JP3566830B2 - 円、楕円又は可変偏光の平板型ハイブリッドアンジュレータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、円ないし楕円偏光を発生するあるいは偏光が可変である平板型ハイブリッドアンジュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の平板型の円偏光アンジュレータは、S.Sasakiらの論文”Design of a new type of planar undulator for generating variably polarized radiation”(1993年、NUCLEAR INSTRUMNETS & METHODS IN PHYSICS RESERCH)に示されるように永久磁石だけをくみあわせて作るものであった。
【0003】
なお、平板型の直線偏光アンジュレータであるが、永久磁石のみを磁極と永久磁石とを組み合わせたハイブリッド型にすると、より強い磁場を発生することが、K.Halbachの論文”PERMANET MAGNET UNDULATORS”(1983年2月、JOURNAL DE PHYSIQUE)に述べられている。
【0004】
従来の平板型円偏光アンジュレータはその磁気回路の構造が複雑であった。具体的には、上記S.Sasakiらの論文に開示されているものは、永久磁石が並べられている磁石列の方向に沿ってこの磁石列を上側と下側とのそれぞれの側に並列に配置された1対の磁石列を設け、合計4つの磁石列を用いるものであった。また、従来の他の形態のものでは、円偏光を生じるために永久磁石が並べられている磁石列の方向に沿ってこの磁石列を上下1対の外に左右に1対の磁石列を設け、即ち、4つの磁石列を断面が矩形となるよう配置しなければならなかった。なお、楕円偏光の場合も同様の問題点があった。
【0005】
更に、より強い磁場を発生することができる利点を有するハイブリッド型では円偏光又は楕円偏光を生じさせる、あるいは偏光を変えることができる平板型アンジュレータはこれまでなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的の1つは、構造が簡単で製作が容易である平板型円ないし楕円偏光ハイブリッドアンジュレータを提供することにある。
【0007】
本発明の別の目的は、偏光が可変の平板型ハイブリッドアンジュレータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の1つの課題を解決するため、本発明の平板型円ないし楕円偏光ハイブリッドアンジュレータは、複数の磁極と永久磁石を周期的に組み合わせた上側と下側の1対の磁石列が対向して設けられており、前記の対向した1対の磁石列は、各磁石列に含まれる磁極が互いに対向し且つ永久磁石も互いに対向するよう配置され、各磁石列に含まれる前記磁極は、凹型形状を有し且つ当該凹部が対向するよう配置され、各磁石列に含まれる前記永久磁石は、周期的に組合わされた方向に交互に磁化され、且つ上側と下側の対向する永久磁石の磁化の方向は互いに逆向きに磁化されており、前記磁極及び永久磁石が前記1対の磁石列の上側と下側で反対向きに斜めにして並べられていることを特徴とする。
【0009】
上記の別の課題を解決するため、本発明の平板型可変偏光ハイブリッドアンジュレータは、複数の磁極と永久磁石を周期的に組み合わせた上側と下側の1対の磁石列が対向して設けられており、前記の対向した1対の磁石列は、各磁石列に含まれる磁極が互いに対向し且つ永久磁石も互いに対向するよう配置され、各磁石列に含まれる前記永久磁石は、周期的に組合わされた方向に交互に磁化され、且つ上側と下側の対向する永久磁石の磁化の方向は互いに逆向きに磁化されており、前記磁極及び永久磁石が前記1対の磁石列の上側と下側で反対向きに斜めにして並べられており、前記磁極は、前記1対の磁石列が対向する上下方向に沿って少なくとも3つに分割されその各々が前記上下方向に移動可能な少なくとも3つの磁極部材から成ることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による好適実施形態の平板型円偏光ハイブリッドアンジュレータの構造を概略的に示す。図1を参照すると、平板型円偏光ハイブリッドアンジュレータは、1対の磁石列即ち上側磁石列10及び下側磁石列12から成る磁気回路を備える。各磁石列10、12は、周期的に組み合わせて交互に並べられた磁極14及び永久磁石16を有する。上側及び下側の磁石列10、12は、これらに含まれる磁極14が互いに対向するように、また永久磁石16も互いに対向するように配置されている。上側及び下側の磁石列10及び12に含まれる磁極14は凹型の断面形状を有し、且つ上側の磁極14の凹部と下側の磁極14の凹部とが対向するように配置されている。上側及び下側の磁石列10及び12に含まれる永久磁石16は、図1において矢印で示されるように、並べられた方向に且つ交互に向きが逆になるように磁化されている。また、上側磁石列10の永久磁石16とこれに対向する下側磁石列12の永久磁石16とは磁化の方向が逆になるよう磁化されている。更に、上側磁石列10の磁極14及び永久磁石16と下側磁石列12の磁極14及び永久磁石16とは上側と下側で反対向きに同じ角度で斜めにして並べられている。
【0011】
従来のように磁極及び永久磁石を並べる方向に対して直交させて配置する場合には磁場は垂直方向成分のみしか発生しないが、磁気回路を上記のような構造にすると、磁場は90度位相がずれた形で水平方向成分ができ、その結果、楕円偏光アンジュレータ磁場が生成される。更に、磁極14の凹型形状の凹み方を加減して、水平方向成分と垂直方向成分を等しくすることによって円偏光アンジュレータ磁場が生成される。
【0012】
図2及び図3は、図1に示される平面図円偏光ハイブリッドアンジュレータの具体的寸法の一例を示す。図2は、図1に示される平板型円偏光ハイブリッドアンジュレータを図1においてA−A矢視から見た側面図を示す。なお、図2は、図1に示される上側磁石列10及び下側磁石列12の各々において左側から4つの磁極14と3つの永久磁石16のみを示し、且つ残りの磁極14及び永久磁石16がない形で示されている。図3は、図1に示される平板型円偏光ハイブリッドアンジュレータの下側磁石列12の平面図であり、下側磁石列12の左側から4つの磁極14と3つの永久磁石16のみを示し、且つ残りの磁極14及び永久磁石16がない形で示されている。
【0013】
図4は、図1に示される構造で円偏光を生成するようにされた平板型円偏光アンジュレータの中心軸上の磁場分布を計算した結果を示す。なお、図4における磁場の値は図2及び図3に示される中心軸上のものである。また、計算諸元は、次のとおりである。
【0014】
機械的寸法及び配置等は図2及び図3に示されるとおりである。主要な点を以下に記載する。図3に示されるように、下側磁石列12の磁極14及び永久磁石16は中心軸に対して直交する面より右方向に45度斜めにして並べられており、一方図示されていないが、上側磁石列10の磁極14及び永久磁石16は中心軸に対して直交する面より左方向に45度斜めにして並べられている。中心軸に沿った、磁極14の繰り返しピッチ及び永久磁石16の繰り返しピッチは共に30mmであり、即ち、磁場周期が60mmになるようになっていて磁極14と永久磁石16の厚みは同じで10.6mmである。図2に示されるように、上下の永久磁石16の間隙は15mmである。磁極14の凹部の深さは5mmである。磁極14の中心軸側の頂面は永久磁石16の中心軸側の頂面より2.5mm中心軸側に突出している。図3に示す磁極14の角aは中心軸から15mmずれており、また図3に示す磁極14の凹部の角bも中心軸から15mm離れた位置にある。磁極14は高さが30mm、幅が53.03mm、凹部の差し渡しが31.82mmである。永久磁石16は高さが40mm、幅が74.25mmである。
【0015】
また、永久磁石16の材質は信越化学工業製のN36H”というNd−Fe−B系の永久磁石であり、磁極14の材質はパーメンダーと呼ばれる磁性体である。
【0016】
図4における水平方向(黒四角印)及び垂直方向(丸印)の磁場強度の変化の関係から2つの磁場強度はその振幅が同じで位相が90度ずれており確かに円偏光が生じていることがわかる。なお、図4に示すグラフの横軸の位置において0.05mの位置が図1に示される一番左端の角(図1における点Pの位置)に対応する。
【0017】
図5は、本発明による好適実施形態の平板型可変偏光ハイブリッドアンジュレータの構造を概略的に示す。図5において、図1と同一あるいは類似の要素は同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。図5に示す実施形態が、図1に示す実施形態と相違する点は、図5に示されるように、磁極14が1対の磁石列10及び12が対向する上下方向に沿って3つに分割された磁極部材140、142及び144から成り、且つその各々が前記上下方向に移動可能なように構成されていることにある。即ち、磁極14は外側の部分の磁極部材142及び144と内側の部分の磁極部材140に分割され、それぞれ上下方向に可動し、磁極部材142及び144の上面と永久磁石16の上面との高さ(位置)の差aと、磁極部材142及び144の上面と磁極部材140の上面との高さ(位置)の差bの大きさを変えることによって、円偏光から楕円偏光に又その逆に偏光度を変えることができる。
【0018】
図6は、上記の差a、bを変えることにより偏光度が変わることを示すため中心軸上の磁場分布を計算した結果を示す。この計算例では、差aは2.5mmに固定し、差bのみを変えている。なお、他の機械的寸法及び配置の位置及び磁極14及び永久磁石16の材質は図4の場合と同一である。図6の(A)は、b=0の場合、即ち3つの磁極部材140、142及び144の上面が同一高さにある場合を示し、また、図6の(B)は、b=−9.0mmの場合、即ち磁極部材140の上面が磁極部材142及び144の上面より9mm下がっている(従って磁極14の断面形状は凹型になる)場合を示す。図6の(A)に示される水平方向と垂直方向の磁場強度の振幅と位相関係から円偏光が発生されていることがわかる。また、図6の(B)に示される水平方向と垂直方向の磁場強度の振幅と位相関係から楕円偏光が発生されていることがわかる。なお、図6に示す(A)及び(B)の双方のグラフの横軸の位置において0.0mの位置が図5に示される一番左端の角(図5における点Pの位置)に対応する。
【0019】
上記計算例では、差aを固定したが、これを変えても偏光度が変わることは当該技術の知見から当業者には明らかである。また、磁極部材140、142及び144を上下方向に移動させる手段は、アンジュレータの使用目的に応じていずれの既知の移動機構を適宜採用し得る。
【0020】
なお、本発明のハイブリッドアンジュレータの磁気回路の特徴の一つは、垂直方向成分のみではなく90度位相がずれた形で水平方向成分を生じさせるため、磁極と永久磁石とを上側と下側で反対向きに斜めにして並べることにある。従って、本発明は、前述した実施形態に限定されず、上記斜めにする角度は45度に限定されるものではなく、他の角度であっても良い。
【0021】
また、偏光を可変にするため図5に示される実施形態においては磁極14を3分割しているが、本発明はこれに限定されず、それより多く分割してそれぞれを上下に可動させるようにしても良い。
【0022】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、磁場の垂直方向成分の外に水平方向成分が発生し、従って円偏光や楕円偏光の磁場を上下2列の磁石列で発生でき、アンジュレータの磁気回路の構造が簡単になり、製作も容易になる。
【0023】
また、磁極を分割してそれぞれを上下方向に移動可能にすることにより、円偏光から楕円偏光の間で偏光度を自由に変えられる平板型の可変偏光ハイブリッドアンジュレータを簡単に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による好適実施形態の平板型円偏光ハイブリッドアンジュレータの構造を概略的に示す。
【図2】図1に示される平面図円偏光ハイブリッドアンジュレータの具体的寸法の一例を示すための部分的側面図である。
【図3】図1に示される平面図円偏光ハイブリッドアンジュレータの具体的寸法の一例を示すための下側磁石列12の部分的平面図である。
【図4】図1に示される構造で円偏光を生成するようにされた平板型円偏光アンジュレータの中心軸上の磁場分布を計算した結果を示す。
【図5】本発明による好適実施形態の平板型円可変偏光ハイブリッドアンジュレータの構造を概略的に示す。
【図6】磁極を構成する3つの磁極部材をそれぞれ可動にすることにより偏光度を変えられることを示すため中心軸上の磁場分布を計算した結果を示す。
【符号の説明】
10:上側磁石列
12:下側磁石列
14:磁極
16:永久磁石
140、142、144:磁極部材
Claims (2)
- 複数の磁極と永久磁石を周期的に組み合わせた上側と下側の1対の磁石列が対向して設けられている平板型円ないし楕円偏光ハイブリッドアンジュレータにおいて、
前記の対向した1対の磁石列は、各磁石列に含まれる磁極が互いに対向し且つ永久磁石も互いに対向するよう配置され、
各磁石列に含まれる前記磁極は、凹型形状を有し且つ当該凹部が対向するよう配置され、
各磁石列に含まれる前記永久磁石は、周期的に組合わされた方向に交互に磁化され、且つ上側と下側の対向する永久磁石の磁化の方向は互いに逆向きに磁化されており、
前記磁極及び永久磁石が前記1対の磁石列の上側と下側で反対向きに斜めにして並べられている
ことを特徴とする平板型円ないし楕円偏光ハイブリッドアンジュレータ。 - 複数の磁極と永久磁石を周期的に組み合わせた上側と下側の1対の磁石列が対向して設けられている平板型可変偏光ハイブリッドアンジュレータにおいて、
前記の対向した1対の磁石列は、各磁石列に含まれる磁極が互いに対向し且つ永久磁石も互いに対向するよう配置され、
各磁石列に含まれる前記永久磁石は、周期的に組合わされた方向に交互に磁化され、且つ上側と下側の対向する永久磁石の磁化の方向は互いに逆向きに磁化されており、
前記磁極及び永久磁石が前記1対の磁石列の上側と下側で反対向きに斜めにして並べられており、
前記磁極は、前記1対の磁石列が対向する上下方向に沿って少なくとも3つに分割されその各々が前記上下方向に移動可能な少なくとも3つの磁極部材から成る
ことを特徴とする平板型可変偏光ハイブリッドアンジュレータ。
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