JPH0342804A - 磁石装置 - Google Patents
磁石装置Info
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- JPH0342804A JPH0342804A JP2141204A JP14120490A JPH0342804A JP H0342804 A JPH0342804 A JP H0342804A JP 2141204 A JP2141204 A JP 2141204A JP 14120490 A JP14120490 A JP 14120490A JP H0342804 A JPH0342804 A JP H0342804A
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- magnetic field
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/0903—Free-electron laser
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は自由電子レーザーにおけるウィグラとして使用
される磁石装置に関する。
される磁石装置に関する。
自由電子レーザーにおいて、放射線は真空中における電
子インパルスの変調によって得られる。
子インパルスの変調によって得られる。
マックスウェル公式は、一般に電場および磁場の存在に
おいて、外部磁場Ｆによってインパルス変化ｄｐを生ず
る、電荷によって放出される放射線について規定してい
る。放射線の振幅はインパルス変化ｄｐの関数として変
化する。
おいて、外部磁場Ｆによってインパルス変化ｄｐを生ず
る、電荷によって放出される放射線について規定してい
る。放射線の振幅はインパルス変化ｄｐの関数として変
化する。
非均−運動中の電荷によって放射される電子放射線の振
幅は粒子の質量ｍに依存し、エネルギ変化は質量変化、
速度および放射線変化の間で分布する。
幅は粒子の質量ｍに依存し、エネルギ変化は質量変化、
速度および放射線変化の間で分布する。
加速度または一層正確には粒子のインパルスが一層大き
くなるほど、放射線の振幅は大きくなる（このことは質
量ならびに位置の変化をカバーする）。粒子は磁場によ
って円形軌道を通るように強制され、したがってそのイ
ンパルスの変化は一定である、円形の粒子加速器におい
て、低質量の粒子（ｔ４子または陽電子）によって放射
される放射線はとくに強い。シンクロトロン放射線と称
せられるこの放射線は、現象が観察される第１粒子加速
機械にしたがって、電子の円形加速器の主要な欠点と考
えられてきた。
くなるほど、放射線の振幅は大きくなる（このことは質
量ならびに位置の変化をカバーする）。粒子は磁場によ
って円形軌道を通るように強制され、したがってそのイ
ンパルスの変化は一定である、円形の粒子加速器におい
て、低質量の粒子（ｔ４子または陽電子）によって放射
される放射線はとくに強い。シンクロトロン放射線と称
せられるこの放射線は、現象が観察される第１粒子加速
機械にしたがって、電子の円形加速器の主要な欠点と考
えられてきた。
７０年代には、非コヒーレント、多色、シンクロトロン
放射線を凝縮した物質構造の研究において使用する特殊
な研究所の発展が見られた。シンクロトロン光は、電子
ビームが放射線抽出窓の前方を通過するときはいつも、
パルスを生じた。きわめて短くかつ高度に特徴のあるパ
ルスをもった、このパルス光はピコ秒範囲からミリ秒範
囲の間のタイムスケールにおける運動研究によく適して
いる。
放射線を凝縮した物質構造の研究において使用する特殊
な研究所の発展が見られた。シンクロトロン光は、電子
ビームが放射線抽出窓の前方を通過するときはいつも、
パルスを生じた。きわめて短くかつ高度に特徴のあるパ
ルスをもった、このパルス光はピコ秒範囲からミリ秒範
囲の間のタイムスケールにおける運動研究によく適して
いる。
丁度標準的レーザーによって放射される放射線のように
、位相がコヒーレントで単色の放射線は、一般に電子を
それらの平均的軌道に直角に周期的に偏向させることに
よって、光速ビームの周りに得ることができる。これは
“自由電子レーザー作用の構成原理であり、光速基にお
いてビームに対する基準のフレームと一定の基準フレー
ムとの間の、時間収縮効果に基づいて“ビームから見た
”偏向は遥かに高い振動数において一定の基準フレーム
において観察される。
、位相がコヒーレントで単色の放射線は、一般に電子を
それらの平均的軌道に直角に周期的に偏向させることに
よって、光速ビームの周りに得ることができる。これは
“自由電子レーザー作用の構成原理であり、光速基にお
いてビームに対する基準のフレームと一定の基準フレー
ムとの間の、時間収縮効果に基づいて“ビームから見た
”偏向は遥かに高い振動数において一定の基準フレーム
において観察される。
自由電子レーザー放射線はビームの偏向によって形成さ
れた各“発生源°によって放射された放射線を加えるこ
とによって生じ、したがって異なった発生源からくる放
射線が一定の点において互いに調和しないため、発生源
を囲む空間において単色でない。ウィグラの形状によっ
て発生した発生源の位相関係のため、自由電子レーザー
の放射線はコヒーレントである。
れた各“発生源°によって放射された放射線を加えるこ
とによって生じ、したがって異なった発生源からくる放
射線が一定の点において互いに調和しないため、発生源
を囲む空間において単色でない。ウィグラの形状によっ
て発生した発生源の位相関係のため、自由電子レーザー
の放射線はコヒーレントである。
電子の周期的偏向をうる装置は“ウィグラ”と称せられ
る。その訳は、もつとも簡単な構造において、該装置は
電子を“揺動させる”通路を形成するからである。上記
の波が電子通路によって発生されるのは、それらが交流
磁界または電界が電子をそれらの速度の方向に直角な方
向のいずれかに偏向する区域を通るときであることは、
容易に分かる。
る。その訳は、もつとも簡単な構造において、該装置は
電子を“揺動させる”通路を形成するからである。上記
の波が電子通路によって発生されるのは、それらが交流
磁界または電界が電子をそれらの速度の方向に直角な方
向のいずれかに偏向する区域を通るときであることは、
容易に分かる。
ウィグラの交流磁界は永久磁石の交番によりまたはコイ
ル内の電流をビーム通路の周りに流れさせることによっ
て得ることができる。ビームの周りにおけるそのような
装置の構造はそれらの通過を“揺動”させレーザー効果
を生ずるように電子に対する作用を決定する。
ル内の電流をビーム通路の周りに流れさせることによっ
て得ることができる。ビームの周りにおけるそのような
装置の構造はそれらの通過を“揺動”させレーザー効果
を生ずるように電子に対する作用を決定する。
さらに、工業的応用において、永久磁石を備えたウィグ
ラは、らせんコイルに電流を流すことにより磁界を生ず
る、二重らせんウィグラに関して数多くの利点を有する
。たとえば、永久磁石を備えたウィグラは電流を供給さ
れるウィグラに関連する消耗および熱放散の問題を回避
することができる。さらに、短いパルスの場合、ウィグ
ラおよびビームの供給の間、同期の必要はない。連続し
た使用において、永久磁石の有用性は明らかである。
ラは、らせんコイルに電流を流すことにより磁界を生ず
る、二重らせんウィグラに関して数多くの利点を有する
。たとえば、永久磁石を備えたウィグラは電流を供給さ
れるウィグラに関連する消耗および熱放散の問題を回避
することができる。さらに、短いパルスの場合、ウィグ
ラおよびビームの供給の間、同期の必要はない。連続し
た使用において、永久磁石の有用性は明らかである。
実際のウィグラ構造において、磁界は主として二つの構
造、電子通路に直角な直線的分極の構造、またはらせん
分極の構造を有する。
造、電子通路に直角な直線的分極の構造、またはらせん
分極の構造を有する。
らせん分極は磁気案内基におけるビームのドリフトおよ
び高度の対称性の保持の問題を防止する利点を有する。
び高度の対称性の保持の問題を防止する利点を有する。
とくに、磁界の縦方向成分は軸線上でゼロである。さら
に、この分極はビームを二次元において集中する。
に、この分極はビームを二次元において集中する。
自由電子レーザー（Ｆ Ｅ Ｌ）の最善の機能を得るた
め、電子ビームはウィグラ内に断熱的挿入によって注入
されなければならない。このことは、ウィグラの場がそ
れらの電子が注入される点から最大値に向かって徐々に
増加することを意味している。
め、電子ビームはウィグラ内に断熱的挿入によって注入
されなければならない。このことは、ウィグラの場がそ
れらの電子が注入される点から最大値に向かって徐々に
増加することを意味している。
断熱プロフィルは、異なった方法、すなわちウィグラの
場が電流パルスによって得られるとき磁気拡散により、
らせんコイルの半径を変化することによりまたはウィグ
ラを流れる電流を短絡することによって得られる。
場が電流パルスによって得られるとき磁気拡散により、
らせんコイルの半径を変化することによりまたはウィグ
ラを流れる電流を短絡することによって得られる。
永久磁石を備えた従来技術のウィグラにおいて、断熱プ
ロフィルはウィグラの場に厚さが変化しかつ大きい透磁
率を有する金属片を使用して段付きプロフィルを付与す
ることによって得ることができる。このことは外部集中
場に関連するこの型のウィグラの使用を除外することを
認識しなければならない。その訳は段付きプロフィルを
形成する部分はウィグラの場ならびに案内湯を乱し、案
内湯は大電流のもとての動力の使用に必要であるためで
ある。
ロフィルはウィグラの場に厚さが変化しかつ大きい透磁
率を有する金属片を使用して段付きプロフィルを付与す
ることによって得ることができる。このことは外部集中
場に関連するこの型のウィグラの使用を除外することを
認識しなければならない。その訳は段付きプロフィルを
形成する部分はウィグラの場ならびに案内湯を乱し、案
内湯は大電流のもとての動力の使用に必要であるためで
ある。
本発明はこれらの欠点を克服するとともに挿入区域にお
ける磁界の連続的かつ断熱的増大を可能にすることであ
る。
ける磁界の連続的かつ断熱的増大を可能にすることであ
る。
本発明の目的は永久磁石を使用してらせんの軸線に沿っ
て強さが変化するらせん場を発生する磁気装置を提供す
ることにある。本発明による装置は自由電子レーザーへ
の応用するため断熱的に挿入されたプロフィルを有する
ウィグラとして使用することができ、前記ウィグラは磁
場の強さが増加するプロフィルを備えた挿入区域および
ウィグラの場の強さが一定である相互作用区域を備えて
いる。本発明の好ましい実施例によれば、前記挿入およ
び相互作用区域の磁場は、同じ永久磁石によって形成さ
れ、その厚さだけが必要な断熱的プロフィルを形成する
ようにウィグラの軸線に沿って挿入区域において変化す
る。
て強さが変化するらせん場を発生する磁気装置を提供す
ることにある。本発明による装置は自由電子レーザーへ
の応用するため断熱的に挿入されたプロフィルを有する
ウィグラとして使用することができ、前記ウィグラは磁
場の強さが増加するプロフィルを備えた挿入区域および
ウィグラの場の強さが一定である相互作用区域を備えて
いる。本発明の好ましい実施例によれば、前記挿入およ
び相互作用区域の磁場は、同じ永久磁石によって形成さ
れ、その厚さだけが必要な断熱的プロフィルを形成する
ようにウィグラの軸線に沿って挿入区域において変化す
る。
本発明による装置は永久磁石を備えたらせんウィグラの
利点をもっとともに、（たとえば、サマリウム−コバル
トから作られた磁石の場合のように）透磁率はほとんど
一定にした磁石に対して、案内湯の使用はもはや問題を
生じないため、従来技術におけるそのような装置の欠点
を回避する。
利点をもっとともに、（たとえば、サマリウム−コバル
トから作られた磁石の場合のように）透磁率はほとんど
一定にした磁石に対して、案内湯の使用はもはや問題を
生じないため、従来技術におけるそのような装置の欠点
を回避する。
本発明および本発明の使用によって生じた利益は非限定
的実施例として詳細に説明されかつ図面に示された実施
例から一層明瞭に理解しつるであろう。
的実施例として詳細に説明されかつ図面に示された実施
例から一層明瞭に理解しつるであろう。
第１図に示すような本発明による永久磁石を備えたらせ
んウィグラの好ましい形式によれば、永久磁石は非磁性
スリーブすなわちたとえばジュラルミンから作られたス
リーブの溝に固定されて軸対称であり、北極（Ｎ）また
は南極（Ｓ）はスリーブの軸線の周りにらせんを描く。
んウィグラの好ましい形式によれば、永久磁石は非磁性
スリーブすなわちたとえばジュラルミンから作られたス
リーブの溝に固定されて軸対称であり、北極（Ｎ）また
は南極（Ｓ）はスリーブの軸線の周りにらせんを描く。
第２図に示すような、本発明による、永久磁石を断熱的
に挿入されたらせんオンシュレータの好ましい構造によ
れば、ウィグラの相互作用区域２は第１図と同じであり
、さらに磁石は相互作用区域２においても第１図と同じ
であり、一方挿入区域１において、スリーブおよび溝に
固定された磁石は磁石に沿って相互作用区域２から前方
に直径が減少するように加工されて円錐形断面をなし、
すなわち磁石の厚さ、したがって軸線上の磁界の強さは
軸線に沿って変化し、断熱的にかつ連続して挿入区域に
おけるビームの挿入から始まるゼロ値から挿入区域のそ
の最大値まで変化する。
に挿入されたらせんオンシュレータの好ましい構造によ
れば、ウィグラの相互作用区域２は第１図と同じであり
、さらに磁石は相互作用区域２においても第１図と同じ
であり、一方挿入区域１において、スリーブおよび溝に
固定された磁石は磁石に沿って相互作用区域２から前方
に直径が減少するように加工されて円錐形断面をなし、
すなわち磁石の厚さ、したがって軸線上の磁界の強さは
軸線に沿って変化し、断熱的にかつ連続して挿入区域に
おけるビームの挿入から始まるゼロ値から挿入区域のそ
の最大値まで変化する。
第３図は、断熱的に挿入されたウィグラの好ましい形状
に対して軸線に沿ってえられた磁界の強さを、下記のシ
ミュレーションパラメータを用いて示す。
に対して軸線に沿ってえられた磁界の強さを、下記のシ
ミュレーションパラメータを用いて示す。
期 間 １ −３Ｏｎ最大厚さ
ｈ −５ｅｍ 幅 ｅ−５關 軸線からの距離 Ｒ−１３ｍｍ 期間の全数 Ｎ −２０ 挿入の期間の数 Ｎ、−１０ 挿入形式 直 線 材 料 サマリウム−コバルト表面誘導
Ｂ −１，０７７保持誘導 Ｂ＊−４
７ 相互作用の場におけるゼロからその最大値への磁界の強
さの断熱的増大はこの計算のグラフに示されている。
ｈ −５ｅｍ 幅 ｅ−５關 軸線からの距離 Ｒ−１３ｍｍ 期間の全数 Ｎ −２０ 挿入の期間の数 Ｎ、−１０ 挿入形式 直 線 材 料 サマリウム−コバルト表面誘導
Ｂ −１，０７７保持誘導 Ｂ＊−４
７ 相互作用の場におけるゼロからその最大値への磁界の強
さの断熱的増大はこの計算のグラフに示されている。
第４．５および６図はウィグラの軸線に垂直な平面上の
突起によってえられた二次元的電子通路シミュレーショ
ンを、三つの異なった挿入プロフィルに対して示す。
突起によってえられた二次元的電子通路シミュレーショ
ンを、三つの異なった挿入プロフィルに対して示す。
第４図： 挿入せず、
第５図： 直線的挿入
第６図： 直線に沿う距離のｓｉｎ２
として変化して挿入
第４，５および６図を比較すると、ビームは第４図に示
された断熱的挿入のない場合ウィグラの２ｍ＋ｓの直径
と４ｍｍの直径との間で変化し、一方直線的挿入の場合
（第５図）ビームをある数の振動後軸線に戻し、さらに
一方では、最終的に、もっとも速くかつもつとも鋭い集
中はｓｉｎ２による断熱挿入の場合の第６図に示されて
いる。
された断熱的挿入のない場合ウィグラの２ｍ＋ｓの直径
と４ｍｍの直径との間で変化し、一方直線的挿入の場合
（第５図）ビームをある数の振動後軸線に戻し、さらに
一方では、最終的に、もっとも速くかつもつとも鋭い集
中はｓｉｎ２による断熱挿入の場合の第６図に示されて
いる。
しかして、きわめて高い断熱的挿入はこの技術を使用す
ることによって得られる。
ることによって得られる。
とくに、電流を供給されるウィグラに対する電力の供給
および熱放散の課題は、パルスウィグラに対する同期の
問題のように、完全に回避される。
および熱放散の課題は、パルスウィグラに対する同期の
問題のように、完全に回避される。
同時に、ウィグラのコストは減少し、それらの信頼性は
増大する。
増大する。
本発明は挿入区域を円錐形状に相互作用区域を円筒状に
形成することにより、従来の欠点を解消しかつ磁界を連
続的に、また断熱的に増大し得るプロフィルを有する磁
石装置を得ることができた。
形成することにより、従来の欠点を解消しかつ磁界を連
続的に、また断熱的に増大し得るプロフィルを有する磁
石装置を得ることができた。
第１図は本発明による、ただし挿入区域のない、永久磁
石を備えたらせんウィグラ方式の略図であり、第２図は
本発明による断熱仲人区域を備えた永久磁石を有するら
せんウィグラの略図であり、第３図は第２図による装置
、すなわち本発明による断熱挿入区域を備えた永久磁石
を有するらせんウィグラによって発生する軸線上におけ
る磁場の計算を示し、第４図は断熱的挿入のないウィグ
ラを、軸方向速度をもって、貫通する電子通路のシミュ
レーションを示し、第５図は挿入区域における誘導が直
線的に変化するウィグラを、軸線方向速度をもって、貫
通する電子通路のシミュレーションを示し、第６図はウ
ィグラの誘導が挿入区域において軸線方向距離のｓｉｎ
２に従って変化するウィグラを、軸線方向速度をもって
、貫通する電子通路の軌道のシミュレーションを示す図
である。
石を備えたらせんウィグラ方式の略図であり、第２図は
本発明による断熱仲人区域を備えた永久磁石を有するら
せんウィグラの略図であり、第３図は第２図による装置
、すなわち本発明による断熱挿入区域を備えた永久磁石
を有するらせんウィグラによって発生する軸線上におけ
る磁場の計算を示し、第４図は断熱的挿入のないウィグ
ラを、軸方向速度をもって、貫通する電子通路のシミュ
レーションを示し、第５図は挿入区域における誘導が直
線的に変化するウィグラを、軸線方向速度をもって、貫
通する電子通路のシミュレーションを示し、第６図はウ
ィグラの誘導が挿入区域において軸線方向距離のｓｉｎ
２に従って変化するウィグラを、軸線方向速度をもって
、貫通する電子通路の軌道のシミュレーションを示す図
である。
Claims (8)
- １．永久磁石を使用し、らせんの軸線に沿つて強さが変
化するらせん磁界を形成する磁石装置。 - ２．自由電子レーザーにおけるウイグラとして使用され
る請求項１に記載の磁石装置。 - ３．非磁性スリーブの溝に磁石を機械的に固定すること
によりまた磁界の強さをスリーブの軸線に沿つて変化さ
せるため装置を円錐形に加工することによつて形成され
た請求項１に記載の磁石装置。 - ４．前記永久磁石は幾何学的中心をスリーブの軸線と同
じ軸線を備えたらせん上に固定された請求項３に記載の
磁石装置。 - ５．前記永久磁石は前記加工前には同じであり、それら
の厚さだけが所要の断熱プロファイルを形成するように
挿入区域のらせん軸線に沿つて変化する請求項３に記載
の磁石装置。 - ６．前記永久磁石は直線状に配置された磁石の対であり
、前記磁石の対の幾何学的中心はらせん状に配置された
請求項４に記載の磁石装置。 - ７．前記挿入区域は断熱的挿入の直線状プロフイルを形
成するため三角錐状に加工されている請求項３に記載の
磁石装置。 - ８．前記挿入区域はらせんの軸線に沿つて ｓｉｎ＾２の関係に従つて加工され、ｓｉｎ＾２のよう
に変化する断熱挿入プロフイルを形成する請求項３に記
載の磁石装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR898907082A FR2647975B1 (fr) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | Dispositif d'ondulateur helicoidal a aimants permanents pour application aux lasers a electrons libres |
| FR8907082 | 1989-05-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0342804A true JPH0342804A (ja) | 1991-02-25 |
Family
ID=9382154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2141204A Pending JPH0342804A (ja) | 1989-05-30 | 1990-05-30 | 磁石装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5068860A (ja) |
| EP (1) | EP0401066B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0342804A (ja) |
| DE (1) | DE69004006T2 (ja) |
| FR (1) | FR2647975B1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5499255A (en) * | 1994-07-12 | 1996-03-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Coaxial hybrid wiggler |
| US5528415A (en) * | 1994-11-09 | 1996-06-18 | Duke University | Compact enhanced performance optical isolator using a faraday rotator |
| US5909165A (en) * | 1997-08-29 | 1999-06-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Chiron twister |
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