JP3217010B2

JP3217010B2 - 自由電子レーザ装置

Info

Publication number: JP3217010B2
Application number: JP08435397A
Authority: JP
Inventors: 横山　　稔; 史彦小田; 正之河合
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: JPH10261845A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発生する自由電子
レーザ（ＦＥＬ）の波長領域が広い小型の自由電子レー
ザ装置に関し、特に大気センシングに適した波長領域の
放射光を発生する自由電子レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自由電子レーザは１９７７年にメーデー
が原理実証実験を成功させて以来各国で活発に開発が進
められてきた。特に、線形加速器を用いた装置では、基
本的な実証は完了し、その利用研究の段階に入ってい
て、医療分野、同位体分離等の原子力分野、半導体分野
などに広がってきている。

【０００３】これらの応用分野においてはそれぞれに適
した波長のレーザが必要となり、対象が多岐にわたれば
それだけ広い範囲の波長変化をさせる必要がある。とこ
ろで、自由電子レーザの波長は、アンジュレータを通過
するときの電子ビームのエネルギー及びアンジュレータ
の磁場強度と磁石の周期によって決定される。従って、
アンジュレータに永久磁石を用いた自由電子レーザ装置
においては、磁石の周期を変更することは困難であり、
また磁場強度は永久磁石の残留磁界の強度により制約を
受けるので、同じエネルギー水準を有する電子ビームを
用いて広範囲の自由電子レーザを発生させることはでき
ない。

【０００４】そこで、従来、例えば特開平６−２９６３
０に開示されているように、複数の加速管を直線上に並
べておいて、電子銃から放射される電子ビームを適当な
数の加速管を通過させて順次加速し所定のエネルギー水
準まで加速されたところで偏向電磁石群により取り出し
て、それぞれの水準に適合するように調整されたアンジ
ュレータに入射させることにより、所望の波長域の自由
電子レーザを選択して発生できるようにしていた。この
ように、所望の波長領域ごとにアンジュレータを備え
て、エネルギー水準の異なる電子ビームを導入して自由
電子レーザを発生させるため、広い波長範囲の自由電子
レーザを得ることができる。

【０００５】この方法を小型の装置に応用しようとする
と、例えば図６に示すような構成になる。ＲＦガンなど
適当な電子銃で発生する電子ビームは加速管を走行して
所定のエネルギーまで加速されると偏向電磁石により取
り出されて、加速管と平行に設けられたアンジュレータ
に入射され、放射光を発生する。放射光はアンジュレー
タを挟んで対向するミラーチェンバ中の反射鏡の間を往
復する間に電子ビームと相互作用して所定の波長の鋭い
ピークを持ったレーザ光となり対象物に向かって射出さ
れる。アンジュレータを通過した電子ビームは下向き偏
向磁石により下方に設けられたビームダンパに棄却され
る。より短い波長のレーザ光が求められる場合は、電子
ビームを必要な数の加速管を直列に走行させて高い水準
のエネルギーを与えてから偏向電磁石により別のアンジ
ュレータに導き光放射させ、この光ビームをミラーチェ
ンバ間で光共振させて所定の波長を有するレーザ光とし
て射出させる。

【０００６】ところがこうした方法では、波長範囲が大
幅に異なる場合は、加速管やアンジュレータを目的の波
長に適するように一旦調整して用い、その後に波長範囲
を変更するためには改めて加速管やアンジュレータの調
整をし直す必要がある。また、波長範囲が広ければ広い
ほど必要とされるアンジュレータの台数が多くなりコス
トが大きくなる。また装置も巨大なものとなりがちであ
る。したがって、設置場所の条件が厳しく使用対象の制
約が大きい。特に、多数の地点で局所的な気象状況を観
測する必要がある大気センシングに用いるためには、よ
り小型で低廉な装置であることが望まれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の解決
しようとする課題は、より少ない要素で構成される小型
で経済的な自由電子レーザ装置を提供することによっ
て、広い波長範囲の自由電子レーザを得ることができる
ようにすることであり、特に大気センシングに適した波
長範囲の自由電子レーザを放射する小型の自由電子レー
ザ装置を提供することである。

【０００８】

【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装置は、複数の線形加速器
を直列に配設し電子ビームが全部の線形加速器を通過し
た後に１基のアンジュレータで放射光を発生するように
構成した装置であって、線形加速器の間から電子ビーム
を逸流させて後続の線形加速器を通さずにそのアンジュ
レータに導くこともできるようにして、波長領域の異な
る複数の自由電子レーザ（ＦＥＬ）を発生するようにし
たことを特徴とする。

【０００９】また、本発明の自由電子レーザ装置は、電
子銃と第１の線形加速器と第１の偏向電磁石群と第２の
線形加速器と第２の偏向電磁石群をこの順に直線上に配
設し、１基のアンジュレータを第１偏向電磁石群と第２
偏向電磁石群の間に第２線形加速器と並んで配設した自
由電子レーザ装置であって、第１線形加速器と第２線形
加速器を通過した電子ビームがこのアンジュレータを線
形加速器中の電子ビームと反対方向に通過するととも
に、第１線形加速器を通過した電子ビームが第２線形加
速器を通らずに前記アンジュレータに導かれて線形加速
器中の電子ビームと同じ方向に通過することもできるよ
うにして、波長領域の異なる自由電子レーザを発生する
ようにしたものであってもよい。

【００１０】なお、１基のアンジュレータを上流側の第
１線形加速器と並んで配設して、第２線形加速器から入
射するときの電子ビームと第１線形加速器から入射する
ときの電子ビームが共に線形加速器中の走行方向と逆の
方向に通過するようにしたものであってもよい。さら
に、第２偏向電磁石群とアンジュレータの間にもう１群
の偏向電磁石群を設けるようにしてもよい。また、発射
される自由電子レーザが２．３μｍから２６μｍの範囲
に波長を変化させて大気センシングができるようにする
ことが好ましい。

【００１１】本発明によれば、従来複数必要とされてき
たアンジュレータを１基で兼用するため、装置の製作に
掛かる費用が節減でき、また設置スペースが小さくなり
装置重量も小さくなる。また、１基のアンジュレータを
第１偏向電磁石群と第２偏向電磁石群の間に第２線形加
速器と並んで配設した本発明の自由電子レーザ装置は、
装置構成の長さが従来と比較してアンジュレータの分だ
け短くなるため、これらを搭載する架台の面積も小さく
装置全体がより小さく纏まるので、装置の設置や移設も
より容易になる。この構成では通過後の電子ビームを除
去する下向き偏向電磁石をアンジュレータを挟んで対向
する位置に１基増設するだけで、他のアンジュレータと
その周辺機器を節減することが可能となり経済的であ
る。

【００１２】なお、１基のアンジュレータを上流側の第
１線形加速器と並んで配設して、第２線形加速器から入
射するときの電子ビームと第１線形加速器から入射する
ときの電子ビームが同じ方向に通過するようにした自由
電子レーザ装置は、下向き偏向電磁石が１基あればよい
ので、さらに設備費を節約することが可能となる。な
お、第２偏向電磁石群とアンジュレータの間にもう１群
の偏向電磁石群を設けることにより、アンジュレータを
挟んで対置されるミラーチェンバ間の距離を短くする
と、放射光の共振効率も向上する。さらに、発射される
自由電子レーザが２．３μｍから２６μｍの範囲に波長
を変化させて大気センシングができるようにしたもの
は、従来よりコスト及び敷地の問題をより対処し易いも
のとするので、より多くの地点に設置して大気状態の観
測を行うようにすることができる。

【００１３】このように、本発明では第１加速管を用い
て加速した電子ビームも、さらに第２加速管を用いて加
速した電子ビームも、同じアンジュレータ中を通過させ
てＦＥＬを発生させる。１個のアンジュレータで広範囲
の波長領域にわたって変化するＦＥＬを発生するからコ
ストも小さくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る自由電子レー
ザ装置を、図面を用い実施例に基づいて詳細に説明す
る。図１は本発明の第１実施例を示す自由電子レーザ装
置の主要要素を表した配置図、図２は本実施例の作用を
説明する図表、図３と図４と図５はそれぞれ本発明の別
の実施例を示す自由電子レーザ装置の骨格を表した配置
図である。

【００１５】図１において、１はＲＦ電子銃、２は第１
加速管、３は第１偏向電磁石群、４は第２加速管、５は
第２偏向電磁石群、６はアンジュレータ、７は下向き偏
向電磁石、８は光共振系の第１ミラーチェンバ、９は第
２ミラーチェンバ、１０は全体架台である。第１偏向電
磁石群３と第２偏向電磁石群５は、それぞれ２基の偏向
電磁石ａと、電磁石群の入射側と出射側にそれぞれ備え
た１対ずつの４極電磁石ｂと、偏向電磁石の間に備えた
１基の４極電磁石ｂから構成される。第１ミラーチェン
バ８と第２ミラーチェンバ９は、光共振させるための反
射鏡を備えたもので、間にアンジュレータ６と下向き偏
向電磁石７の他に第１偏向電磁石群３の１個の偏向電磁
石ａと第２偏向電磁石５の１個の偏向電磁石ａを挟んで
配設されている。両ミラーチェンバ中の反射鏡は光軸を
一致させて鏡面が互いに対向するように配置されてい
る。

【００１６】本実施例の自由電子レーザ装置では、ＲＦ
電子銃１から放射される電子ビームは第１加速管２で第
１段の所定エネルギーまで加速され、その後第２加速管
４で第２段の所定エネルギーまで加速される。電子ビー
ムを第２加速管４に導入するときには、第１偏向電磁石
群３の偏向電磁石ａを励起しないようにして運転する。
第２加速管４を通過して第２段エネルギーまで加速され
た電子ビームは、第２偏向電磁石群５で軌道を平行に移
動させてアンジュレータ６を通過し、下向き偏向電磁石
７で下方に偏向して図外の電子ビームダンパに排出され
る。ここで、装置全体の長さをより短くするためには、
第２偏向電磁石群５の２個の偏向電磁石ａにより電子ビ
ームの軌道がほぼ直角に偏向されるようにすることが好
ましい。

【００１７】アンジュレータ６は強力な永久磁石を所定
のピッチで極性が交代するように配設した磁石列を対向
して配置したもので、磁石列間のギャップを調整するこ
とにより電子ビームの軌道における磁場強度を変化させ
て、Ｋ値を所定の値に制御することができるようになっ
ている。アンジュレータ６の中で電子ビームが蛇行して
発生する放射光は第１ミラーチェンバ８と第２ミラーチ
ェンバ９の反射鏡間を往復する間に電子ビームと相互干
渉しつつ波長分布を尖鋭化しエネルギーを累積し、強く
て単色性のよい自由電子レーザ（ＦＥＬ）となる。

【００１８】また、第１偏向電磁石群３を運転すれば、
第１加速管２により第１段エネルギーまで加速された電
子ビームが第２加速管４に入射する前に第１偏向電磁石
群３により軌道を平行に移動させてアンジュレータ６に
入射するようになる。アンジュレータ６を通過した電子
ビームは下向き偏向電磁石７で下方に偏向して図外の電
子ビームダンパに排出される。第１段エネルギーは第２
段エネルギーより低いため、第１段エネルギー水準の電
子ビームにより生成されるＦＥＬの波長は第２段エネル
ギー水準の電子ビームによるＦＥＬより波長が長くな
る。

【００１９】本実施例の自由電子レーザ装置ならば、長
波長ＦＥＬを発生させるために使用する第１加速器２の
出射電子ビームをそのまま第２加速器４に導入してさら
に加速し、短波長ＦＥＬを発生するために使用できるよ
うに加速管を調整することにより、一旦加速管を調整す
れば波長選択の度に調整する必要がなくなる利点があ
る。なお、第１偏向電磁石群３が第２偏向電磁石群５と
同じ磁石構成を有するようにすれば、装置を構成する部
品の種類が少なくなり製作上および保全上の利益があ
る。一方、偏向電磁石ａの偏向角度を直角より小さくす
ることは与えたエネルギーの利用効率を高める効果があ
る。

【００２０】このように、本実施例の自由電子レーザ装
置は、直線上に配設された電子ビーム発生部、第１電子
加速部、第２電子加速部、および、これらと平行してア
ンジュレータ、ＦＥＬ共振系を備え、第１電子加速部の
みで加速した電子ビームと、さらに第２電子加速部を通
して加速した電子ビームを選択して同じアンジュレータ
でＦＥＬを発生させる。この装置は１基のアンジュレー
タしか備えないにも拘わらず、得られるＦＥＬの波長は
広範囲の波長領域にわたって選択することができる。

【００２１】Ｋ値がｋのアンジュレータにエネルギーを
静止エネルギで割ったローレンツファクター値γを有す
る電子ビームを導入したときに得られるＦＥＬの波長λ
との間には、 λ＝（１＋ｋ²／２）²／２γ² （１）の関係がある。図２は、電子ビームのエネルギーγを横
軸にＦＥＬの波長λを縦軸にとり、アンジュレータのＫ
値が０．７と２．５のときについて両者の関係を示すグ
ラフである。本実施例の自由電子レーザ装置のアンジュ
レータは、周期長を３２ｍｍとしている。Ｋ値はアンジ
ュレータの磁場強度に比例するパラメータで、本実施例
に用いたアンジュレータのＫ値は、十分なＦＥＬゲイン
を得るために必要な最小値が０．７であり、アンジュレ
ータギャップを最狭で５ｍｍとすることから、最大値が
２．５となる。本アンジュレータでは磁石列間の距離を
変えたり両者を軸方向に相対的に平行移動させることに
より上記０．７から２．５の範囲で容易に変化させるこ
とができる。従って、これらの特性曲線により挟まれた
図中のハッチング部分が調整可能なＦＥＬ波長領域であ
る。

【００２２】本実施例では、第１加速管２でエネルギー
を２５ＭｅＶまで加速した電子ビームをアンジュレータ
６に導いてＦＥＬを発生させると、ＦＥＬの波長はＫ値
の範囲に従ってほぼ７〜２６μｍの範囲で可変となる。
また、さらに第２加速管４によりエネルギーを４７Ｍｅ
Ｖまで加速した電子ビームを用いてＦＥＬを発生させれ
ば、２．３〜７．５μｍの範囲で波長可変となる。従っ
て、第１加速管２で電子エネルギーを２５ＭｅＶまで加
速し、さらにこの電子ビームを第２加速管４に入射して
４７ＭｅＶまで加速するように機器調整を行っておい
て、第１偏向電磁石群３の励磁により電子ビーム走行軌
道の切換を行うことによりアンジュレータ６に入射する
電子ビームのエネルギーを切り換えるようにすることに
より、２．３〜２６μｍの範囲で波長選択可能なＦＥＬ
発生装置となる。

【００２３】例えば、２．３〜２６μｍの波長範囲を有
するＦＥＬによれば、ＦＥＬを空中に放射して吸収を測
定して大気成分のセンシングを行う場合に、２．３μｍ
と４．６５μｍに吸収帯を持つＣＯ、３．６〜３．８μ
ｍに吸収帯を持つＨＣｌ、ＣＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂Ｓおよび
Ｈ₂ＣＯ、５．３μｍに吸収帯を持つＮＯ、６．５μｍ
に吸収帯を持つＮＯ₂、８．７７μｍに吸収帯を持つＳ
Ｏ₂、９．６μｍに吸収帯を持つＯ₃、１４μｍ付近に吸
収帯を持つＷＦ₆やＳＦ₄等、通常必要とされる殆どの成
分を測定することができる。このように、本実施例の自
由電子レーザ装置により、１基のアンジュレータを用い
た経済的な装置で、電子加速部の調整を毎時繰り返すこ
となく、広範囲にＦＥＬの波長を調整することができる
ようになる。

【００２４】なお、上記実施例の説明では波長可変領域
を２．３〜２６μｍとしているが、この範囲は必要によ
り適当に選択することができることは言うまでもない。
また、上記実施例では電子エネルギーを２段の電子加速
管で加速し格段の出射ビームをそれぞれ利用したが、さ
らに多数の電子加速管を備えて直列的に加速し、その段
毎に備えた偏向電磁石群で当該エネルギーまで加速され
た電子ビームを偏向させてアンジュレータに供給するよ
うにしてもよい。このようにすると、より連続性をもっ
た波長選択が可能となり、装置の運転が容易になる効果
がある。さらに、偏向電磁石群等において具体的に説明
した構成に限られるわけでなく所定の機能を有する構成
であれば本発明の技術的思想から逸脱しないことは当然
である。

【００２５】図３は、本発明の第２の実施例を示す自由
電子レーザ装置の骨格を表した配置図である。本実施例
が図１の実施例と異なるところは、アンジュレータを第
２線形加速器の先に配設する代わりに第２線形加速器と
平行に並んで配設するようにしてミラーチェンバ間の共
振距離を短縮したところであり、この配置変更に伴う変
更点以外には本質的な違いはない。アンジュレータをこ
の位置に配設することにより、装置全体をアンジュレー
タの分だけ短くすると共に共振ミラーの距離をより短く
することができ、ＦＥＬ出力の立ち上がり時間を短縮す
る他に設置場所の制約が少なくなる利点がある。以下図
面により本実施例の自由電子レーザ装置を説明する。な
お、図中、図１と同じ機能を有する機器については同じ
参照番号を付して説明の簡略を図る。図３において、１
はＲＦ電子銃、２は第１加速管、３は第１偏向電磁石
群、４は第２加速管、５は第２偏向電磁石群、６はアン
ジュレータ、７は第１下向き偏向電磁石、８は光共振系
の第１ミラーチェンバ、９は第２ミラーチェンバ、１０
は全体架台、１１は第２下向き偏向磁石である。

【００２６】アンジュレータ６は第２加速管４と平行に
並んで配設される。第２加速管４で第２段エネルギーま
で加速して射出された電子ビームは、第２偏向磁石群５
の２個の偏向電磁石により１８０度偏向され、第２加速
管４と並列して配置されたアンジュレータ６の図中下側
の入口に輸送される。このため、第２偏向磁石群５の後
段の偏向電磁石ａは図１の実施例と射出方向が１８０度
異なるように配設されている。こうしてアンジュレータ
を通過した電子ビームは第２下向き偏向電磁石１１によ
り下方に偏向して図外の電子ビームダンパに排出され
る。図１の実施例と比較すると、第１ミラーチェンバ８
と第２ミラーチェンバ９の間には第２下向き偏向電磁石
１１が余分に介在することになるが、第２加速管４の長
さに相当する空間が排除されるので、ミラーチェンバ内
の反射鏡表面間距離は大幅に短縮される。このため、ア
ンジュレータ６中で生ずる電子ビームと放射光の相互干
渉効率が向上し、より早く安定したＦＥＬを生成できる
ようになる。

【００２７】また、第１偏向電磁石群３を運転すれば、
第１段エネルギーまで加速された電子ビームが第１加速
管２から射出されたところで第１偏向電磁石群３により
軌道を平行に移動させてアンジュレータ６に入射するよ
うになる。アンジュレータ６を通過した電子ビームは第
１下向き偏向電磁石７で下方に偏向して図外の電子ビー
ムダンパに排出される。このように、本実施例の自由電
子レーザ装置は第２実施例の自由電子レーザ装置よりよ
い性能を有するにも拘わらず、図１の実施例が第２加速
管４の先の延長部分にアンジュレータ６を配設している
のに対して第２加速管４と並列に配設しているため、装
置の長さが短く、全体架台１０の面積が小さくなる。こ
のため、場所がより狭くても設置することが可能とな
る。

【００２８】図４は、本発明の第３の実施例を示す自由
電子レーザ装置の骨格を表した配置図である。第３実施
例が第２実施例と異なるところは、アンジュレータを第
２線形加速器と平行に並んで配設する代わりに、第１線
形加速器と並行に配設したことであり、この配置変更に
伴う変更点以外には本質的な違いはない。アンジュレー
タをこの位置に配設することにより、下向き偏向電磁石
を１台節約することができると共にその分だけ装置全体
を短くすることができ、より経済的になり場所の制約が
より小さくなる利点がある。以下図面により第３実施例
の自由電子レーザ装置を説明する。なお、図中、図３と
同じ機能を有する機器については同じ参照番号を付して
説明の簡略を図る。図４において、１はＲＦ電子銃、２
は第１加速管、３は第１偏向電磁石群、４は第２加速
管、５は第２偏向電磁石群、６はアンジュレータ、８は
光共振系の第１ミラーチェンバ、９は第２ミラーチェン
バ、１０は全体架台、１１は下向き偏向磁石である。

【００２９】アンジュレータ６は第１加速管２と平行に
並んで配設される。第２加速管４で第２段エネルギーま
で加速して射出された電子ビームは、第２偏向磁石群５
の２個の偏向電磁石により１８０度偏向され、第１加速
管２と並列して配置されたアンジュレータ６の図中左側
の入口に輸送される。アンジュレータ６を通過した電子
ビームは下向き偏向電磁石１１により下方に偏向して図
外の電子ビームダンパに排出される。アンジュレータ６
の中で発生する放射光は第１ミラーチェンバ８と第２ミ
ラーチェンバ９の反射鏡間で電子ビームと相互干渉して
単色性がよく輝度の高いＦＥＬとなる。

【００３０】また、第１偏向電磁石群３を運転すれば、
第１段エネルギーまで加速された電子ビームが第１加速
管２から射出されたところで第１偏向電磁石群３の２個
の偏向電磁石により１８０度偏向され、第１加速管２と
並列して配置されたアンジュレータ６の入口に輸送され
る。このため、第１偏向磁石群３の後段の偏向電磁石ａ
は図３の第２実施例と射出方向が１８０度異なるように
配設されている。アンジュレータ６を通過した電子ビー
ムは下向き偏向電磁石１１で電子ビームダンパに排出さ
れる。このように、本実施例の自由電子レーザ装置は第
２実施例の自由電子レーザ装置に対して、下向き偏向電
磁石を１個節減することができ、かつその分だけ装置全
体の長さが短くなる。また、電子ビームダンパの削減に
伴い電子ビームの減速に伴う放射線の発生源を減少させ
る効果もある。

【００３１】図５は本発明の第４の実施例を示す自由電
子レーザ装置の主要部の配置を表した平面図である。第
４実施例が図４の第３実施例と異なるのは、第３の偏向
電磁石群をさらに設けることにより、共振系の反射鏡間
距離を短縮してエネルギー蓄積をより容易にするととも
に装置全体の長さをより短縮するところである。以下図
面により第４実施例の自由電子レーザ装置を説明する。
なお、図中、図４と同じ機能を有する機器については同
じ参照番号を付して説明の簡略を図る。図５において、
１はＲＦ電子銃、２は第１加速管、３は第１偏向電磁石
群、４は第２加速管、５は第２偏向電磁石群、６はアン
ジュレータ、８は光共振系の第１ミラーチェンバ、９は
第２ミラーチェンバ、１０は全体架台、１１は下向き偏
向磁石、１２は第３偏向電磁石群である。

【００３２】第２加速管４で第２段エネルギーまで加速
して射出された電子ビームは、第２偏向磁石群５の２個
の偏向電磁石により１８０度偏向され、さらにアンジュ
レータ６に入射する前に第３偏向磁石群１２により走行
軌道を平行にずらしてアンジュレータ６の入口に輸送さ
れる。また、第１加速管により第１段エネルギーまで加
速された電子ビームをアンジュレータ６の入口に輸送す
るため、第１偏向磁石群３の偏向電磁石間の距離がのば
されて、後段の偏向電磁石ａの電子ビーム射出位置が前
記第３偏向磁石群１２の後段偏向電磁石ａの電子ビーム
射出位置と同軸になるように配設されている。このよう
に配設するようにすると、第１ミラーチェンバ８と第２
ミラーチェンバ９の間の距離がほぼ第２加速管４の長さ
分だけ短縮され、かつ、装置全体の長さが第１ミラーチ
ェンバの長さ分だけ短縮されることになる。このため、
共振系における光エネルギーの蓄積がより早く容易にな
り、また装置の設置場所の制約がより緩くなる利点があ
る。

【００３３】上記実施例では、偏向電磁石群の構成要素
の形状や組み合わせを含めて、諸元に具体的な数値に基
づいて説明しているが、これらの形状や数値は発明の理
解を容易にするために使用したものであって設計上の選
択に過ぎず、当業者ならば発明の技術的思想に基づいて
他の適当な形状や値を選択して組み合わせることができ
ることは言うまでもない。例えば偏向電磁石群は永久磁
石で組み上げた一体の磁石構造体であってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明の自由
電子レーザ装置は、広い範囲にわたって自由電子レーザ
の波長が選択できる上、小型で低廉な装置であるため、
広く利用目的に対応できる上、利用現場の設置条件に制
約されることが少なく、経済性に優れる。また、特にＦ
ＥＬの波長範囲を２．３〜２５μｍとする場合は、大気
センシングに適用して効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す自由電子レーザ装
置の配置図である。

【図２】本発明の自由電子レーザ装置の作用を説明する
グラフである。

【図３】本発明の第２の実施例を示す自由電子レーザ装
置の配置図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す自由電子レーザ装
置の配置図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示す自由電子レーザ装
置の配置図である。

【図６】従来の自由電子レーザ装置の配置図である。

【符号の説明】

１電子銃２、４加速管３、５偏向電磁石群６アンジュレータ７、１１、１２下向き偏向電磁石８、９ミラーチェンバ１０全体架台ａ偏向電磁石ｂ４極電磁石

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−29630（ＪＰ，Ａ) 特開平８−148299（ＪＰ，Ａ) 特開平８−203698（ＪＰ，Ａ) 特開平３−173492（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/30 H05H 13/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の線形加速器を直列に配設し電子ビ
ームが全部の線形加速器を通過した後に１基のアンジュ
レータで放射光を発生するように構成した自由電子レー
ザ装置において、線形加速器の間から電子ビームを逸流
させて後続の線形加速器を通さずに前記アンジュレータ
に導くこともできるようにして、波長領域の異なる複数
の自由電子レーザを発生するようにしたことを特徴とす
る自由電子レーザ装置。
【請求項２】電子銃と第１の線形加速器と第１の偏向
電磁石群と第２の線形加速器と第２の偏向電磁石群を直
線上に配設し、１基のアンジュレータを第１偏向電磁石
群と第２偏向電磁石群の間に第２線形加速器と並んで配
設した自由電子レーザ装置であって、第１線形加速器と
第２線形加速器を通過した電子ビームが前記アンジュレ
ータを線形加速器中の電子ビームと反対方向に通過する
とともに、第１線形加速器を通過した電子ビームが第２
線形加速器を通らずに前記アンジュレータに導かれて線
形加速器中の電子ビームと同じ方向に通過することもで
きるようにして、波長領域の異なる自由電子レーザを発
生するようにしたことを特徴とする自由電子レーザ装
置。
【請求項３】電子銃と第１の線形加速器と第１の偏向
電磁石群と第２の線形加速器と第２の偏向電磁石群を直
線上に配設し、１基のアンジュレータを第１線形加速器
と並んで配設した自由電子レーザ装置であって、第１線
形加速器と第２線形加速器を通過した電子ビームが第２
偏向電磁石群を介して前記アンジュレータを線形加速器
中の電子ビームと反対方向に通過するとともに、第１線
形加速器を通過した電子ビームが第２線形加速器を通ら
ずに第１偏向電磁石群を介して前記アンジュレータに導
かれて線形加速器中の電子ビームと反対の方向に通過す
ることもできるようにして、波長領域の異なる自由電子
レーザを発生するようにしたことを特徴とする自由電子
レーザ装置。
【請求項４】前記第２偏向電磁石群と前記アンジュレ
ータの間にさらに第３の偏向電磁石群を設けて、アンジ
ュレータを挟んで設けられる共振ミラー間の距離を短縮
したことを特徴とする請求項３記載の自由電子レーザ装
置。
【請求項５】前記自由電子レーザにより２．３μｍか
ら２６μｍの範囲に波長を変化させて大気センシングが
できるようにした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装置。