JP2863446B2 - Storage ring type free electron laser generator with Q switching function - Google Patents

Storage ring type free electron laser generator with Q switching function

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JP2863446B2
JP2863446B2 JP6200271A JP20027194A JP2863446B2 JP 2863446 B2 JP2863446 B2 JP 2863446B2 JP 6200271 A JP6200271 A JP 6200271A JP 20027194 A JP20027194 A JP 20027194A JP 2863446 B2 JP2863446 B2 JP 2863446B2
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pulse
electron beam
free electron
laser generator
ring type
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正之 河合
横山  稔
信治 浜田
鉄夫 山崎
家和勝 山田
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Kawasaki Motors Ltd
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Agency of Industrial Science and Technology
Kawasaki Jukogyo KK
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】開示技術は、蓄積リング型の自由
電子レーザ発生装置に設けられた挿入光源(ウイグラ
ー,アンジュレータ)により放出される光の発振の周波
数,パルス幅を安定させ、そのピーク出力を可及的に増
大させるようにする技術の分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The disclosed technology stabilizes the oscillation frequency and pulse width of light emitted by an insertion light source (wiggler, undulator) provided in a storage ring type free electron laser generator, and its peak output. In the field of technology to increase as much as possible.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知の如く、近時の産業の隆盛は高度に
発達した科学技術に基づくところが大であり、特に、電
子工学や量子力学等の物理学に基礎をおく産業技術の研
究開発に負うところが極めて大であり、宇宙関連事業等
の巨大産業は勿論のこと、原子力産業等ミクロの世界に
まで及び、医学,化学,バイオ、そして、放射性物質の
同位体分離や核融合等の物理分野を含む先端産業におい
て、光やレーザの応用利用技術は目覚しいものがある。
2. Description of the Related Art As is well known, the prosperity of the industry in recent years is largely based on highly developed science and technology. In particular, research and development of industrial technology based on physics such as electronic engineering and quantum mechanics have been carried out. The burden is extremely large and extends not only to the huge industries such as space-related businesses, but also to the micro world such as the nuclear industry, and to the physical fields such as medicine, chemistry, biotechnology, radioisotope separation and nuclear fusion. In the advanced industries including, there is a remarkable application technology of light and laser.

【0003】而して、近時コンピューター利用技術は多
くの産業に及び、情報処理デバイスとして極めて重要な
ICの集積回路等に用いるリソグラフィー等にあっては
微細な回路を形成するための光の波長は短ければ短いほ
ど高精度のパターンが形成されるために、従来可視光線
を使っていたものが紫外線をも用いるようになり、近時
はX線を用いたX線リソグラフィー技術も開発段階にあ
り、又、炭酸ガスレーザ,ヨウ素レーザ等のガスレーザ
も開発され、各方面での利用が研究されている。
[0003] Recently, computer-based technology has spread to many industries, and in lithography and the like used for integrated circuits of ICs, etc., which are extremely important as information processing devices, the wavelength of light for forming minute circuits has been increasing. The shorter is the shorter, the more precise patterns are formed, so those that used to use visible light now use ultraviolet light, and recently, X-ray lithography technology using X-rays is also in the development stage. Gas lasers such as a carbon dioxide laser and an iodine laser have also been developed, and their use in various fields has been studied.

【0004】又、一方では、医療における外科手術にレ
ーザメス等を用いたり、ホログラフィー等にもレーザ利
用技術が盛んに開発され、高精度で高出力を有し、しか
も、経時的に安定して長時間の反復使用可能な秀れたレ
ーザ技術がより更に求められている。
On the other hand, laser scalpels and the like have been used for surgical operations in medical treatment, and laser technology has been actively developed for holography and the like, and has high precision, high output, and long stability over time. There is a further need for excellent laser technology that can be used repeatedly in time.

【0005】そして、高出力のレーザ光を得るために、
反射ミラーを装備する共振器を用いて発振させている。
Then, in order to obtain a high output laser beam,
Oscillation is performed using a resonator equipped with a reflection mirror.

【0006】而して、ガスレーザ等の定波長のレーザ光
に対してRFキャビティを有する電子蓄積リングに所定
のエネルギーを付与された自由電子を投入してその平衡
軌道に周回加速させ、所定長のウイグラーやアンジュレ
ータ等の挿入光源を用いて自発放出光を発生させて共振
器の共振ミラー間に反射を介し電子と共鳴させて蓄積さ
せ所定の単一波長の所謂自由電子レーザ(FEL)を得
るようにする技術が、例えば、特開平4−249897
号公報発明に見られるように開発され、さまざまな用途
の実用化に向け種々の改良,研究が行われるようになっ
てきている。
[0006] For a laser beam of a constant wavelength, such as a gas laser, free electrons having a predetermined energy are injected into an electron storage ring having an RF cavity, and are accelerated to orbit in an equilibrium orbit thereof. A spontaneous emission light is generated using an insertion light source such as a wiggler or an undulator, and is resonated with electrons via reflection between the resonance mirrors of the resonator to accumulate the light, thereby obtaining a so-called free electron laser (FEL) having a predetermined single wavelength. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
It has been developed as seen in the invention of Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei 10 (1999), and various improvements and researches have been conducted for practical use of various applications.

【0007】そして、蓄積リング型自由電子レーザ発生
装置にあっては、図3に示す様に、RFキャビティ1に
より加速された電子ビーム2が図示しないベンディング
マグネット等により偏向され軌道上を周回し、ウイグラ
ー(アンジュレータ)3に於て蛇行し、光4を発し、該
光4が共振系5,5間に反射を繰り返し、蛇行運動する
電子と共鳴して発振して自由電子レーザ(FEL)6を
発生するようにされるが、この間、光4と電子ビーム2
とは相互作用が繰り返し行われ、該電子ビーム2はその
エネルギーの広がりが広いヒーティング状態(ホット)
と狭いクーリング状態(コールド)がランダムに発生
し、図4に示す様に(横方向,長軸方向に時間,高さ方
向にパワーをとると、さながら、電装部品における所謂
ブロッキング発振の如く、極めて発振状態がランダムに
発生し、そのピーク出力も不揃いであり、又、当該図4
に示す様に、パワーが不均一であるのみならず、幅もさ
まざまであり、しかも、一定の周期性がない状態で現れ
る。
In the storage ring type free electron laser generator, as shown in FIG. 3, an electron beam 2 accelerated by an RF cavity 1 is deflected by a bending magnet or the like (not shown) and orbits on an orbit. The wiggler (undulator) 3 meanders, emits light 4, and the light 4 repeats reflection between the resonance systems 5, 5, resonates with the meandering electrons and oscillates to generate a free electron laser (FEL) 6. Light 4 and electron beam 2 during this time.
The interaction is repeated, and the electron beam 2 is in a heating state (hot) in which the energy spreads widely.
And a narrow cooling state (cold) occurs randomly, and as shown in FIG. 4 (when power is taken in the horizontal direction, the long axis direction, and the time in the height direction), very much like a so-called blocking oscillation in an electric component, The oscillation state occurs randomly, and the peak output is not uniform.
As shown in the figure, not only the power is non-uniform, but also the width is various, and it appears without a constant periodicity.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】これに対処するに、さ
まざまな研究がなされて電子ビームのクオリティ量を制
御する、即ち、当該図3の光4の軸と電子ビーム2の軸
芯のずれhを生じさせ、一時的な発振の条件を崩してや
る。
To cope with this, various studies have been made to control the quality of the electron beam, that is, the shift h between the axis of the light 4 and the axis of the electron beam 2 in FIG. And the condition of the temporary oscillation is broken.

【0009】この間に電子ビームのエネルギー広がりは
ホットな状態からコールドな状態に戻る、或いは、その
両者間を所定に制御する所謂Qスイッチング技術が開発
され、その手段として、例えば、当該図3に示す様に、
RFキャビティ1の制御用の高周波に僅かな周波数変調
作用を付与させることにより、電子ビーム2の周回軌道
を当該図3の実線状態から点線状態に変化させることで
自由電子レーザ(FEL)6の発振条件を制御するよう
にした、例えば、フランスのACO蓄積リング型自由電
子レーザ発生装置があり、我が国に於ても電総研のTE
RAS蓄積リング型自由電子レーザ発生装置がある。
During this time, a so-called Q-switching technique has been developed in which the energy spread of the electron beam returns from a hot state to a cold state, or a predetermined control is performed between the two. For example, as shown in FIG. like,
The oscillation of the free electron laser (FEL) 6 is changed by changing the orbit of the electron beam 2 from the solid line state to the dotted line state in FIG. 3 by giving a slight frequency modulation to the high frequency for controlling the RF cavity 1. For example, there is an ACO storage ring type free electron laser generator in France that controls the conditions.
There is a RAS storage ring type free electron laser generator.

【0010】又、電子ビーム2の周回軌道に設けた真空
容器内に設けた電極に高電圧をパルス的に印加してQス
イッチングを行って電子ビーム2のヒーティング(ホッ
ト)からクーリング(コールド)への制御を行って自由
電子レーザ(FEL)6の発振条件制御を行う旧ソビエ
ト連邦のVEPP−3タイプの蓄積リング型自由電子レ
ーザ発生装置が(旧ソビエト連邦は崩壊したがために当
該自由電子レーザ発生装置は現用ようされてはいない)
知られている。
Further, a high voltage is applied in a pulsed manner to an electrode provided in a vacuum vessel provided on the orbit of the electron beam 2 to perform Q-switching so that heating (hot) of the electron beam 2 is changed to cooling (cold). Ring type free electron laser generator of the former Soviet Union's VEPP-3 type, which controls the oscillation conditions of the free electron laser (FEL) 6 by controlling the free electron laser (FEL) 6, (Laser generators are not currently used.)
Are known.

【0011】而して、かかる在来態様のQスイッチング
を行う機能を有する蓄積リング型自由電子レーザ発生装
置にあっては、いずれにしても周回する電子ビームにパ
ルス的偏向力を作用させるものでありながら、前者のR
Fキャビティ1のRF制御用高周波に周波数変調を作用
させるタイプでは高周波の応答特性が悪く、高速対応が
出来ず、時間的に立ち上がりがスムーズでないという制
約がある欠点があり、繰り返しの周波数を高く出来難い
という難点があった。
In the storage ring type free electron laser generator having the function of performing the Q switching of the conventional mode, a pulse-like deflection force is applied to the circulating electron beam in any case. While the former R
The type in which frequency modulation is applied to the RF control high frequency of the F cavity 1 has a drawback that the response characteristics of the high frequency are poor, high-speed response is not possible, and the rise is not smooth in time, and the repetition frequency can be increased. There was a difficulty that it was difficult.

【0012】又、後者の真空容器内の電極に高電圧を印
加するタイプでは、印加するパルス高電圧が得られ難い
という不都合さがあり、又、当該電極を真空容器内に設
ける必要があることから、全体構造が極めて複雑になる
マイナス点があり、初期組付は勿論のこと、メンテナン
スも煩瑣であって、結果的にコスト高になる不利点もあ
る。
In the latter type in which a high voltage is applied to an electrode in a vacuum vessel, there is a disadvantage that it is difficult to obtain a high pulse voltage to be applied, and it is necessary to provide the electrode in the vacuum vessel. Therefore, there is a disadvantage in that the entire structure is extremely complicated, and there are disadvantages that not only initial assembly but also maintenance are complicated and the cost is increased as a result.

【0013】勿論、共振系の反射ミラー5,5を固定角
度について変える等の手段も考えられるが、ルビーレー
ザ発振等における高速回転態様等と異なり、自由電子レ
ーザ(FEL)装置にあっては当該自由電子レーザ(F
EL)6の発振の状態からしてかかる機構はなじまない
というネックがある。
Of course, means such as changing the reflection mirrors 5 and 5 of the resonance system with respect to the fixed angle can be considered. However, unlike a high-speed rotation mode in ruby laser oscillation or the like, a free electron laser (FEL) device has the Free electron laser (F
There is a bottleneck that such a mechanism does not fit in the state of oscillation of EL) 6.

【0014】そして、各国での多くの研究者が対処技術
を更に研究するとしても、かかる研究は理論的解析のみ
ではなく、実験データ等のバックアップが不可欠である
にもかかわらず、上述した如く旧ソビエト連邦のVEP
P−3タイプの蓄積リング型自由電子レーザ発生装置が
現用されておらず、実状ではフランスと我が国に2基し
か稼動状態に供せらているものがない以上、研究に供し
得る情報が極めて実験データ的に乏しいきらいがある。
[0014] Even if many researchers in various countries study the coping technique further, such research is not limited to theoretical analysis, but it is necessary to back up experimental data as described above. Soviet VEP
The P-3 type storage ring type free electron laser generator is not currently in use, and in fact, only two units are in operation in France and Japan. There is a sense of scarcity.

【0015】[0015]

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく電子ビームの周回軌道に設けられているウイグラ
ー(アンジュレータ)等での電子ビームのヒーティング
(ホット)とクーリング(コールド)との間のランダム
に基づく発振不安定の問題点を解決すべき技術的課題と
し、幸にして我が国に現実に稼動状態に供されている蓄
積リング型自由電子レーザ発生装置によるデータのバッ
クアップを得て電子ビームのヒーティング(ホット)と
クーリング(コールド)の関係を磁場にパルス制御を与
えることによりQスイッチング機能が確実に果されて自
由電子レーザ(FEL)の発振安定化が図れるようにし
てハイテク産業における電子技術利用分野に益する優れ
たQスイッチング機能を有する蓄積リング型自由電子レ
ーザ発生装置を提供せんとするものである。
It is an object of the invention of the present application to provide a method between the heating (hot) and cooling (cold) of an electron beam by a wiggler (undulator) or the like provided on the orbit of the electron beam based on the above-mentioned prior art. It is a technical issue to solve the problem of oscillation instability based on randomness of the electron beam, and fortunately, the back-up of data by the storage ring type free electron laser generator actually used in operation in Japan and the electron beam By applying pulse control to the magnetic field, the relationship between the heating (hot) and cooling (cold) of the magnetic field can be reliably performed so that the oscillation of the free electron laser (FEL) can be stabilized and the electron in the high-tech industry can be improved. Provision of storage ring type free electron laser generator with excellent Q-switching function that benefits technology application fields One in which cents to.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、蓄積リング型自由電子
レーザ発生装置においてRFキャビティで加速された電
子ビームがその周回軌道上にてウイグラー(アンジュレ
ータ)等の挿入光源を通って所定に周回され、所定部位
に設けられた該ウイグラー(アンジュレータ)の挿入光
源により蛇行され、その間発生する光が共振系の反射ミ
ラー等により反射されて当該電子ビームと共振して自由
電子レーザ(FEL)を発振するに、該電子ビームのエ
ネルギー広がりがヒーティング(ホット)とクーリング
(コールド)との間にて遷移することにより、潜在的に
ブロッキング発振等が行われ、安定した発振の発生が損
われる条件があるのを周回軌道上にパルスコイルを介装
させパルス電流を導通させてQスイッチング作用を行わ
せ、ウイグラー(アンジュレータ)の挿入光源に於ける
発振条件を制御してパルス幅,周期を安定させ、且つ、
ピーク出力を増大させ、自由電子レーザ(FEL)の発
振出力の安定を図ることが出来、Qスイッチ機構の簡略
化,低コスト化,メンテナンスフリー等が図れるように
した技術的手段を講じたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the construction of the invention of this application, which has the above-mentioned object and the scope of the claims, has been described in order to solve the above-mentioned problems. The electron beam accelerated in the cavity is orbited by an insertion light source such as a wiggler (undulator) on its orbit, and is meandered by the insertion light source of the wiggler (undulator) provided at a predetermined portion, and is generated during the meandering. When the emitted light is reflected by a reflection mirror of a resonance system or the like and resonates with the electron beam to oscillate a free electron laser (FEL), the energy spread of the electron beam causes a difference between heating (hot) and cooling (cold). There is a condition that a transition between the two may potentially cause blocking oscillation, etc., and impair the occurrence of stable oscillation. Orbiting on to conduct a pulse current is interposed a pulse coil to perform the Q-switching action, wiggler (undulator) of insertion devices to in oscillation condition by controlling the pulse width, the period to stabilize the, and,
The technical measures were taken to increase the peak output, stabilize the oscillation output of the free electron laser (FEL), and simplify the Q-switch mechanism, reduce the cost, and maintain it free. is there.

【0017】[0017]

【実施例】次に、この出願の発明の1実施例を図1,図
2に基づいて説明すれば以下の通りである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0018】尚、図3,図4と同一態様部分は同一符号
を用いて説明するものとする。
The same parts as those in FIGS. 3 and 4 are described using the same reference numerals.

【0019】図1(模式的表示)に示す態様はこの出願
の発明の要旨の中心を成す蓄積リング型自由電子レーザ
発生装置であり、基本的原理態様は当業者に周知である
との前提においてRFキャビティやベンディングマグネ
ット等は図示の都合上、省略させて模式的に示されてお
り、図示しないRFキャビティにより加速された電子ビ
ーム2は同じく図示しないベンディングマグネット等に
より形成される所定の周回軌道上を周回し、所定部位に
設けられた挿入光源としてのウイグラー(アンジュレー
タ)3の部位に於て所定に蛇行するようにされており、
発生する光4にあっては共振系を成す反射ミラー5,5
が対設され、電子ビーム2と共振光との発振により得ら
れる自由電子レーザ(FEL)6が一方側の反射ミラー
5から採り出されて所定の処理に供されるようにされて
いる。
The embodiment shown in FIG. 1 (schematic representation) is a storage-ring type free-electron laser generator which forms the center of the gist of the present invention, and it is assumed that the basic principle is well known to those skilled in the art. The RF cavity, the bending magnet, and the like are schematically omitted for convenience of illustration, and the electron beam 2 accelerated by the RF cavity (not shown) is formed on a predetermined orbit formed by the bending magnet (not shown). , And meanders in a predetermined manner at a site of a wiggler (undulator) 3 as an insertion light source provided at a predetermined site,
The generated light 4 has reflection mirrors 5 and 5 forming a resonance system.
A free electron laser (FEL) 6 obtained by the oscillation of the electron beam 2 and the resonance light is taken out from the reflection mirror 5 on one side and subjected to a predetermined process.

【0020】而して、(イ)の右側に示す様に、当該挿
入光源のウイグラー(アンジュレータ)3に於ては周回
する電子ビーム2の軸芯2' と光4の光軸4' が一致し
た状態の場合には発振が生じて自由電子レーザ(FE
L)6が生起される。
In the wiggler (undulator) 3 of the insertion light source, the axis 2 'of the circulating electron beam 2 matches the optical axis 4' of the light 4 as shown on the right side of FIG. In the case where the free electron laser (FE)
L) 6 occurs.

【0021】しかしながら、先述した如く周回する電子
ビーム2はそのエネルギー広がりはヒーティング(ホッ
ト)状態とクーリング(コールド)状態が潜在的にラン
ダムに発生して自由ビームレーザ(FEL)6の発振出
力が不安定状態となる。
However, as described above, the energy spread of the circulating electron beam 2 is such that the heating (hot) state and the cooling (cold) state are potentially randomly generated, and the oscillation output of the free beam laser (FEL) 6 is reduced. It becomes unstable.

【0022】これに対処するに、Qスイッチング作用を
付与する手段としてこの出願の発明においてはパルス磁
場付与機構7が電子ビーム2の軌道上に介装され、その
パルスコイル7' は当該実施例においては略水平に上下
一対にそのターン数(巻数)を可及的に少くし、同一方
向に電流が流れるようにパルス電流通電装置8に電気的
に接続されて所定サイクル,周期,周波数のパルス電流
9が導通されるようにされている。
To cope with this, in the invention of this application, a pulse magnetic field applying mechanism 7 is interposed on the trajectory of the electron beam 2 as means for giving a Q-switching action, and the pulse coil 7 'is used in this embodiment. Is electrically connected to the pulse current applying device 8 so as to make the current flow in the same direction by making the number of turns (turns) as small as possible in a pair of upper and lower portions substantially horizontally. 9 is made conductive.

【0023】尚、かかるパルスコイル7は勿論のこと、
パルス電流通電装置8等のパルス磁場付与機構はこの出
願の発明の時点において当業者にとり何ら困難性なく設
計出来、構築,組み付け,メンテナンスがスムーズに出
来るものである。
The pulse coil 7 is of course used,
The pulse magnetic field applying mechanism such as the pulse current applying device 8 can be designed without difficulty for those skilled in the art at the time of the invention of this application, and can be smoothly constructed, assembled and maintained.

【0024】而して、該パルス電流9は議論、及び、さ
まざまな実験データ等に支援されて図2に示す様に、均
一で高い出力パワー,幅,周期,一定時間の周波数発振
が行われるように設計される。
As shown in FIG. 2, the pulse current 9 is oscillated uniformly and with high output power, width, period, and frequency oscillation for a certain period of time, supported by discussion and various experimental data. Designed to be.

【0025】尚、当該パルス電流9の印加により図2に
示す電子ビームの発振状態である時間が長くなると再び
ヒーティング(ホット)状態となり、クーリング(コー
ルド)状態との遷移が反復することになるので、その継
続制御時間は最適に設計されるものである。
When the time during which the electron beam is oscillated as shown in FIG. 2 is extended by the application of the pulse current 9, the heating (hot) state is resumed, and the transition to the cooling (cold) state is repeated. Therefore, the continuous control time is designed optimally.

【0026】そして、パルスコイル7' の形状の好適な
設計態様としては電子ビームの周回軌道を最適に制御す
るために、電子ビーム2の軌道に沿って平面視矩形状
に、そして、パルス磁場付与機構7によるQスイッチン
グ作用は当該図1の(イ)に示す円内に図3の在来態様
同様に右下側では光4の光軸4' に電子ビーム2の軸芯
2' が一致して同心状態にされている発振状態に対応す
るものであり、左上側は電子ビーム2の軸芯2' が光4
の光軸4' からhだけ極めて僅かにずれたクーリング
(コールド)の態様を模式的に示しているものであり、
ヒーティング(ホット)状態とクーリング(コールド)
状態の間のQスイッチングについては実際の設計上は、
例えば、電子ビーム2の軌道の半径1.2mに対し2〜
3mm程度であり、ウイグラー(アンジュレータ)3の
長さ5,6mに対し2〜3mm程度で極めて僅かのずれ
hの遷移をQスイッチング作用によって行うパルス磁場
付与機構7でのパルス電流9の付与であれば充分であ
る。
As a preferred design of the shape of the pulse coil 7 ′, in order to optimally control the orbit of the electron beam, the pulse coil 7 ′ is formed in a rectangular shape in plan view along the orbit of the electron beam 2, and a pulse magnetic field is applied. The Q-switching action of the mechanism 7 indicates that the axis 4 'of the electron beam 2 coincides with the optical axis 4' of the light 4 on the lower right side in the circle shown in FIG. This corresponds to an oscillation state in which the electron beam 2 is concentric.
FIG. 4 schematically shows a cooling (cold) mode which is very slightly shifted by h from the optical axis 4 ′ of FIG.
Heating (hot) state and cooling (cold)
For Q switching between states, the actual design is:
For example, for a radius of 1.2 m of the trajectory of the electron beam 2,
The pulse current 9 is applied by the pulse magnetic field applying mechanism 7 that performs a very small shift h by Q switching action with a length of about 2 to 3 mm for a length of the wiggler (undulator) 3 of about 5 to 6 mm. Is enough.

【0027】勿論、パルス電流9が0、即ち、磁場が0
の時に自由電子レーザ(FEL)6の発振条件を満足す
るような電子ビーム2の軌道に該パルス電流9を調整し
ておく。
Of course, the pulse current 9 is 0, that is, the magnetic field is 0.
At this time, the pulse current 9 is adjusted to the orbit of the electron beam 2 so as to satisfy the oscillation condition of the free electron laser (FEL) 6.

【0028】したがって、磁場が形成された場合に発振
条件から外れてこの間に電子ビーム2はヒーティング
(ホット)からクーリング(コールド)状態になる。
Therefore, when the magnetic field is formed, the oscillation condition is deviated from the oscillation condition, and the electron beam 2 changes from the heating (hot) state to the cooling (cold) state during this period.

【0029】このようにして自由電子レーザ(FEL)
6は発振状態が安定し、設定時間の自由電子レーザ(F
EL)6は所定に照射される。
In this way, a free electron laser (FEL)
6 is a free electron laser (F
EL) 6 is irradiated in a predetermined manner.

【0030】したがって、Qスイッチングは最適周波数
応答特性が得られ、又、パルス磁場機構7は図示しない
真空容器の外側に外装されるために非接触型とすること
が出来、構造が簡単で初期組付は勿論のこと、メンテナ
ンスもほとんど不要で、コスト的にも安くつくものであ
り、そのQスイッチング機能は常に安定した状態で発揮
される。
Accordingly, the Q-switching has an optimum frequency response characteristic, and the pulse magnetic field mechanism 7 can be of a non-contact type because it is provided outside the vacuum vessel (not shown), so that the structure is simple and the initial assembly is simple. Of course, the maintenance is almost unnecessary and the cost is low, and the Q-switching function is always exhibited in a stable state.

【0031】そして、印加するパルス電流9は設計によ
って図2に示すパルスの出力パワーの高さ、及び、その
幅,周波数,周期を所望に設計することが出来る。
The height of the output power of the pulse shown in FIG. 2 and the width, frequency and period of the pulse current 9 can be desirably designed by design.

【0032】したがって、発振出力パルスは先述したブ
ロッキング発振等なく、極めて安定し、電子ビーム2と
光をして所望にクーリング(コールド)状態とし、自由
電子レーザ(FEL)6の安定した発振が所望に得られ
ることになる。
Therefore, the oscillation output pulse is extremely stable without the above-described blocking oscillation or the like, and is brought into a desired cooling (cold) state by emitting the electron beam 2 and light, and stable oscillation of the free electron laser (FEL) 6 is desired. Will be obtained.

【0033】尚、この出願の発明の実施態様は上述実施
例に限るものでないことは勿論であり、例えば、パルス
コイルについては電子ビーム軌道に交叉する一定の姿勢
状態に設ける等種々の態様が採用可能である。
It should be noted that the embodiments of the invention of this application are not limited to the above-described embodiments. For example, various modes such as providing a pulse coil in a fixed posture crossing the electron beam trajectory are adopted. It is possible.

【0034】又、その設置位置は適宜設計変更の選択の
範囲である。
The installation position is within the scope of selection of design change as appropriate.

【0035】そして、対象とする蓄積リング型自由電子
レーザ発生装置は研究用ばかりでなく、産業用のものも
適用対象となることも勿論のことである。
The storage-ring type free-electron laser generator to be used is not only for research purposes but also for industrial purposes.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
にさまざまな利用があり、今後各種産業に広く有効に利
用される自由電子レーザ発生装置において、共振系内の
光と電子ビームとが不可避的に繰り返し相互作用を及ぼ
しあって、ヒーティング(ホット)状態とクーリング
(コールド)状態の遷移がランダムに発生する不安定要
因が潜在するがために、自由電子レーザ(FEL)の発
振出力安定化を図るべく、Qスイッチング機能が装備さ
れることが好まれるシステムにおいてQスイッチング作
用付与等のためのパルス磁場機構が設けられることによ
り従来のRFキャビティに印加する高周波の周波数変調
作用等に比し、応答特性の高いパルス磁場を作用させる
ことが出来、時間的立ち上がりをスムースにし、周波数
を所望に調整する自由度が得られ、出力パワーを大きく
とれ、又、その幅や周期も所望にすることが出来るとい
う優れた効果が奏される。
As described above, according to the invention of this application, there are basically various uses, and in a free electron laser generator which is widely and effectively used in various industries in the future, light and an electron beam in a resonance system are generated. Unavoidably causes interaction repeatedly, and there is a potential instability factor in which the transition between the heating (hot) state and the cooling (cold) state occurs at random, so the oscillation output of the free electron laser (FEL) In a system where it is preferable to provide a Q-switching function for stabilization, a pulse magnetic field mechanism for providing a Q-switching function is provided, so that the system can be compared with a conventional high-frequency frequency modulation function applied to an RF cavity. A pulse magnetic field with high response characteristics can be applied, the time rise can be smooth, and the frequency can be adjusted as desired. Degree is obtained, made large output power, also, an excellent effect that the width or period can also be a desired are obtained.

【0037】又、パルス磁場を形成するために、真空容
器の外部に磁場をコイルを設けることが出来、非接触型
とすることにより電極等に逆電流を発生させることもな
く、取り扱いが容易であり、初期組付は勿論のこと、メ
ンテンスの諸作業においても、作業性,サービス性が良
く、安全性が高く、低コスト化が図れるという優れた効
果が奏される。
In order to form a pulsed magnetic field, a magnetic field can be provided with a coil outside the vacuum vessel. By making it non-contact type, a reverse current is not generated in the electrodes and the like, and handling is easy. There is an excellent effect that the workability and serviceability are good, the safety is high, and the cost can be reduced, not only in the initial assembly but also in various maintenance work.

【0038】そして、パルス間に於ても次の出力のため
にパワーがチャージされて当該次のパルスの出力パワー
を大きくすることが出来るという効果もある。
Further, there is also an effect that the power is charged for the next output even between the pulses, so that the output power of the next pulse can be increased.

【0039】したがって、目的とする自由電子レーザ
(FEL)発振が安定して得られるという効果がある。
Therefore, there is an effect that the intended free electron laser (FEL) oscillation can be stably obtained.

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

【図1】この出願の発明の1実施例の部分拡大図を含む
全体模式斜視図である。
FIG. 1 is an overall schematic perspective view including a partially enlarged view of an embodiment of the present invention.

【図2】安定した発振状態の発振出力のパルス図であ
る。
FIG. 2 is a pulse diagram of an oscillation output in a stable oscillation state.

【図3】従来技術に基づくQスイッチング機能を有する
部分拡大図を含む模式構造斜視図である。
FIG. 3 is a schematic structural perspective view including a partially enlarged view having a Q switching function based on the prior art.

【図4】当該従来技術に基づくブロッキング発振状態の
発振出力パルス図である。
FIG. 4 is an oscillation output pulse diagram in a blocking oscillation state based on the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 電子ビーム軌道 3 挿入光源 5 共振系 7 パルス磁場付与機構 7' パルスコイル 8 パルス電流通電装置 2 electron beam orbit 3 insertion light source 5 resonance system 7 pulse magnetic field applying mechanism 7 'pulse coil 8 pulse current supply device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 信治 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 山崎 鉄夫 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 電子技術総合研究所内 (72)発明者 山田 家和勝 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 電子技術総合研究所内 審査官 杉山 輝和 (56)参考文献 特開 平3−91286(JP,A) 特開 昭60−124400(JP,A) エネルギー・資源 VOL.13 N O.4 pp.357−362 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/30 H01S 3/11 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shinji Hamada 1-1, Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Akashi Plant (72) Inventor Tetsuo Yamazaki 1-1-1, Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Kogyo (72) Inventor: Kazukatsu Yamada, Kazukatsu Yamada 1-1-4, Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref.Instructor, Institute of Technology, Electronic Technology Research Institute, Terukazu Sugiyama (56) Reference: JP-A-3-91286 (JP, A) JP-A-60-124400 (JP, A) Energy and resources VOL. 13 NO. 4 pp. 357-362 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/30 H01S 3/11 JICST file (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電子ビーム軌道に挿入光源を有すると共に
Qスイッチング機能を有する共振系を装備した蓄積リン
グ型自由電子レーザ発生装置において、上記電子ビーム
軌道にパルス磁場付与機能が介装されていることを特徴
とするQスイッチング機能を有する蓄積リング型自由電
子レーザ発生装置。
1. A storage ring type free electron laser generator equipped with a resonance system having an insertion light source and a Q-switching function in an electron beam orbit, wherein a pulse magnetic field applying function is interposed in the electron beam orbit. A storage ring type free electron laser generator having a Q switching function.
【請求項2】上記パルス磁場付与機能が電子ビーム軌道
に併設したパルスコイルと該パルスコイルに接続したパ
ルス電源通電装置より成ることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のQスイッチング機能を有する蓄積リン
グ型自由電子レーザ発生装置。
2. The Q-switching function according to claim 1, wherein said pulse magnetic field applying function comprises a pulse coil attached to an electron beam orbit and a pulse power supply device connected to said pulse coil. Storage electron type free electron laser generator.
【請求項3】上記パルスコイルは電子ビーム軌道に沿っ
て左右、又は上下に一対配設されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第2項記載のQスイッチング機能を有
する蓄積リング型自由電子レーザ発生装置。
3. A storage ring type free electron having a Q-switching function according to claim 2, wherein said pulse coils are arranged in a pair at right and left or up and down along an electron beam trajectory. Laser generator.
【請求項4】上記各パルスコイルは同一方向に電流が流
れるように形成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第3項記載のQスイッチング機能を有する蓄積リン
グ型自由電子レーザ発生装置。
4. A storage ring type free electron laser generator having a Q switching function according to claim 3, wherein said pulse coils are formed so that currents flow in the same direction.
【請求項5】上記各パルスコイルが電子ビーム軌道に沿
って矩形状に形成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第3項記載のQスイッチング機能を有する蓄積リ
ング型自由電子レーザ発生装置。
5. A storage ring type free electron laser generator having a Q switching function according to claim 3, wherein each of said pulse coils is formed in a rectangular shape along an electron beam trajectory. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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エネルギー・資源 VOL.13 NO.4 pp.357−362

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