異なる波長の自由電子レーザ
光を発生するようにして、波長の異なるレーザ光を同時
に発生させてもよい。なお、個々の自由電子レーザ発生
装置が同じ寸法で同じ構成を有するユニット装置となる
ように形成して、自由電子レーザ発生装置を並置もしく
は堆積してレーザ設備を構成するようにしてもよい。ユ
ニット化することにより製作コストや保全コストなどが
低減し、また並置、特に上下方向に積み上げるように堆
積することにより、設備としての面積効率が格段に向上
する。
[0008] A plurality of laser generators in the free electron laser facility may all generate free electron laser light of the same wavelength. In addition, at least one of the free electron laser generators may generate free electron laser light having a different wavelength from the other, and may simultaneously generate laser lights having different wavelengths. In addition, each free electron laser generator may be formed to be a unit device having the same dimensions and the same configuration, and the free electron laser generators may be juxtaposed or stacked to constitute a laser facility. The unitization reduces the manufacturing cost and maintenance cost, and the juxtaposition, particularly the vertical stacking, significantly improves the area efficiency of the equipment.

【0009】また、自由電子レーザ発生装置から放出さ
れるレーザ光の輸送路中にレーザ光を重畳させる回路を
備えることが好ましい。本発明のレーザ設備では各レー
ザ発生装置から同質のレーザ光を得ることができるの
で、レーザ光を重畳することにより各レーザ発生装置か
ら得られるレーザ光を合体させた大出力レーザ光を得る
ことができる。さらに、レーザ光同士を位相的にずらす
回路を備えることもできる。パルス的に放射される複数
のレーザ光を互いにずらすことによりレーザ出力が連続
化するので、連続光レーザを必要とする用途にも利用す
ることができる。
It is preferable that a circuit for superimposing the laser light on a transport path of the laser light emitted from the free electron laser generator is provided. In the laser equipment of the present invention, since laser beams of the same quality can be obtained from each laser generator, a high-power laser beam obtained by combining laser beams obtained from each laser generator can be obtained by superimposing laser beams. it can. Further, a circuit for shifting the laser beams in phase can be provided. Since the laser output is made continuous by shifting a plurality of laser beams emitted in a pulsed manner from each other, it can also be used for applications requiring a continuous light laser.

【0010】また、上記課題を解決するため、本発明の
第2の自由電子レーザ設備は、2個の加速空洞と、1個
の共通高周波電源と、1個のアンジュレータと、アンジ
ュレータを挟んで対になった2個の共振器ミラーと、共
振器ミラーとアンジュレータの間にそれぞれ偏向磁石を
備え、第1の加速空洞が共通高周波電源から供給される
高周波電力で生成された高周波電場により第1の電子ビ
ームを加速して第1の偏向磁石に供給し、第1偏向磁石
が第1電子ビームをアンジュレータの一方の端からアン
ジュレータの軸上に導き、第2偏向磁石がアンジュレー
タの軸上を走行した第1電子ビームを軸から逸らせてダ
ンプさせ、一方、第2の加速空洞が共通高周波電源によ
り生成された高周波電場で第2の電子ビームを加速し第
2偏向磁石に供給し、第2偏向磁石が第2電子ビームを
第1電子ビームとは反対側からアンジュレータ軸上に導
き、第1偏向磁石が第2電子ビームをダンプさせるよう
にして、第1と第2の電子ビームがアンジュレータ中を
走行する間に第1と第2の共振器ミラーの間で共振する
光と作用して自由電子レーザを生成することを特徴とす
る。
In order to solve the above-mentioned problem, a second free electron laser equipment of the present invention comprises two accelerating cavities, one common high-frequency power source, one undulator, and a pair of undulators. And two deflecting magnets are respectively provided between the resonator mirror and the undulator, and the first accelerating cavity is provided with a first high-frequency electric field generated by high-frequency power supplied from a common high-frequency power supply. The electron beam is accelerated and supplied to the first deflecting magnet. The first deflecting magnet guides the first electron beam from one end of the undulator to the axis of the undulator, and the second deflecting magnet travels on the axis of the undulator. The first electron beam is deflected off axis and dumped, while the second accelerating cavity accelerates the second electron beam with a high frequency electric field generated by a common high frequency power supply and supplies it to the second deflection magnet A second deflecting magnet guides the second electron beam onto the undulator axis from a side opposite to the first electron beam, and causes the first deflecting magnet to dump the second electron beam. Operates with light resonating between the first and second resonator mirrors while traveling through the undulator to generate a free electron laser.

【0011】本発明第2の自由電子レーザ設備による
と、2個の加速空洞に対して1個の高周波電源を共通に
使用することに加えて、さらにアンジュレータを共有す
るため、設備の設置面積を節減して面積効率の高い自由
電子レーザ設備とすることができる。なお、第1加速空
洞と前記共通高周波電源の間に第1の位相調整器、第2
加速空洞と共通高周波電源の間に第2の位相調整器を備
えて、アンジュレータ内を共振する光のバンチの走行に
電子ビームの走行が同期するようにそれぞれの加速空洞
内の高周波電場の位相を調整するようにすることが好ま
しい。
According to the second free electron laser equipment of the present invention, one high-frequency power supply is commonly used for two accelerating cavities, and an undulator is shared. Free electron laser equipment with high area efficiency can be saved. Note that a first phase adjuster and a second phase adjuster are provided between the first accelerating cavity and the common high frequency power supply.
A second phase adjuster is provided between the accelerating cavity and the common high-frequency power supply to adjust the phase of the high-frequency electric field in each accelerating cavity so that the traveling of the electron beam is synchronized with the traveling of the bunch of light resonating in the undulator. It is preferable to adjust.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.

【0013】[0013]

【実施例1】図1から図3は本発明の第1の実施例の自
由電子レーザ設備を示す構成図である。本実施例の自由
電子レーザ設備は、自由電子レーザ発生装置を複数並置
して、1基の共通高周波電源装置から各自由電子レーザ
発生装置に設置されている高周波加速器あるいは高周波
電子銃に高周波電源を供給するようにしたものである。
図1に示した自由電子レーザ設備は、自由電子レーザ発
生装置がそれぞれ赤外域の自由電子レーザを発生するも
のであって、電子銃1、主加速器2、偏向磁石3,6、
アンジュレータ7、偏向磁石8、ビームダンパ11、お
よび、アンジュレータ7を挟んで配置される共振器ミラ
ー4,9、共振器ミラーを収納するミラーチャンバー
5,10を主要な要素として構成される。
Embodiment 1 FIGS. 1 to 3 are configuration diagrams showing a free electron laser facility according to a first embodiment of the present invention. In the free electron laser equipment of this embodiment, a plurality of free electron laser generators are juxtaposed, and a high frequency power is supplied from one common high frequency power supply to a high frequency accelerator or a high frequency electron gun installed in each free electron laser generator. It is intended to be supplied.
In the free electron laser equipment shown in FIG. 1, the free electron laser generators each generate a free electron laser in the infrared region, and include an electron gun 1, a main accelerator 2, deflection magnets 3, 6,
The undulator 7, the deflecting magnet 8, the beam damper 11, and the resonator mirrors 4, 9 arranged with the undulator 7 interposed therebetween, and the mirror chambers 5, 10 for housing the resonator mirrors are configured as main elements.

【0014】自由電子レーザ発生装置は、電子銃1で発
生する電子ビームを主加速器2で高周波電場の作用で加
速し、偏向磁石3,6により共振器ミラー4をよけてア
ンジュレータ7に導入し、アンジュレータ7の交番磁場
で蛇行する間にシンクロトロン光を発生させる。シンク
ロトロン光は共振器ミラー4,9の間で往復する間に、
逐次電子ビームと干渉して光エネルギーを増大し、共振
器ミラー9から出力し、ユーザルームに搬送される。
The free electron laser generator accelerates an electron beam generated by an electron gun 1 by a main accelerator 2 under the action of a high-frequency electric field, and introduces it to an undulator 7 via deflection mirrors 3 and 6 via a resonator mirror 4. The synchrotron light is generated while meandering with the alternating magnetic field of the undulator 7. While the synchrotron light reciprocates between the resonator mirrors 4 and 9,
The light energy is sequentially increased by interfering with the electron beam, output from the resonator mirror 9, and transferred to the user room.

【0015】自由電子レーザ設備には、高周波電源装置
21とそれに駆動されるクライストロン22が1基と、
同じ構成を有する赤外域用自由電子レーザ発生装置が複
数並置されている。クライストロン22から導波管26
で導かれる高周波エネルギーは、自由電子レーザ発生装
置毎に設けられたデバイダー23で分配されアッテネー
タ24を介して加速器2に必要な量が供給される。な
お、クライストロン22からそれぞれの自由電子レーザ
発生装置まで導波管路長が異なるため、導波管26には
自由電子レーザ発生装置毎に位相調整器25が設けられ
ていて、並置されたレーザ発生装置のレーザ出力を整合
させるようにしている。
In the free electron laser equipment, a high frequency power supply 21 and a klystron 22 driven by it are provided.
A plurality of infrared free electron laser generators having the same configuration are juxtaposed. Klystron 22 to waveguide 26
Is distributed by a divider 23 provided for each free electron laser generator, and a required amount is supplied to the accelerator 2 via an attenuator 24. Since the waveguide path lengths from the klystron 22 to the respective free electron laser generators are different, the waveguide 26 is provided with a phase adjuster 25 for each free electron laser generator, and the laser generators arranged side by side are arranged side by side. The laser output of the device is matched.

【0016】電子ビームエネルギーとアンジュレータ7
の磁場などにより決定される波長を有する自由電子レー
ザ光は、共振器ミラー9から射出されて半透過ミラー1
2に入射しユーザルームに導かれる光路に投入される。
半透過ミラー12の裏面には他の自由電子レーザ発生装
置で発生するレーザ光が入射して透過し、先のレーザ光
と合体してユーザルームに供給される。なお、位相調整
器25を用いて、それぞれの自由電子レーザ発生装置で
発生されるレーザ光のパルス位相を調整することによ
り、複数のパルスレーザを合成してマクロパルスの連続
時間を長大化したり、さらにはレーザを連続化したりす
ることもできる。
Electron beam energy and undulator 7
A free electron laser beam having a wavelength determined by the magnetic field of the light from the
2 and is introduced into an optical path guided to the user room.
Laser light generated by another free electron laser generator enters the rear surface of the semi-transmissive mirror 12, is transmitted therethrough, is combined with the laser light, and is supplied to the user room. In addition, by using the phase adjuster 25 to adjust the pulse phase of the laser light generated by each free electron laser generator, a plurality of pulse lasers can be synthesized to increase the continuous time of the macro pulse, Further, the laser can be made continuous.

【0017】クライストロン22の出力は、20MWか
ら30MWずつ各自由電子レーザ発生装置の加速器2に
分配される。加速器2は電子銃1から供給される電子ビ
ームを加速してエネルギー20MeVから50MeV、
マクロパルス平均電流100mA以上の電子ビームとし
てアンジュレータ7に供給する。共振器ミラー9からは
赤外域の自由電子レーザが出射され、半透過ミラー12
で他から放射されたレーザ光と合体してユーザルームに
送られる。本実施例の自由電子レーザ設備は、複数の自
由電子レーザを同時に発生することが可能で、また1基
のクライストロンで複数の自由電子レーザ発生装置を駆
動することができる。
The output of the klystron 22 is distributed to the accelerator 2 of each free electron laser generator in increments of 20 MW to 30 MW. The accelerator 2 accelerates the electron beam supplied from the electron gun 1 to increase the energy from 20 MeV to 50 MeV,
It is supplied to the undulator 7 as an electron beam having a macropulse average current of 100 mA or more. An infrared free electron laser is emitted from the resonator mirror 9,
And is sent to the user room in combination with the laser light emitted from the other. The free electron laser equipment of this embodiment can generate a plurality of free electron lasers simultaneously and can drive a plurality of free electron laser generators with one klystron.

【0018】なお、並置された自由電子レーザ発生装置
の全てを同じレーザ条件になるように調整することによ
り、これらを合成してユーザルームに出力される自由電
子レーザ光の強度を大きくすることができる。また、パ
ルス位相を調整することにより、マクロパルスの時間を
長くしたり、パルスの間を詰めて連続出力化することも
できる。個々の自由電子レーザ発生装置を異なる条件で
運転することにより、それぞれ異なる波長の自由電子レ
ーザ光を得ることもできることはいうまでもない。ま
た、高周波電源装置やクライストロンの大きさやコスト
は、出力に比例するわけではないので、施設の面積効率
や総コストが向上する。また、自由電子レーザ光のフォ
トン数に対するコストの比、すなわちフォトンコストを
下げることが可能である。
Incidentally, by adjusting all of the juxtaposed free electron laser generators so that the laser conditions are the same, it is possible to increase the intensity of the free electron laser light output to the user room by synthesizing them. it can. In addition, by adjusting the pulse phase, the time of the macro pulse can be lengthened, or the interval between the pulses can be reduced to provide a continuous output. It goes without saying that by operating the individual free electron laser generators under different conditions, it is possible to obtain free electron laser beams having different wavelengths. Further, since the size and cost of the high-frequency power supply device and the klystron are not proportional to the output, the area efficiency and the total cost of the facility are improved. Further, it is possible to reduce the cost ratio of the free electron laser light to the number of photons, that is, the photon cost.

【0019】図2に示した自由電子レーザ設備は、遠赤
外域のレーザ光を放射する自由電子レーザ発生装置を複
数基並置したものである。本態様における自由電子レー
ザ発生装置は、図1に示したものにおける電子銃1と加
速器2に代えて高周波電子銃16を備えて遠赤外域の自
由電子レーザを発生するところが異なるのみで、他の構
成および効果には差異がない。
The free electron laser equipment shown in FIG. 2 has a plurality of free electron laser generators that emit laser light in the far-infrared region juxtaposed. The free electron laser generator in this embodiment is different from the one shown in FIG. 1 only in that a high-frequency electron gun 16 is provided instead of the electron gun 1 and the accelerator 2 to generate a free electron laser in the far infrared region. There is no difference in composition and effect.

【0020】本態様の自由電子レーザ発生装置は、高周
波電子銃16に高周波電場を生成させて電子を引き出
し、偏向磁石3,6によりアンジュレータ7に導入して
シンクロトロン光を発生させる。シンクロトロン光は共
振器ミラー4,9の間で電子ビームとの干渉作用を受け
ながら共振してレーザ光となり、共振器ミラー9から出
力する。遠赤外領域の自由電子レーザ光は電磁波の性質
を色濃く持つため、導波管13,4でユーザルームに輸
送することができる。また、導波管で導く際に光出力を
合成したり、複数の光の位相を偏向することが可能であ
る。そこで、自由電子レーザ装置毎に出力に対応した合
成器15を備え、他のレーザ発生装置で放射された遠赤
外レーザ光と合体させて、強い自由電子レーザ光として
あるいは連続レーザ光としてユーザルームに供給する。
In the free-electron laser generator of this embodiment, a high-frequency electric field is generated by the high-frequency electron gun 16 to extract electrons, which are introduced into the undulator 7 by the deflecting magnets 3 and 6 to generate synchrotron light. The synchrotron light resonates between the resonator mirrors 4 and 9 while undergoing an interference action with the electron beam to become laser light, and is output from the resonator mirror 9. The free-electron laser light in the far-infrared region has a strong electromagnetic wave property, and can be transported to the user room by the waveguides 13 and 4. Further, it is possible to combine light outputs when guiding the light through a waveguide, or to deflect the phases of a plurality of lights. Therefore, each free electron laser device is provided with a synthesizer 15 corresponding to the output, and is combined with the far-infrared laser light emitted from the other laser generators to form a strong free electron laser light or a continuous laser light in the user room. To supply.

【0021】クライストロン22の出力は、10MW程
度ずつ各自由電子レーザ発生装置の高周波電子銃16に
分配される。高周波電子銃16は熱電子を高周波電場で
加速してエネルギー2MeVから10MeV、マクロパ
ルス平均電流が数100mA以上の電子ビームとしてア
ンジュレータ7に供給する。共振器ミラー9からは遠赤
外域の自由電子レーザが出射され、合成器15で他から
放射されたレーザ光と合体してユーザルームに送られ
る。
The output of the klystron 22 is distributed to the high-frequency electron gun 16 of each free electron laser generator by about 10 MW. The high-frequency electron gun 16 accelerates the thermoelectrons in a high-frequency electric field and supplies the undulator 7 as an electron beam having an energy of 2 MeV to 10 MeV and an average macropulse current of several hundred mA or more. A free-electron laser in the far-infrared region is emitted from the resonator mirror 9, combined with laser light emitted from the other by the combiner 15, and sent to the user room.

【0022】図3に示した本実施例第3の態様における
自由電子レーザ設備は、図1に示した赤外域のレーザ光
を放射する自由電子レーザ発生装置と図2に示した遠赤
外域のレーザ光を放射する自由電子レーザ発生装置を混
在させて、同時に異なる波長領域の自由電子レーザ光を
得るようにしたものである。このほかの構成は、図1あ
るいは図2の自由電子レーザ設備と変わることがない。
本態様における自由電子レーザ発生装置は、赤外域用自
由電子レーザ発生装置における加速器2と遠赤外域用自
由電子レーザ発生装置における高周波電子銃16にクラ
イストロン22からの高周波パワーを分配する。赤外領
域のレーザ光は半透過ミラー12を含む光学系により集
合されてユーザルームに供給され、遠赤外領域のレーザ
光は合成器15で他のレーザ光と合体してユーザルーム
に供給される。
The free electron laser equipment according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 3 comprises a free electron laser generator for emitting laser light in the infrared region shown in FIG. 1 and a far electron laser device shown in FIG. A free electron laser generator that emits laser light is mixed, so that free electron laser lights in different wavelength regions are obtained at the same time. Other configurations are the same as those of the free electron laser equipment of FIG. 1 or FIG.
The free electron laser generator in this embodiment distributes high frequency power from the klystron 22 to the accelerator 2 in the infrared free electron laser generator and the high frequency electron gun 16 in the far infrared free electron laser generator. The laser light in the infrared region is gathered by the optical system including the semi-transmissive mirror 12 and supplied to the user room, and the laser light in the far infrared region is combined with other laser light by the combiner 15 and supplied to the user room. You.

【0023】本態様の自由電子レーザ設備では、クライ
ストロン22の容量に納まる限りの自由電子発生装置を
設置することにより、1個または2個以上の赤外領域と
遠赤外領域のレーザ光を同時にユーザに供給するので、
ユーザは、たとえば遠赤外を用いた加熱により物質がい
かに変化するかを赤外分析により知る、などレーザ光の
波長に基づいた特性を生かした各種の実験を行うことが
できる。
In the free electron laser equipment of this embodiment, one or two or more laser lights in the infrared region and the far infrared region are simultaneously emitted by installing a free electron generator as long as it can fit in the capacity of the klystron 22. Supply to the user,
The user can perform various experiments utilizing characteristics based on the wavelength of the laser light, such as knowing how a substance changes by heating using far-infrared rays by infrared analysis.

【0024】[0024]

【実施例2】図4は本発明の第2の実施例を示す構成図
である。本実施例の自由電子レーザ設備は、2つの電子
ビームを1個のアンジュレータに導入して2種類の自由
電子レーザを出力させたり、パワーを倍増させたりする
ようにしたものである。図に示すように、アンジュレー
タ7の両端に2方向から電子ビームを入射させてそれぞ
れ同じ角度偏向させる偏向磁石17が設けられている。
図中左側の高周波電子銃16から放出された電子ビーム
は図中左側の偏向磁石3,17の働きによりアンジュレ
ータ7に導入され、アンジュレータ7を通り抜けた後に
右側の偏向磁石17によりビームダンプ11に排出され
る。また、図中右側の高周波電子銃16から放出された
電子ビームは右側の偏向磁石3,17を通りアンジュレ
ータ7を通り抜けた後に左側の偏向磁石17によりビー
ムダンプ11に排出される。
Embodiment 2 FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In the free electron laser equipment of this embodiment, two electron beams are introduced into one undulator to output two types of free electron lasers or double the power. As shown in the figure, deflecting magnets 17 are provided at both ends of the undulator 7 for irradiating electron beams from two directions and deflecting them by the same angle.
The electron beam emitted from the high-frequency electron gun 16 on the left side in the figure is introduced into the undulator 7 by the action of the deflecting magnets 3 and 17 on the left side in the figure, and is discharged to the beam dump 11 by the right deflecting magnet 17 after passing through the undulator 7. Is done. Further, the electron beam emitted from the high-frequency electron gun 16 on the right side in the drawing passes through the deflecting magnets 3 and 17, passes through the undulator 7, and is then discharged to the beam dump 11 by the left deflecting magnet 17.

【0025】ふたつの高周波電子銃16には一つのクラ
イストロン22からの高周波電力が分配されている。ふ
たつの高周波電子銃16で与えられる電子ビームのエネ
ルギーが等しければ、アンジュレータ7で発生する自由
電子レーザ光は同じ波長を有し、一方の共振器ミラー9
から取り出される自由電子レーザのエネルギーが倍増す
る。また、高周波の位相をシフトさせることにより、出
力パルス部分が長くなった自由電子レーザを取り出すこ
ともできる。さらに、ふたつの高周波電子銃16で与え
るエネルギーが異なる場合は、それぞれの電子ビームを
原因として発生する自由電子レーザの性質が異なること
になるので、ユーザは2種類の自由電子レーザを同時に
得ることができる。
High frequency power from one klystron 22 is distributed to the two high frequency electron guns 16. If the energies of the electron beams provided by the two high-frequency electron guns 16 are equal, the free electron laser light generated by the undulator 7 has the same wavelength, and one of the resonator mirrors 9
The energy of the free electron laser extracted from the laser is doubled. Further, by shifting the phase of the high frequency, a free electron laser having a longer output pulse portion can be taken out. Further, when the energy given by the two high-frequency electron guns 16 is different, the properties of the free electron laser generated due to the respective electron beams are different, so that the user can obtain two types of free electron lasers simultaneously. it can.

【0026】[0026]

【実施例3】図5は本発明の第3の実施例を示す構成図
である。本実施例の自由電子レーザ設備は、自由電子レ
ーザ発生装置をユニット化して立体的に組み合わせて使
用することにより、さらに面積効率を向上させ、かつ製
作コストを節減させたものである。自由電子レーザ発生
装置毎の高周波分配器より下流で出力レーザ合成器より
上流の部分を積み重ねが可能な同形の架台に組み込んで
同じ寸法で同じ構成を有するユニット装置となるように
形成する。必要な数のユニット装置を並置しあるいは上
下方向に積み上げて、クライストロン22からの導波管
を接続し、また出力導波管を接続して、自由電子レーザ
設備を構成する。
Embodiment 3 FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. In the free electron laser equipment of this embodiment, the area efficiency is further improved and the manufacturing cost is reduced by unitizing and using the free electron laser generator in a three-dimensional manner. A portion downstream of the high-frequency distributor for each free electron laser generator and upstream of the output laser combiner is incorporated into a stackable frame of the same shape to form a unit device having the same dimensions and the same configuration. A required number of unit devices are juxtaposed or stacked up and down, a waveguide from the klystron 22 is connected, and an output waveguide is connected to form a free electron laser facility.

【0027】自由電子レーザ発生装置をユニット化する
ことにより製作コストや保全コストなどが低減し、また
立体的に配置することにより設備としての面積効率が格
段に向上する。特に、遠赤外域の自由電子レーザ発生装
置では、装置1台当たり必要な高周波電力が小さいため
フォトンコストを低減することができるが、また装置が
小型になるので、本実施例におけるように、ユニット化
して立体的に配設して使用することにより、さらに面積
効率を向上させ、製作コストを低減することができる。
By unitizing the free electron laser generator, manufacturing costs and maintenance costs are reduced, and by arranging it three-dimensionally, the area efficiency as equipment is significantly improved. In particular, in the free-electron laser generator in the far-infrared region, the photon cost can be reduced because the required high-frequency power per device is small, but since the device is small, the unit is small as in this embodiment. By arranging and using them three-dimensionally, it is possible to further improve the area efficiency and reduce the manufacturing cost.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自由電子
レーザ設備は、クライストロンのコストおよび装置サイ
ズが高周波出力に対する依存性が小さいことを利用し
て、高周波駆動型の自由電子レーザ発生装置を複数設備
してこれらを同時に駆動できるようにしたことにより、
設備全体の設置面積を低減して面積効率を向上させ、フ
ォトンコストを低減させることができた。
As described above, the free electron laser equipment of the present invention utilizes the fact that the cost and the size of the klystron have a small dependence on the high frequency output, and a high frequency drive type free electron laser generator is used. By being able to drive these at the same time with multiple facilities,
The installation area of the whole equipment was reduced, the area efficiency was improved, and the photon cost was able to be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例の自由電子レーザ設備の第
1態様を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a free electron laser facility according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例の自由電子レーザ設備の第2態様を
示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the free electron laser equipment of the first embodiment.

【図3】第1実施例の自由電子レーザ設備の第3態様を
示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the free electron laser equipment of the first embodiment.

【図4】本発明の第2実施例の自由電子レーザ設備を示
す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a free electron laser facility according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施例の自由電子レーザ設備を示
す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a free electron laser facility according to a third embodiment of the present invention.

【図6】従来の自由電子レーザ設備の例を示す平面配置
図である。
FIG. 6 is a plan view showing an example of a conventional free electron laser facility.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子銃 2 高周波加速器 3,6,8 偏向磁石 4,9 共振器ミラー 5,10 ミラーチャンバー 7 アンジュレータ 11 ビームダンパー 12 半透過ミラー 13,14 レーザ導波管 15 合成器 16 高周波電子銃 17 偏向磁石 21 高周波電源 22 クライストロン 23 ディバイダー 24 アッテネータ 25 位相調整器 26 導波管 30 自由電子レーザ発生ユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2 High frequency accelerator 3,6,8 Deflection magnet 4,9 Resonator mirror 5,10 Mirror chamber 7 Undulator 11 Beam damper 12 Semi-transmissive mirror 13,14 Laser waveguide 15 Synthesizer 16 High frequency electron gun 17 Deflection magnet DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 High frequency power supply 22 Klystron 23 Divider 24 Attenuator 25 Phase adjuster 26 Waveguide 30 Free electron laser generation unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G085 AA03 AA18 BA01 BA14 BA17 BA19 BB17 BB20 CA02 CA18 DB02 DB08 DB10 EA06 5F072 AC10 HH03 JJ02 JJ04 JJ08 KK06 PP05 RR10 SS06 YY01 YY20  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G085 AA03 AA18 BA01 BA14 BA17 BA19 BB17 BB20 CA02 CA18 DB02 DB08 DB10 EA06 5F072 AC10 HH03 JJ02 JJ04 JJ08 KK06 PP05 RR10 SS06 YY01 YY20

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子ビーム源と高周波加速器とアンジュ
レータを備えた複数の自由電子レーザ発生装置に対して
1台の共通高周波電源を備えて、該共通高周波電源から
前記複数の自由電子レーザ発生装置の各高周波加速器に
高周波電力を供給することを特徴とする自由電子レーザ
設備。
1. A common high-frequency power source is provided for a plurality of free electron laser generators each including an electron beam source, a high-frequency accelerator, and an undulator, and the plurality of free electron laser generators are supplied from the common high-frequency power source. Free-electron laser equipment characterized by supplying high-frequency power to each high-frequency accelerator.
【請求項2】 前記複数の自由電子レーザ発生装置がす
べて同じ波長の自由電子レーザ光を発生することを特徴
とする請求項1記載の自由電子レーザ設備。
2. The free electron laser equipment according to claim 1, wherein said plurality of free electron laser generators all generate free electron laser light having the same wavelength.
【請求項3】 前記複数の自由電子レーザ発生装置の少
なくとも1個が他と異なる波長の自由電子レーザ光を発
生することを特徴とする請求項1記載の自由電子レーザ
設備。
3. The free electron laser equipment according to claim 1, wherein at least one of said plurality of free electron laser generators generates free electron laser light having a wavelength different from the others.
【請求項4】 前記複数の自由電子レーザ発生装置が同
じ寸法で同じ構成を有して、該自由電子レーザ発生装置
を並置もしくは堆積して構成することを特徴とする請求
項1から3のいずれかに記載の自由電子レーザ設備。
4. The free electron laser generator according to claim 1, wherein the plurality of free electron laser generators have the same dimensions and the same configuration, and the free electron laser generators are arranged side by side or stacked. The free electron laser equipment described in Crab.
【請求項5】 前記電子ビーム源がエネルギー50Me
V以下のリニアックもしくは高周波電子銃であることを
特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の自由電子
レーザ設備。
5. An electron beam source having an energy of 50 Me.
The free electron laser equipment according to any one of claims 1 to 4, wherein the equipment is a linac or a high-frequency electron gun of V or less.
【請求項6】 前記複数の自由電子レーザ発生装置が発
生するレーザ光のは波長が遠赤外線領域にあることを特
徴とする請求項1から5のいずれかに記載の自由電子レ
ーザ設備。
6. The free electron laser equipment according to claim 1, wherein a wavelength of the laser light generated by said plurality of free electron laser generators is in a far infrared region.
【請求項7】 前記複数の自由電子レーザ発生装置から
放出されるレーザ光の輸送路中にレーザ光を重畳させる
回路もしくはレーザ光同士をずらす回路を備えることを
特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の自由電子
レーザ設備。
7. The method according to claim 1, further comprising a circuit for superimposing the laser light or a circuit for shifting the laser light in a transport path of the laser light emitted from the plurality of free electron laser generators. Free electron laser equipment according to any of the above.
【請求項8】 第1と第2の2個の加速空洞と、1個の
共通高周波電源と、1個のアンジュレータと、該アンジ
ュレータを挟んで対になった第1と第2の2個の共振器
ミラーと、該第1と第2の共振器ミラーと前記アンジュ
レータの間にそれぞれ第1と第2の偏向磁石群を備え、
前記第1加速空洞が前記共通高周波電源から供給される
高周波電力で生成された高周波電場により第1の電子ビ
ームを加速して前記第1偏向磁石群に供給し、前記第1
偏向磁石群が該第1電子ビームを前記アンジュレータの
一方の端からアンジュレータの軸上に導き、前記第2偏
向磁石群が前記アンジュレータの軸上を走行した該第1
電子ビームを軸から逸らせてダンプさせ、前記第2加速
空洞が前記共通高周波電源から供給される高周波電力で
生成された高周波電場により第2の電子ビームを加速し
て前記第2偏向磁石群に供給し、前記第2偏向磁石群が
該第2電子ビームを前記アンジュレータの他方の端から
アンジュレータの軸上に導き、前記第1偏向磁石群が前
記アンジュレータの軸上を走行した該第2電子ビームを
軸から逸らせてダンプさせ、前記第1と第2の電子ビー
ムが前記アンジュレータ中を走行する間に前記第1と第
2の共振器ミラーの間で共振する光と作用して自由電子
レーザを生成する自由電子レーザ設備。
8. A first and second two accelerating cavities, one common high-frequency power source, one undulator, and first and second two pairs of the undulator sandwiched therebetween. A resonator mirror, and first and second deflecting magnet groups respectively between the first and second resonator mirrors and the undulator;
The first accelerating cavity accelerates a first electron beam by a high-frequency electric field generated by high-frequency power supplied from the common high-frequency power supply, and supplies the first electron beam to the first deflection magnet group.
A deflecting magnet group directs the first electron beam from one end of the undulator onto an undulator axis, and the second deflecting magnet group travels on the undulator axis.
The second accelerating cavity is accelerated by the high-frequency electric field generated by the high-frequency power supplied from the common high-frequency power supply, and the second electron beam is deflected off the axis to be dumped. Supplying, the second group of deflection magnets guides the second electron beam on the axis of the undulator from the other end of the undulator, and the first group of deflection magnets travels on the axis of the undulator. Deviates from the axis to cause the free electron laser to interact with light resonating between the first and second resonator mirrors while the first and second electron beams travel through the undulator. Producing free electron laser equipment.
【請求項9】 前記第1および第2の加速空洞と前記共
通高周波電源の間にそれぞれ第1および第2の位相調整
器を備えて、前記アンジュレータ内を共振する光のバン
チの走行に前記電子ビームの走行が同期するように前記
第1と第2の加速空洞内の高周波電場の位相を調整する
ことを特徴とする請求項8記載の自由電子レーザ設備。
9. An undulator for driving a bunch of light resonating in the undulator, comprising first and second phase adjusters between the first and second acceleration cavities and the common high-frequency power supply, respectively. 9. The free electron laser equipment according to claim 8, wherein the phases of the high-frequency electric fields in the first and second accelerating cavities are adjusted so that the traveling of the beam is synchronized.
JP2000130060A 2000-04-28 2000-04-28 Free electron laser facility Pending JP2001313435A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000130060A JP2001313435A (en) 2000-04-28 2000-04-28 Free electron laser facility

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000130060A JP2001313435A (en) 2000-04-28 2000-04-28 Free electron laser facility

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001313435A true JP2001313435A (en) 2001-11-09

Family

ID=18639227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000130060A Pending JP2001313435A (en) 2000-04-28 2000-04-28 Free electron laser facility

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001313435A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015044182A3 (en) * 2013-09-25 2015-09-24 Asml Netherlands B.V. Beam delivery apparatus and method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015044182A3 (en) * 2013-09-25 2015-09-24 Asml Netherlands B.V. Beam delivery apparatus and method
US20160225477A1 (en) * 2013-09-25 2016-08-04 Asml Netherlands B.V. Beam delivery apparatus and method
US10580545B2 (en) * 2013-09-25 2020-03-03 Asml Netherlands B.V. Beam delivery apparatus and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hemsing et al. Generating optical orbital angular momentum in a high-gain free-electron laser at the first harmonic
Ding et al. Two-bunch self-seeding for narrow-bandwidth hard x-ray free-electron lasers
US9053833B2 (en) DC high-voltage super-radiant free-electron based EUV source
US10212796B2 (en) X-ray pulse source and method for generating X-ray pulses
US20050175042A1 (en) Method for enabling high-brightness, narrow-band orbital radiation to be utilized simultaneously on a plurality of beam lines
JP3736343B2 (en) DC electron beam accelerator and DC electron beam acceleration method thereof
TWI704736B (en) Free electron laser
Clayton et al. Generation and transport of ultrashort phase-locked electron bunches to a plasma beatwave accelerator
Jeong et al. Prospects of a terahertz free-electron laser for field application
JP2001313435A (en) Free electron laser facility
Freund et al. Two-color operation in high-gain free-electron lasers
US4999839A (en) Amplifier-oscillator free electron laser
Baklakov et al. Status of the free electron laser for the Siberian centre for photochemical research
JP3346155B2 (en) Free electron laser generator
KR102556534B1 (en) Light source generating device
JP3594406B2 (en) Free electron laser device
JP2625062B2 (en) Free electron laser generator
Socol et al. 13.5 nm free-electron laser for EUV lithography
JPH10125500A (en) Periodic magnetic field generating device
Dyunin et al. A new THz FEL development project
CN116321645A (en) Extreme ultraviolet light source device
CN114976849A (en) High-flux synchronous radiation light generating device
Serov Experimental investigation of the operation of a parametric free-electron laser which utilizes transition and synchrotron radiations
Lewellen Overview of high-brightness electron guns
JPH09246674A (en) Small-sized free electron laser