JP2625062B2 - 自由電子レーザ発生装置 - Google Patents
自由電子レーザ発生装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、波長の異なる多種類
の自由電子レーザを同時に発生させ、低速陽電子の発生
など電子ビームの高効率利用を可能とする自由電子レー
ザ発生装置に関する。
の自由電子レーザを同時に発生させ、低速陽電子の発生
など電子ビームの高効率利用を可能とする自由電子レー
ザ発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自由電子レーザ（以下ＦＥＬと呼ぶ）は
相対論的なエネルギを持つ電子ビームと電磁場との共鳴
的な相互作用によりコヒーレントな電磁波を発生させる
ものであり、アンジュレータ又は光クライストロンと呼
ばれる周期的な電磁場を形成する手段に電子ビームを導
き、電子ビームを蛇行させて誘導放射によりレーザ光が
発生する。
相対論的なエネルギを持つ電子ビームと電磁場との共鳴
的な相互作用によりコヒーレントな電磁波を発生させる
ものであり、アンジュレータ又は光クライストロンと呼
ばれる周期的な電磁場を形成する手段に電子ビームを導
き、電子ビームを蛇行させて誘導放射によりレーザ光が
発生する。
【０００３】かかるＦＥＬによる世界初の発振は、赤外
域で１９７７年に達成され、電子リニアックによる赤外
域ＦＥＬは高強度で利用研究に使用されている。短波長
の紫外域ＦＥＬも行なわれているが、この場合は未だ電
子蓄積リングによっている。かかるＦＥＬの原理を用い
て波長の異なる種類のＦＥＬを同時に発生させ、電子ビ
ームの高効率利用を図るいくつかの試みが Nuclear Ins
truments and Methodsin Physies Research A304(1991)
P.163〜167,ibid A272(1988)P.208〜217 に示されてお
り、その一例を図５に示す。
域で１９７７年に達成され、電子リニアックによる赤外
域ＦＥＬは高強度で利用研究に使用されている。短波長
の紫外域ＦＥＬも行なわれているが、この場合は未だ電
子蓄積リングによっている。かかるＦＥＬの原理を用い
て波長の異なる種類のＦＥＬを同時に発生させ、電子ビ
ームの高効率利用を図るいくつかの試みが Nuclear Ins
truments and Methodsin Physies Research A304(1991)
P.163〜167,ibid A272(1988)P.208〜217 に示されてお
り、その一例を図５に示す。
【０００４】この例では、電子銃１００で発射された電
子ビームは、プレバンチャー１０１、バンチャー１０２
で集群化（バンチ）された後電子リニアック１０３で加
速し、この電子ビームを分岐器１０４により複数列（図
示の例では３列）に分岐して、上、下の系ではアンジュ
レータ１０５に入射しＦＥＬ光を発生させた後これを外
部へ取り出し、あるいは中間の系では分岐後もう１度電
子リニアック１０３により加速してその後同様にアンジ
ュレータ１０５で別のＦＥＬ光を発生させている。
子ビームは、プレバンチャー１０１、バンチャー１０２
で集群化（バンチ）された後電子リニアック１０３で加
速し、この電子ビームを分岐器１０４により複数列（図
示の例では３列）に分岐して、上、下の系ではアンジュ
レータ１０５に入射しＦＥＬ光を発生させた後これを外
部へ取り出し、あるいは中間の系では分岐後もう１度電
子リニアック１０３により加速してその後同様にアンジ
ュレータ１０５で別のＦＥＬ光を発生させている。
【０００５】別の例として図６のＦＥＬ発生装置も先の
文献に示されている。この発生装置では、電子入射器
（Injector）１１０からの電子ビームを加速器１１１で
加速した後４重極レンズ１１２でビームを集束し、これ
を第１段目の共振器１１３間に置かれたアンジュレータ
１１４から成るＦＥＬ１へ導いてＦＥＬ光を発生させ、
上記ＦＥＬで使用された電子ビームはさらに第１段のＦ
ＥＬ１と直交して設けられた第２段目のＦＥＬ２へ送ら
れ、ここで再びＦＥＬ光を発生させ、こうして次々と第
３段〜第６段のＦＥＬでそれぞれＦＥＬ光を発生する。
文献に示されている。この発生装置では、電子入射器
（Injector）１１０からの電子ビームを加速器１１１で
加速した後４重極レンズ１１２でビームを集束し、これ
を第１段目の共振器１１３間に置かれたアンジュレータ
１１４から成るＦＥＬ１へ導いてＦＥＬ光を発生させ、
上記ＦＥＬで使用された電子ビームはさらに第１段のＦ
ＥＬ１と直交して設けられた第２段目のＦＥＬ２へ送ら
れ、ここで再びＦＥＬ光を発生させ、こうして次々と第
３段〜第６段のＦＥＬでそれぞれＦＥＬ光を発生する。
【０００６】上記各段のＦＥＬでは図示のように各段毎
に順により長波長の異なるＦＥＬ光を得るようにしてい
る。
に順により長波長の異なるＦＥＬ光を得るようにしてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＦＥＬ発生
装置は、発生するＦＥＬ光の波長が任意に変えられる点
が大きな特徴であるが、波長を可変とする場合、電磁界
の強度を変えるかあるいは電子ビームのエネルギを変え
る方法が一般的である。
装置は、発生するＦＥＬ光の波長が任意に変えられる点
が大きな特徴であるが、波長を可変とする場合、電磁界
の強度を変えるかあるいは電子ビームのエネルギを変え
る方法が一般的である。
【０００８】電子ビームを複数段のＦＥＬ発生装置に通
過させると、各段のＦＥＬ発生装置でＦＥＬ光を放射す
る毎に電子のエネルギは減少する。電子のエネルギが減
少すると一般にＦＥＬ光の波長は長波長側に寄る。従っ
て、短波長化するためには電子ビームを再加速する必要
がある。
過させると、各段のＦＥＬ発生装置でＦＥＬ光を放射す
る毎に電子のエネルギは減少する。電子のエネルギが減
少すると一般にＦＥＬ光の波長は長波長側に寄る。従っ
て、短波長化するためには電子ビームを再加速する必要
がある。
【０００９】しかしながら、前述したいずれのＦＥＬ発
生装置の例でも、各段のＦＥＬは単にそれらを直列に配
列したに過ぎず、アンジュレータとアンジュレータの間
は四重極レンズで集束されているだけで、短バンチ化等
のＦＥＬ発生条件の調整機構は設けられていない。
生装置の例でも、各段のＦＥＬは単にそれらを直列に配
列したに過ぎず、アンジュレータとアンジュレータの間
は四重極レンズで集束されているだけで、短バンチ化等
のＦＥＬ発生条件の調整機構は設けられていない。
【００１０】電子ビームの再加速や位相幅、エネルギ幅
の再調整をしない場合は電磁場との相互作用で得られる
ＦＥＬ光が効率よく発生しないだけでなく、短波長化が
できないため、各段のＦＥＬ発生装置で所望の波長のＦ
ＥＬ光が得られないことになる。
の再調整をしない場合は電磁場との相互作用で得られる
ＦＥＬ光が効率よく発生しないだけでなく、短波長化が
できないため、各段のＦＥＬ発生装置で所望の波長のＦ
ＥＬ光が得られないことになる。
【００１１】この発明は、上述した従来の多段のＦＥＬ
発生装置でＦＥＬ光を得る際の問題点に留意して、多段
のＦＥＬ発生装置に対して各段毎に電子ビームの位相幅
の調整を行なって再加速又は減速をし、広波長域にわた
るそれぞれ波長の異なる何種類かのＦＥＬ光を同時に発
生させ、かつ低速陽電子やシンクロトロン放射光も同時
に発生させることができるＦＥＬ発生装置を提供するこ
とを課題とする。
発生装置でＦＥＬ光を得る際の問題点に留意して、多段
のＦＥＬ発生装置に対して各段毎に電子ビームの位相幅
の調整を行なって再加速又は減速をし、広波長域にわた
るそれぞれ波長の異なる何種類かのＦＥＬ光を同時に発
生させ、かつ低速陽電子やシンクロトロン放射光も同時
に発生させることができるＦＥＬ発生装置を提供するこ
とを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、光速に近い速度を有する電子ビーム
をアンジュレータ又は光クライストロンで蛇行させて自
由電子レーザを発生した電子ビームを位相幅調整後、別
途用意した電子加速器に入射し、再加速又は減速した電
子ビームをアンジュレータ又は光クライストロンで蛇行
させて、より短波長又はより長波長の自由電子レーザを
発生することから成る自由電子レーザ発生装置としたの
である。
としてこの発明は、光速に近い速度を有する電子ビーム
をアンジュレータ又は光クライストロンで蛇行させて自
由電子レーザを発生した電子ビームを位相幅調整後、別
途用意した電子加速器に入射し、再加速又は減速した電
子ビームをアンジュレータ又は光クライストロンで蛇行
させて、より短波長又はより長波長の自由電子レーザを
発生することから成る自由電子レーザ発生装置としたの
である。
【００１３】上記ＦＥＬ発生装置において、前記再加速
又は減速した電子ビームを別途用意したＸ線ターゲット
に照射し、発生したＸ線をタングステン箔に照射して低
速陽電子を発生させるものとしてもよい。
又は減速した電子ビームを別途用意したＸ線ターゲット
に照射し、発生したＸ線をタングステン箔に照射して低
速陽電子を発生させるものとしてもよい。
【００１４】あるいは、前記再加速又は減速した電子ビ
ームを別途用意した電子蓄積リングに大電流蓄積し、大
電流化した後にアンジュレータか光クライストロンで蛇
行させ、さらに短波長の自由電子レーザを発生させる装
置とすることもできる。
ームを別途用意した電子蓄積リングに大電流蓄積し、大
電流化した後にアンジュレータか光クライストロンで蛇
行させ、さらに短波長の自由電子レーザを発生させる装
置とすることもできる。
【００１５】
【作用】本願の第１の発明では、例えば電子入射器から
射出される電子ビームは磁気バンチャにより十分に小位
相幅に集群化した状態で加速度により光速に近い速度に
加速される。この加速された電子ビームをアンジュレー
タ又は光クライストロンのような周期的に変化する電磁
場を形成する手段内に導き、その電磁場内で相互作用に
より自由電子レーザ光（ＦＥＬ）を発生させる。
射出される電子ビームは磁気バンチャにより十分に小位
相幅に集群化した状態で加速度により光速に近い速度に
加速される。この加速された電子ビームをアンジュレー
タ又は光クライストロンのような周期的に変化する電磁
場を形成する手段内に導き、その電磁場内で相互作用に
より自由電子レーザ光（ＦＥＬ）を発生させる。
【００１６】電子ビームはビーム輸送系に含まれる分析
系で測定され、磁気バンチャーによって電子ビームの集
群化状態やビームエネルギ、位相幅を調整し、上記電磁
場へ導入される。
系で測定され、磁気バンチャーによって電子ビームの集
群化状態やビームエネルギ、位相幅を調整し、上記電磁
場へ導入される。
【００１７】発生したＦＥＬ光はその段の共振器内で増
幅されて外部へ取り出され、一方電磁場を通過した電子
ビームはビーム輸送系によって共振器から外部へ導かれ
る。
幅されて外部へ取り出され、一方電磁場を通過した電子
ビームはビーム輸送系によって共振器から外部へ導かれ
る。
【００１８】外部へ導かれた電子ビームの位相幅を磁気
バンチャで調整した後再び下流の加速管で電子ビームを
再加速又は減速して次の段へ送る。こうして電子ビーム
を再加速又は減速して送ると、次の段では電子のエネル
ギレベルが調整されているためより短波長又は長波長の
ＦＥＬ光が得られる。
バンチャで調整した後再び下流の加速管で電子ビームを
再加速又は減速して次の段へ送る。こうして電子ビーム
を再加速又は減速して送ると、次の段では電子のエネル
ギレベルが調整されているためより短波長又は長波長の
ＦＥＬ光が得られる。
【００１９】こうして次々と複数段の作用を重ねること
で、同時に異なる波長のＦＥＬ光が得られる。
で、同時に異なる波長のＦＥＬ光が得られる。
【００２０】第２の発明では、上記再加速された電子ビ
ームをＸ線ターゲットに照射し、発生したＸ線をタング
ステン箔に照射すると効率よく低速陽電子を発生させる
ことができる。
ームをＸ線ターゲットに照射し、発生したＸ線をタング
ステン箔に照射すると効率よく低速陽電子を発生させる
ことができる。
【００２１】あるいは第３の発明の装置のように、電子
蓄積リングに再加速された電子ビームを入射し、蓄積す
ると、周回軌道を周回する電子ビームによりシンクロト
ロン放射光が得られると共に直線軌道の一部に設けられ
る電磁場でもＦＥＬ光が得られ、このＦＥＬ光も波長が
異なるものとすることができる。
蓄積リングに再加速された電子ビームを入射し、蓄積す
ると、周回軌道を周回する電子ビームによりシンクロト
ロン放射光が得られると共に直線軌道の一部に設けられ
る電磁場でもＦＥＬ光が得られ、このＦＥＬ光も波長が
異なるものとすることができる。
【００２２】このようにして、広波長域に亘る何種類か
のＦＥＬ光、例えば赤外、可視、紫外のレーザを同時に
発生させ、かつ低速陽電子やシンクロトロン光なども同
時発生することになり、電子ビームを高効率に利用した
多面的な利用が可能となる。
のＦＥＬ光、例えば赤外、可視、紫外のレーザを同時に
発生させ、かつ低速陽電子やシンクロトロン光なども同
時発生することになり、電子ビームを高効率に利用した
多面的な利用が可能となる。
【００２３】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２４】図１は本願発明の装置の全体概略構成図で
あり、図２は図１の装置における１段目の装置部分の拡
大図である。図示のように、この実施例の装置は自由電
子レーザ（以下ＦＥＬと呼ぶ）を３段に直線状に設けた
例である。図中Ｉ、II、IIIの符号は１段目、２段目、
３段目の各装置部分を示し、各装置部分の構成はそれぞ
れ一部を除いてほぼ同じであり、各段で発生するＦＥＬ
光の波長が異なるだけであるから、同一部材については
同じ符号を付して説明は省略する。
あり、図２は図１の装置における１段目の装置部分の拡
大図である。図示のように、この実施例の装置は自由電
子レーザ（以下ＦＥＬと呼ぶ）を３段に直線状に設けた
例である。図中Ｉ、II、IIIの符号は１段目、２段目、
３段目の各装置部分を示し、各装置部分の構成はそれぞ
れ一部を除いてほぼ同じであり、各段で発生するＦＥＬ
光の波長が異なるだけであるから、同一部材については
同じ符号を付して説明は省略する。
【００２５】１は電子入射器であり、電子銃等から成
る。２は加速管でありプリアクセレータとして電子ビー
ムを加速する。３は磁気バンチャとして設けられ、電子
ビームを小位相幅に集群化（bunching）する。磁気バン
チャ３の次にはさらに電子ビームを加速するための加速
管２’が設けられている。
る。２は加速管でありプリアクセレータとして電子ビー
ムを加速する。３は磁気バンチャとして設けられ、電子
ビームを小位相幅に集群化（bunching）する。磁気バン
チャ３の次にはさらに電子ビームを加速するための加速
管２’が設けられている。
【００２６】上記各構成部材は一直線上に設けられてい
るが、加速管２’の後方には直線ラインと並行にＦＥＬ
発生部が設けられている。このＦＥＬ発生部は、ビーム
輸送系４、アンジュレータ５、ビーム輸送系４’、共振
器６から成る。アンジュレータ５は光クライストロンと
してもよい。７は水槽から成るビームキャッチャーであ
る。
るが、加速管２’の後方には直線ラインと並行にＦＥＬ
発生部が設けられている。このＦＥＬ発生部は、ビーム
輸送系４、アンジュレータ５、ビーム輸送系４’、共振
器６から成る。アンジュレータ５は光クライストロンと
してもよい。７は水槽から成るビームキャッチャーであ
る。
【００２７】ビーム輸送系４は、輸送される電子ビーム
のエネルギ幅を分析するエネルギ分析系、入射電磁石と
ビーム収束用の四重極電磁石、軌道を微調整するための
補正用コイル、ビーム断面形状を観測するモニタなどか
ら成る。
のエネルギ幅を分析するエネルギ分析系、入射電磁石と
ビーム収束用の四重極電磁石、軌道を微調整するための
補正用コイル、ビーム断面形状を観測するモニタなどか
ら成る。
【００２８】４ａはバンチ幅観測ポート、４ｂは入射電
磁石、４ｃは偏向電磁石、４ｄは四重極電磁石、４ｅは
ビーム収束用電磁石である。エネルギ分析系は上記偏向
電磁石４ｃ、四重極電磁石４ｄなどから成る。ビーム輸
送系４’もほぼ同様な構成であり、バンチ幅観測ポート
４ａ’の位置が若干異なっている。
磁石、４ｃは偏向電磁石、４ｄは四重極電磁石、４ｅは
ビーム収束用電磁石である。エネルギ分析系は上記偏向
電磁石４ｃ、四重極電磁石４ｄなどから成る。ビーム輸
送系４’もほぼ同様な構成であり、バンチ幅観測ポート
４ａ’の位置が若干異なっている。
【００２９】アンジュレータ５は、ウイグラ磁石とも呼
ばれ、対向して設けられるＮ極とＳ極の一対の磁石を隣
り合う磁極の極性が９０°ずつ互いに異なるように設け
た複数対の磁石から成る。
ばれ、対向して設けられるＮ極とＳ極の一対の磁石を隣
り合う磁極の極性が９０°ずつ互いに異なるように設け
た複数対の磁石から成る。
【００３０】光クライストロンは、上記ウイグラ磁石を
第１ウイグラ部と第２ウイグラ部として設け、両ウイグ
ラ部の中間にこれらより周期長が長く、磁場強度の強い
一周期分のウイグラ部を設けたものから成る。
第１ウイグラ部と第２ウイグラ部として設け、両ウイグ
ラ部の中間にこれらより周期長が長く、磁場強度の強い
一周期分のウイグラ部を設けたものから成る。
【００３１】以上のように構成された第１段目のＦＥＬ
発生部では、磁気バンチャ３で効率よく集群化された電
子ビームを加速管２’で所要のエネルギレベルに加速し
て光速に近い速度でビーム輸送系４を介して共振器６、
６内に送り込む。電子ビームはアンジュレータ５の周期
的に変化する電磁場により蛇行させられ、電磁場との相
互作用によりＦＥＬ光を放射し、このＦＥＬ光は共振器
６、６内を多数回往復して共振器の一方の出力側ミラー
から取り出され、所定波長のＦＥＬ光が得られる。
発生部では、磁気バンチャ３で効率よく集群化された電
子ビームを加速管２’で所要のエネルギレベルに加速し
て光速に近い速度でビーム輸送系４を介して共振器６、
６内に送り込む。電子ビームはアンジュレータ５の周期
的に変化する電磁場により蛇行させられ、電磁場との相
互作用によりＦＥＬ光を放射し、このＦＥＬ光は共振器
６、６内を多数回往復して共振器の一方の出力側ミラー
から取り出され、所定波長のＦＥＬ光が得られる。
【００３２】一般にはこのＦＥＬ光の波長を変える方法
として、輸送される電子ビームのエネルギを予め所定レ
ベルに調整する方法又はアンジュレータでの磁界強度を
調整する方法がある。
として、輸送される電子ビームのエネルギを予め所定レ
ベルに調整する方法又はアンジュレータでの磁界強度を
調整する方法がある。
【００３３】アンジュレータ５を通過した電子ビームは
もう１つのビーム輸送系４’と磁気バンチャー３’で位
相幅を調整した状態で次の加速管に送られる。なお、第
１段目のＦＥＬ発生部を使用しないときは、電子ビーム
は直線ライン上の加速管で加速され、第２段目、又は第
３段目へと送られる。又、第１段目のみを独立に使用す
るときは電子ビームは第１段目のビームキャッチャ７へ
送られ減速処理される。
もう１つのビーム輸送系４’と磁気バンチャー３’で位
相幅を調整した状態で次の加速管に送られる。なお、第
１段目のＦＥＬ発生部を使用しないときは、電子ビーム
は直線ライン上の加速管で加速され、第２段目、又は第
３段目へと送られる。又、第１段目のみを独立に使用す
るときは電子ビームは第１段目のビームキャッチャ７へ
送られ減速処理される。
【００３４】上述した作用を図３を用いてさらに詳しく
説明する。
説明する。
【００３５】加速管２’で電子ビームが加速されると、
電子ビームはエネルギΕ0 に加速され、エネルギ幅ε0
を持つ。電子群のバンチ長が短い電子ビームをビーム輸
送系４、４’で輸送する場合、Ε0 ＋ε0 ／２の高エネ
ルギビームとΕ0 −ε0 ／２の低エネルギビームの輸送
系での両者の軌道長の差を考える必要がある。一般に輸
送系４、４’を構成する偏向電磁石では、高エネルギビ
ームは低エネルギビームより偏向されにくいため四重極
電磁石を含む輸送系４、４’でも軌道長が短くなる。こ
の軌道長の長短による電子バンチ長はバンチ幅観測ポー
ト４ａと４ａ’、３ａ’により観測できるので、ビーム
輸送系４、４’によるバンチ幅の増減を知ることが可能
であり、それに応じて磁気バンチャによりバンチ長を調
整したり、加速管２’へ再入射する位相を電子入射のタ
イミングを調整することが可能である。
電子ビームはエネルギΕ0 に加速され、エネルギ幅ε0
を持つ。電子群のバンチ長が短い電子ビームをビーム輸
送系４、４’で輸送する場合、Ε0 ＋ε0 ／２の高エネ
ルギビームとΕ0 −ε0 ／２の低エネルギビームの輸送
系での両者の軌道長の差を考える必要がある。一般に輸
送系４、４’を構成する偏向電磁石では、高エネルギビ
ームは低エネルギビームより偏向されにくいため四重極
電磁石を含む輸送系４、４’でも軌道長が短くなる。こ
の軌道長の長短による電子バンチ長はバンチ幅観測ポー
ト４ａと４ａ’、３ａ’により観測できるので、ビーム
輸送系４、４’によるバンチ幅の増減を知ることが可能
であり、それに応じて磁気バンチャによりバンチ長を調
整したり、加速管２’へ再入射する位相を電子入射のタ
イミングを調整することが可能である。
【００３６】例えば電子エネルギの高低による軌道長の
長短差は電子群のバンチ長をΔｔだけ長くし、次の段の
磁気バンチャ３’の下流側の加速管２’でバンチ長の長
くなった電子群が再加速される場合を考えると、図３に
示すように輸送系４、４’を通過した高エネルギビーム
はバンチ長ｔ0 ＋Δｔ／２の加速管２’の電界Ε1 −ε
1 ／２で再加速されることになり、高エネルギビームの
エネルギはΕ0 ＋Ε1＋（ε0 ／２−ε1 ／２）とな
る。同様に低エネルギビームのエネルギはΕ0 ＋Ε1 −
（ε0 ／２−ε1 ／２）になる。磁気バンチャ３’は、
ε0 ／２−ε1 ／２の値を零に近づけるために設けたも
ので、加速管２’で再加速される電子群のバンチ長を調
整する。
長短差は電子群のバンチ長をΔｔだけ長くし、次の段の
磁気バンチャ３’の下流側の加速管２’でバンチ長の長
くなった電子群が再加速される場合を考えると、図３に
示すように輸送系４、４’を通過した高エネルギビーム
はバンチ長ｔ0 ＋Δｔ／２の加速管２’の電界Ε1 −ε
1 ／２で再加速されることになり、高エネルギビームの
エネルギはΕ0 ＋Ε1＋（ε0 ／２−ε1 ／２）とな
る。同様に低エネルギビームのエネルギはΕ0 ＋Ε1 −
（ε0 ／２−ε1 ／２）になる。磁気バンチャ３’は、
ε0 ／２−ε1 ／２の値を零に近づけるために設けたも
ので、加速管２’で再加速される電子群のバンチ長を調
整する。
【００３７】第２段目のＦＥＬ発生部は、加速管２’が
２段設けられかつ磁気バンチャ３’付近にバンチ幅観測
ポート３ａ’が設けられている点のみが異なる。この第
２段目では、第１段目のＦＥＬ発生部からの電子ビーム
を磁気バンチャ３’で小位相幅に再集群化して再加速
（又は減速）してＦＥＬ光を発生する。このとき、電子
ビームは、位相幅をビーム輸送系とバンチャーで調整さ
れた状態で次の加速管に送り込まれ、再加速によって電
子ビームのエネルギ幅を調整することができるから、第
２段目のＦＥＬ発生部では第１段目と異なる短波長のＦ
ＥＬ光を発生させることができる。
２段設けられかつ磁気バンチャ３’付近にバンチ幅観測
ポート３ａ’が設けられている点のみが異なる。この第
２段目では、第１段目のＦＥＬ発生部からの電子ビーム
を磁気バンチャ３’で小位相幅に再集群化して再加速
（又は減速）してＦＥＬ光を発生する。このとき、電子
ビームは、位相幅をビーム輸送系とバンチャーで調整さ
れた状態で次の加速管に送り込まれ、再加速によって電
子ビームのエネルギ幅を調整することができるから、第
２段目のＦＥＬ発生部では第１段目と異なる短波長のＦ
ＥＬ光を発生させることができる。
【００３８】第３段目のＦＥＬ発生部では、３段の加速
管２’、２’、２’及び磁気バンチャ３”が設けられて
いる。従って、さらに短波長のＦＥＬ光が得られる。な
お、この第３段目のＦＥＬ発生部の共振器としては、共
振器長さが異なる６、６と６’、６’の２種類のものが
設けられている。より短波長のＦＥＬ光に対応させるた
めである。
管２’、２’、２’及び磁気バンチャ３”が設けられて
いる。従って、さらに短波長のＦＥＬ光が得られる。な
お、この第３段目のＦＥＬ発生部の共振器としては、共
振器長さが異なる６、６と６’、６’の２種類のものが
設けられている。より短波長のＦＥＬ光に対応させるた
めである。
【００３９】第３段目のＦＥＬ発生部を通過した電子ビ
ームは、ビーム輸送系４’で送られた後低速陽電子発生
装置１０へ送られる。この発生装置１０は、図１に示す
ように、Ｘ線ターゲット１１、タングステン箔１２から
成り、低速の陽電子を発生させる。発生した陽電子は陽
電子処理部１０’へ送られる。
ームは、ビーム輸送系４’で送られた後低速陽電子発生
装置１０へ送られる。この発生装置１０は、図１に示す
ように、Ｘ線ターゲット１１、タングステン箔１２から
成り、低速の陽電子を発生させる。発生した陽電子は陽
電子処理部１０’へ送られる。
【００４０】上記第３段目ＦＥＬ発生装置を出た電子ビ
ームを、陽電子発生装置１０へ送る代りに、次の電子蓄
積リング１３へも送ることができる。
ームを、陽電子発生装置１０へ送る代りに、次の電子蓄
積リング１３へも送ることができる。
【００４１】電子蓄積リング１３は、図示のように導入
される電子ビームが周回軌道上を周回するように偏向電
磁石や集束電磁石を設け、その軌道上に光クライストロ
ン５’（アンジュレータとしてもよい）と、共振器
６”、６”とを備えている。
される電子ビームが周回軌道上を周回するように偏向電
磁石や集束電磁石を設け、その軌道上に光クライストロ
ン５’（アンジュレータとしてもよい）と、共振器
６”、６”とを備えている。
【００４２】輸送系４”で送り込まれる電子ビームは電
子蓄積リングで蓄積され、光クライストロン５’との相
互作用によりＦＥＬ光を発生すると共に、周回軌道上を
周回する間にシンクロトロン放射光Ｓを発生する。
子蓄積リングで蓄積され、光クライストロン５’との相
互作用によりＦＥＬ光を発生すると共に、周回軌道上を
周回する間にシンクロトロン放射光Ｓを発生する。
【００４３】図４は、第２実施例の装置概略構成を示
す。第１段〜第３段のＦＥＬ発生部のそれぞれの構成は
基本的に第１実施例と同じであり、同一部材には同じ符
号を付して説明は省略する。
す。第１段〜第３段のＦＥＬ発生部のそれぞれの構成は
基本的に第１実施例と同じであり、同一部材には同じ符
号を付して説明は省略する。
【００４４】この実施例では、各段のＦＥＬ発生部との
間に偏向磁石２０をそれぞれ設けることによって全体を
コの字形に形成している点のみが第１実施例と異なる。
作用についても原則として第１実施例と同じである。
間に偏向磁石２０をそれぞれ設けることによって全体を
コの字形に形成している点のみが第１実施例と異なる。
作用についても原則として第１実施例と同じである。
【００４５】
【効果】以上詳細に説明したように、本願発明によるＦ
ＥＬ発生装置では前段の電磁場でＦＥＬ光を発生した
後、前段の電磁場を通過した電子ビームの位相幅を調整
して再加速又は減速してこれを次の電磁場へ送り、そこ
で再びＦＥＬ光を発生させる装置である。このように電
子ビームを再利用できるＦＥＬ光発生段階を複数段設け
ることにより所望の異った複数の波長のＦＥＬ光が同時
に得られ、電子ビームの高効率利用が可能となる。
ＥＬ発生装置では前段の電磁場でＦＥＬ光を発生した
後、前段の電磁場を通過した電子ビームの位相幅を調整
して再加速又は減速してこれを次の電磁場へ送り、そこ
で再びＦＥＬ光を発生させる装置である。このように電
子ビームを再利用できるＦＥＬ光発生段階を複数段設け
ることにより所望の異った複数の波長のＦＥＬ光が同時
に得られ、電子ビームの高効率利用が可能となる。
【００４６】又、第２の発明ではＦＥＬ光発生後の電子
ビームを利用することにより低速陽電子も同時に得ら
れ、第３の発明ではシンクロトロン光と共に別波長のＦ
ＥＬ光が得られるなど種々の用途に電子ビームを高効率
に利用できることになる。
ビームを利用することにより低速陽電子も同時に得ら
れ、第３の発明ではシンクロトロン光と共に別波長のＦ
ＥＬ光が得られるなど種々の用途に電子ビームを高効率
に利用できることになる。
【図１】第１実施例のＦＥＬ発生装置の全体概略図
【図２】同上の第１段目のＦＥＬ発生部の拡大図
【図３】加速管の電界強度とバンチ長の関係を示す図
【図４】第２実施例のＦＥＬ発生装置の全体概略図
【図５】従来例の多段ＦＥＬ発生装置の概略図
【図６】もう１つの従来例の多段ＦＥＬ発生装置の概略
図
図
１ 電子入射器 ２、２’ 加速管 ３、３’、３” 磁気バンチャ ４、４’ ビーム輸送系 ５ アンジュレータ ５’ 光クライストロン ６、６’、６” 共振器 ７ ビームキャッチャ １０ 陽電子発生装置 １１ Ｘ線ターゲット １２ タングステン箔 ２０ 偏向電磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−57989（ＪＰ，Ａ) 米国特許4511850（ＵＳ，Ａ) 米国特許4479218（ＵＳ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 光速に近い速度を有する電子ビームをア
ンジュレータ又は光クライストロンで蛇行させて自由電
子レーザを発生した電子ビームを位相幅調整後、別途用
意した電子加速器に入射し、再加速又は減速した電子ビ
ームをアンジュレータ又は光クライストロンで蛇行させ
て、より短波長又はより長波長の自由電子レーザを発生
することを特徴とする自由電子レーザ発生装置。 - 【請求項２】 前記再加速又は減速した電子ビームを別
途用意したＸ線ターゲットに照射し、発生したＸ線をタ
ングステン箔に照射して低速陽電子を発生させることを
特徴とする請求項１に記載の自由電子レーザ発生装置。 - 【請求項３】 前記再加速又は減速した電子ビームを別
途用意した電子蓄積リングに大電流蓄積し、大電流化し
た後にアンジュレータか光クライストロンで蛇行させ、
さらに短波長の自由電子レーザを発生させることを特徴
とする請求項１に記載の自由電子レーザ発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4179892A JP2625062B2 (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | 自由電子レーザ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4179892A JP2625062B2 (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | 自由電子レーザ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629630A JPH0629630A (ja) | 1994-02-04 |
| JP2625062B2 true JP2625062B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=16073730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4179892A Expired - Lifetime JP2625062B2 (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | 自由電子レーザ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2625062B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4479218A (en) | 1979-11-02 | 1984-10-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Free electron laser using Rf coupled accelerating and decelerating structures |
| US4511850A (en) | 1982-01-26 | 1985-04-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Short pulse free electron laser amplifier |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4189686A (en) * | 1977-09-27 | 1980-02-19 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Combination free electron and gaseous laser |
-
1992
- 1992-07-07 JP JP4179892A patent/JP2625062B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4479218A (en) | 1979-11-02 | 1984-10-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Free electron laser using Rf coupled accelerating and decelerating structures |
| US4511850A (en) | 1982-01-26 | 1985-04-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Short pulse free electron laser amplifier |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0629630A (ja) | 1994-02-04 |
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