JPH04124892A

JPH04124892A - 自由電子レーザ

Info

Publication number: JPH04124892A
Application number: JP2413006A
Authority: JP
Inventors: Francesco Villa; フランチェスコ・ヴィラ
Original assignee: Harris Blake Corp
Current assignee: Harris Blake Corp
Priority date: 1990-01-04
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1992-04-24
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: CA2033349C; CA2033349A1; ES2049689T1; EP0436479A2; DE69008835D1; EP0436479B1; DE69008835T2; JP2890068B2; US4972420A; ES2049689T3; EP0436479A3

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。

Description

【発明の詳細な説明】［０００１］

【産業上の利用分野】

本発明は、自由電子レーザに関し、特に、非常に短期間
だけ極めて高い磁場を生成することのできる新しいパル
ス・パワー・アンジュレータによる、高利得・単一パス
の自由電子レーザ（ＦＥＬ）に関する。［０００２］

【従来の技術】

通常の気体レーザ及び固体レーザは、単色である。即ち
、それらは、それらのレーザ媒質におけるエネルギ遷移
に対応する特定の波長のみを発生することができる。色
素レーザは、狭い範囲に亘って調節され得るが、光ポン
ピング用の気体［０００３］対照的に、Ｍａｄｅｙへの米国特許第３，８２２，４１
０号に記載されている自由電子レーザは、極めて適応性
の高いコヒーレント放射源を提供する。何故ならばで作
動するからである。自由電子レーザにおいては、高エネ
ルギ電子・（即ち、光速度に近い速度まで加速された電
子）が、レーザ媒質の原子に結び付いたままでいるので
はなく、真空を通過するビーム内で移動する。電子は自
由であるので、それらが放出する放射の波長は、原子の
２つのエネルギ・レベル間の許容遷移に対応する特定の
波長に限定されない。高エネルギ電子ビームカ飄アンジ
ュレータとして知られている磁石の集成装置によって生
成される、横方向の、空間的に周期的な磁場を通過させ
られる際に、放射が生成される。アンジュレータの磁場
は電子のビームを、横方向に、左右に曲げる。ビーム内
の電子が向きをそらされる度に、それは、シンクロトロ
ン（広帯域即ちインコヒーレント）放射のバーストを放
出する。レーザカ飄発振が互いに加え合わされるよう適
切に設計されているならば、個々のバーストの結合は、
コヒーレント放射のビームを、次式によって近似的に与
えられる波長で産出する。［０００４］ λ　＝（λ　／２ア　）（１＋ｋ　　／２＋χ　θ　）
　　　　（１）　　　　Ｏここで、 λ　は、コヒーレント光の波長（ｃｍ）、λ０は、アン
ジュレータ周期、即ち反対の極性の隣接する磁石の間の
距離（ｃｍγは、電子エネルギ／静止質量エネルギ、及
びｋは、次式によって定義されるパラメータである。に＝ｅＢλｏ／ｙｒｍｃ　　＝０．９３４８λｏ（２）
ここで、Ｂは、磁場のｒｍｓ（テスラ）である。［０００５］上式（１）から判るように、自由電子レーザの出力波長
は、電子エネルギ（γに比例）を変化させることによっ
て調節され得る。短波長レージング（スペクトルがＸ線
領域）に対しては、自由電子レーザは、極めて高い、Ｉ
ＧｅＶのオーダの電子エネルギを必要とする。自由電子レーザのサイズも問題である。何故ならば、磁
石の隣接する極の間の距離が、式（２）によって制限さ
れるからである。ｋはＢＡ０に比例し、且っに、１が望
ましいので、もしＡ０　（磁石の隣接するＮ極とＳ極と
の間の距離）が１０分の１に減少させられるならば、Ｂ
は１０倍に増大させられなければならず、そして、１０
テスラは、通常の磁石（１００個のオーダの直列の磁極
を必要とする）では非現実的である。［０００６］

【発明が解決しようとする課題】

必要な磁場強度及び電子ビーム放射力を得ることの難し
さに加えて、装置の利得が、スペクトルの短波長（＜　
１０００オングストローム）領域における放出に関して
問題となる。もし単一パス利得が１未満であるならば、
レージング（光増幅）を得るべく、光子ビームを軸方向
で前後にアンジュレータを通過させることが必要になる
。これは、通常の自由電子レーザにおいては、アンジュ
レータ構造部材の対向した端部における鏡によって達成
される。しかしながら、Ｘ線を反射することのできる鏡
は存在しない。解決法は、レーザを、アンジュレータを
通過する単一パスで結果的に光増幅を生ずるところの超
放射状態にすることである。例えば、Ｒ，Ｂｏｎｉｆａｃｉｏ及びＦ、　Ｃａｓａｇ
ｒａｎｄｅ著”Ｔｈｅ　５ｕｐｅｒｒａｄｉａｎｔ　Ｒ
ｅｇｉｍｅ　ｏｆ　ａＦｒｅｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｌ
ａ５ｅｒ　”　　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎ
ｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ、第Ａ２３９巻、第３６〜４２頁（１
９８５年）参照。［０００７］超放射を得るには、電子ビームは、非常に濃密でなけれ
ばならず（即ち、極めて高いプリリアンスを有し、且つ
低いエミツタンスでなければならない）、そして、磁場
強度は、非常に短期間だけ非常に強くなければならない
。［０００８］

【課題を解決するための手段】

本発明に係る自由電子レーザは、短波長レージングと結
び付いている上記問題点を解決すべく設計された新規な
構造を有している。特に、本発明に係る自由電子レーザは、３つの基本的な
要素がらなっている。１）高ブリリアンス電子源／インジェクタ、２）電子ビ
ームに高エネルギを与える線形加速器（ライナック）、
及び３）短期間だけ極めて高い磁場（数テスラ）をもた
らし得るアンジュレータ。［０００９］電子注入源は、ライナック自身の最初の伝送線路、又は
高速サーキュラ・スイッチによって駆動されるラジアル
線路変成器である。［００１０］ライナックは、１９９０年１月９日に特許された米国特
許第４，８９３，０８９号に開示されている構造を有し
ており、この構造においては、複数の加速間隙が直列に
配設されている。複数の伝送線路であって、各々が個々
の間隙を提供するものに沿って同時に伝播するところの
単一パルスのエネルギを放出即ちスイッチングすること
により、それらの間隙は、次から次へと付勢される。伝
送線路は長さにおいて漸増し、もって、加速された粒子
集群が間隙を通過する際、パルス・パワーカ飄各間隙に
存在する。［００１１］本発明に係るアンジュレータは、伝送線路の端部が、開
放されているのではなく、実質的に短絡されているとい
うことを除いて、ライナックと同様な基本構造を有して
おり、電場を磁場に変換する。″短絡回路″は、完全で
はなく、むしろ小さい抵抗を有すべく設計されており、
これにより、僅かな電場が残留する。この電場は、ビー
ムがアンジュレータの各間隙を横切る際に、放射の形で
ビームによって失われたエネルギを補償する。［００１２］

【実施例】

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。図面、特に図１及び図２を参照するに、自由電子レーザ
１０は、インジェクタ２０、線形加速器即ちライナック
３０及びアンジュレータ４０からなっている。［００１３］インジェクタ２０は、図２に示されているラジアル線路
変成器（ＲＬＴ）　、又は、より好適に、図３に示され
ているライナック３０の第１段である。図３に示されて
いる実施例においては、電子は、プレート２２とプレー
ト２４との間の電場のパルスにより、参照符号２１で指
示されている領域から抽出される。抽出された電子は、
プレート２４内のアパーチャ２８を通過し、ライナック
３０の加速構造部材に久る。［００１４］インジェクタ２０に印加されるパルスは、ブルームライ
ン（Ｂｌｕｍｌｅｉｎ）型スイッチ（後述）により、数
十ピコ秒のオーダの立上がり時間で好適にもたらされる
。利得を更に増大させ、且つ、電場放出電流に起因する、
振幅及びパルス形状のゆらぎを除去するため、インジェ
クタ２０は、高誘電率材料２３（例えば、サファイア、
水晶、あるいは他の高周波・低損失プラスチック誘電体
）を充填されている。［００１５］本発明に係る上述のインジェクタは、陽極／陰極間隙に
印加される非常に大きい電場により、極めて高いフ刃す
アンス且つ低いエミツタンスの電子源を提供する。上述
のように、低エミツタンス且つ高ブリリアンスは、短波
長超放射にとって必要である。最短の波長は、電子ビー
ムのエミツタンスのオーダであり、そして、単一パスに
おける高利得は、高電流密度によってのみ可能である。［００１６］インジェクタ２０から抽出された電子集群は、３　Ｍ　
ｅ　Ｖのオーダのエネルギでインジェクタ２０を離れる
。しかしながら、短波長レージングのためには、自由電
子レーザは、数百ＭｅＶからＩＧｅＶまでのオーダの電
子エネルギを必要とする。従って、電子集群にエネルギ
を加えることが必要であり、これはライナック３０によ
って達成される。［００１７］図４は、多素子ライナック３０の１つの素子を示してい
る。なお、多素子ライナックは、米国特許第４，８９３
，０８９号（１９８８年９月１４日出願の米国特許出願
第２４４，１２１号）、及びＦ、　Ｖｉｌｌａ著”Ａ　
Ｎｅｗ　５ｗ１ｔｃｈｅｄ　ＰｏｗｅｒＬｉｎａｃＳｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ”　　５ＬＡＣ−ＰＵＢ−４８９４（１
９８９年３月）に記載されており、これらの開示は、引
用によって本明細書中に組み入れられている。手短に言
えば、ライナック３０は、直列に配列されている複数の
加速間隙を備えてに伝播するところの単一パルスのエネ
ルギを放出即ちスイッチングす゛ることにより、それら
の間隙は、次から次へと付勢される。伝送線路は長さ方
向に累進的にされており、加速器電子集群が通過する各
間隙にパワー・パルスが存在する。［００１８］より具体的には、図４のライナック３０は、離隔した平
行なプレート３１，３２を備えており、それらは、それ
らの縦方向の中間領域が縦方向に裂かれて、狭いストリ
ップ即ちリボン３１−１〜３２−５を形成されており、
これらのリボンは曲折され、プレート３１．３２の曲折
されていない部分が配列させられている面に直角な面内
に、それらは配列させられている（あるいは、加速器は
、１９９０年１２月４日こ特許された米国特許第４，９
７５，９１７号（米国特許出願第４６１．０５９号）に
記載されているパ捩れのない″構造を有していてもよい
）０リボン３１−１〜３２−５の各々の中心にはアパー
チャ３３が存在し、このアパーチャを貫通してほぼ直線
の粒子路即ち加速路３９が延在している。ライナック３
０にパワーを注入する手段は、電荷蓄積プレート３４及
びノーマルオープンのスイッチ３５によって概略的に図
示されている。電荷蓄積プレート３４は、パワー人力領
域３６における伝送線路プレート３１．３２間に配置さ
れている。ライナック３０用のインジェクタは、図４の
左側と、図３におけるライナック３０の２つの右側のユ
ニットに図示されている。スイッチ３５は、図４のに左
上隅にのみ象徴的に示されている。実際の構造において
は、スイッチは、中央の電極即ち電荷蓄積プレート３４
に沿い、同じ形をしている。［００１９］ライナック３０のアパーチャ３３と破線Ａ−Ａ’　　と
の間の部分においでは、リボン３１−１〜３２−５を形
成すべくプレート３１．３２に切り込まれているスリッ
トは、破線Ａ−Ａ’で始まり、この破線は、それぞれの
プレート３１．３２゛の端縁３１−６．３２−６に対し
て非平行である。このことは、パワー人力領域３６にお
いて注入されるパワー・パルスがリボン３１−５．３２
−５に到゛達するのに、それがリボン３１−１．３２−
１に到達するときよりもより長い時間かかかるというこ
とを意味する。従って、加速エネルギは、リボン３１−
５及び３２−５の間の粒子路即ち加速路３９の区間に到
達する前に、リボン３１−１及び３２−１の間の区間に
到達し、もって、第３図に関して上方向の加速路３９に
沿って進むようになるエネルギ勾配が効果的にもたらさ
れる。［００２０１誘電材料３８が、そこを通って加速路３９が延在してい
るところのアパーチャ３３を有する、リボン３１−１〜
３２−５の中央部を除いて、プレー）３１．３２の間の
空間を満たしている。エネルギ・パルスの通過時間は、
絶縁体としての誘電材料３８の誘電率によって制御され
る。パワー人力領域即ちパルス注入領域３６における間
隔ｇ　が加速領域３７における間隔ｇ２よりも大きいこ
とによるプレート３１及び３２の間の空間のテーパは、
加速領域３７における電場を制御する。電場を更に増大
させるため、リボン３１−１〜３２−５の各々は、その
パルス注入領域において、加速領域３７における幅Ｗ２
よりも大きい幅Ｗ１を有している。［００２１］図５は、エネルギの単一パルスをライナック３０中へ生
成するためのスイッチ６０を示している。スイッチ６０
は、レーザでトリガされる気体電子なだれスイッチであ
り、この気体電子なだれスイッチは、適度な高電圧にお
ける比較的高電流の高信頼性・超高速スイッチングに使
用されるものである。そのようなスイッチは、Ｒ，Ｅ、
　Ｃａ５ｓｅｌ、　Ｆ、　Ｖｉｌｌａ著”Ｈｉｇｈ　５
ｐｅｅｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　Ｇａ５５ｅｓ　
　　Ｓ　Ｌ　ＡＣ−ＰＵＢ−４８５８（１９８９年２月
）に記載されている。気体電子なだれスイッチ６０は好
適なスイッチであるが、他のスイッチ（例えば、固体ス
イッチあるいは光電スイッチ）も、たとえそれらの効率
が多少悪くても、同様に可能である。［００２２］図５に示されている気体電子なだれスイッチ６０は、水
晶素子６１を含むブルームライン型パルス形成網であり
、この水晶素子は、ＵＶ光に対して透明でありそして、
例えば３０気圧まで加圧されているガス６２で満たされ
ているキャビティ６３を設けられている。キャビティ６
３は、電荷蓄積プレート即ち蓄積電極３４のほぼ全幅に
亘って延在しており、この蓄積電極の縁部３４ａは、キ
ャビティ６３内に配置されている。伝送線路プレート３
２の造形されている縁部３２ａ特開平４−１２４８９２
　（１Ｇ）は、キャビティ６３内に配置されている一方、プレート
３１は、キヤ“ビテイ６３内へ延出していない。プレー
ト３１の縁部３１ａは、水晶素子６１のスロット６１ａ
内に配置されている。水晶素子６０の一部は、蓄積電極
３４及びプレート３１．３２の間に、並びに直接プレー
ト３１及び３２の間に挿入されている。［００２３］ガス６２の最初のイオン化は、レーザ光によってもたら
され、このレーザ光はキャビティ６３内に向けられてお
り、且つ蓄積電極即ち陽極３４の縁部即ち陽極電極３４
ａの比較的近傍に集中させられている。これは、電子に
、陽極電極３４ａに向けての電子なだれを引き起こさせ
る。イオン化領域は、最初の分布から広がって行く。何
故ならば、電子なだれによって生成された電子は、周囲
のガス６２をイオン化し、そして、電子は、電場の影響
の下に運動するからである。電子なだれの変位電流は、
プレート即ち電極３１．３２を横切るパルスを誘導する
［００２４］電気パルスの極端に短い持続時間のために、ライナック
３０のピーク勾配は、３Ｇｖ／ｍのオーダと非常に高く
、このため、ライナックの長さは、ＩＧｅＶの電子エネ
ルギに対して１メートルのオーダであり得る。ビームの
安定性を維持するのに必要な磁気集束装置（四極以上）
は、図示されていないが、当業者には自明である。［００２５］アンジュレータ４０は、構造的にライナック３０と同様
であり、パルス・パワー技術で作動する。主要な相違は
、アンジュレータ４０の各セクションの端部が、磁場を
最小にすべく短絡させられているということである（ラ
イナック３０の場合には開放されている）。この構造を
裏付ける理論は、以下の通りである。［００２６］負荷Ｒで終端するインピーダンスＺの平行プレート線路
を考慮する。Ｒ，＝　Ｚの場合、パルスは、末端から反
射せず、そして、Ｅ及びＢは、Ｅ／ｃ＝Ｂ（ｃは光速度
）で関係付けられる。［００２７］一般に、最初のパルス及びその反射の重畳に起因するＲ
の値を変化させることにより、（末端からある距離にお
いて）磁場を電場と交換することができる。Ｅ＝Ｅ　　・２Ｒ／　（Ｚ＋Ｒ）及びＢ＝Ｅ、・２Ｚ／ｃ　（Ｚ＋Ｒ）ここで、Ｅ、は、末端前の、波の進行構造と結び付いて
いる電場である。［００２８］上記の２つの式から、Ｒ＝０のとき（末端が短絡されて
いるとき）、磁場は倍になり、電場はゼロになるという
ことが判る。逆に、Ｒ＝（９）のとき（又は、Ｒが線路
特性インピーダンスＺよりもずっと太きいとき）　電場
は倍になり、磁場はゼロになる。Ｒについてのこれらの
２つの極値の間で、ゼロから２Ｂまでの連続的なりの値
の組が、そして、２Ｅからゼロまでの対応する電場の組
が、それぞれ存在する。従って、電場を最大にすべく、
ライナック３０の個々の伝送線路の端部は、開放されて
いる。対照的に、アンジュレータ４０においては、伝送
線路の端部は、磁場を最大にすべく、短絡されている。［００２９］アンジュレータ４０を形成する線路は、加速器の線路と
異なる。何故ならば、アンジュレータによって要求され
る磁場は、その符号を交互に変えるからである。これは
、２つの接地面によって取り巻かれている中央の導体か
らなる構造によって達成される。［００３０１実際、アンジュレータ４０における伝送線路は、完全に
は短絡されておらず、アンジュレータのエネルギ間隙の
横断の間の放射に起因する電子集群のエネルギ損失を補
償するための小さい電場を保持するための小さいインピ
ーダンスを有している。その１Ｊｚさい電場からの付加
されたエネルギは、アンジュレータをテーパ構造にする
ことなく、コヒーレンスに必要な限度内にビームを保つ
。小さい残留電場は、短絡素子の適切な形状により、及
び／又は僅かに抵抗性の材料を末端に使用することによ
り、調節され得る。［００３１］７５開平４−１２４８９２　（１２）加速器３０及びアンジュレータ４０の形状も異なってい
る。図３及、び図６　（加速器の端面図）に示されてい
るように、ライナック３０における加速器伝送線路は、
異なる方向（６０°ずつ離れている）からビームに向か
って収束する。対照的に、図３及び図７（アンジュレー
タにおける２つの隣接する伝送線路の先端部の拡大図）
に示されているように、アンジュレータ４０は、単一の
平面内にのみ横たわっている。［００３２］アンジュレータの一素子の先端部の詳細が、図９（図８
に対して９０°回転させられている）に示されている。矢印を有する線は、磁力線を表している。［００３３］図１０及び図１１は、アンジュレータの一素子の先端部
における電場及び磁場の方向を示す概略図である。図１
０に示されているように、電場Ｅの強度は、構造部材の
端部における短絡回路のために、非常に弱い。本質的に
、２倍の波強度を有する磁場のみが存在する。［００３４］図１２は、アンジュレータ４０における３つの連続的な
伝送線路対を示しており、これらは、図１３に示されて
いるような、磁場についての３つの全周期の合計を与え
る。ずっと多くの構造部材（５０〜１００まで）が、ア
ンジュレータ４０を構成すべく使用される。［００３５］図面は排気される領域を示していないが、自由電子レー
ザのライナック３０及びアンジュレータ４０の両方にお
ける電子の経路は真空の領域を通って延びており、且つ
スイッチ６０も真空中にあるということは、当業者にと
っては明らかであろう。［００３６］アンジュレータ４０の各素子で発生される電場は非常に
短時間（サブ−ナノ秒）の間のみ保持されるので、構造
部材は、永久磁石構造部材から得られ得る強度よりもず
っと大きい強度（２０テスラのオーダ）の磁場を支持す
ることができる。この非常に高い磁場は、アンジュレー
タの構造ががなり短くなり、自由電子し−ザ全体でテー
ブルトップを占有するのみであるという結果をもたらす
。［００３７］次表は、自由電子レーザに関する可能なパラメータの組
を含んでいる。これらの数字は、　゛′テーブルトップ
″短波長自由電子レーザのパラメータの粗い見積りであ
る。［００３８］Ｅｍａｘ　　　　　　　　　　　４　　　　　　３　　
　　　　３　　　Ｇｅｖ／ｍアンジュレータ長　　　２
００　　　２００　　　２００　　　ｃｍレーザ波長　
　　　　　　　２　　　　　２　　　１５０　　　ｎｍ
Ｂ　　　　　　　　　　　　２６　　　　２０　　　　
２０　　　テスラ八　　　　　　　　　　　〇、４　　
　０．８　　　０．８　　　ｍｍパルス長τ　　　　　
　０．２　　　０．５　　　０．５　　　ｐｓ電流密度
（Ｊ）　　　　　　　１．　３　　　　１０　　　５．
　３　　　Ｘｌ０６Ａ／ｃｍ２ア　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　４６０　　　　　　　６５
２　　　　　　　　　　７５Ｅビーム　　　　　　　２
３５　　　３３３　　　　３８　　　ＭｅＶ利得／メー
トル　　　　　　１６　　　　　　８７１１７メ一トル
加速セクシヨン長　　　　２０　　　　　２０　　　　
　２０　　　ｃｍビーム負荷　　　　　　０．８％　　
０．８％　　０．８％壁コンセント電力　　　　　１５
　　　　　１５　　　　　１５　　　ｋＷ（はぼ２０ｐ
ｐｓ）［００３９］この装置に関する実際の繰返し数は、パルス・パワー源
を用いた場合、１００〜２００ｐｐｓのオーダである。もし構造部材が合成パルス法によって駆動されるならば
、より高い繰返し数も可能である。いずれにせよ、パル
ス−パルス安定性は重要である。１％未満のオーダでの
安定性は、通常、巧に設計されたパルス・パワー装置に
よって得られ得るが、本発明の自由電子レーザは、ライ
ナック３０及びアンジュレータ４０におけるＥ及びＢの
（短期間及び長期間に亘る）極端に安定な値（１０００
０分の１のオーダ）を必要とする。［００４０］

【発明の効果】

以上のように、本発明に係る自由電子レーザは、電場を
磁場に変換すべく、１９９０年１月９日こ特許された米
国特許第４，８９３，０８９号に記載されている加速構
造及び１９９０年１月９日こ特許された米国特許第４，
８９３，０８９号と類似の別の構造を、アンジュレータ
として使用する。電場の僅かな部分が残留することを許
容され、これにより、アンジュレータは、電子集群を共
振状態に保ちつつ、放射で失ったエネルギをビームに返
す。パルス・パワーで可能になる高い電場及び磁場のた
め、装置は、他の自由電子レーザと比較して、極めてコ
ンパクトである。

【図面の簡単な説明】

【国司本発明に係る自由電子レーザを示すブロック図である。【図２】本発明に係る自由電子レーザを示す概略図である。

【図３】電子インジェクタとして使用すべく形成されている、ラ
イナックの第１段の概略図である。

【図４】本発明に使用される多素子ライナックの一素子の概略図
である。

【図５】ライナックにパルス・パワーを注入するのに使用される
高速スイッチング装置の概略図である。

【図６】加速器構成部材の端面図である。

【図７】アンジュレータにおける２つの隣接する伝送線路の先端
部の拡大図である。

【図８】本発明で使用されるアンジュレータの一素子の概略図で
ある。

【図９】 −素子の先端部の拡大図である。

【図１０１アンジュレータの一素子の先端部における電場及び磁場
の方向を示す概略図である。【図１１１アンジュレータの一素子の先端部における磁場の方向を
示す概略図である。【図１２】アンジュレータにおける３つの連続的な伝送線路対を示
す図である。

【図１３】磁場についての周期を示す図である。

【符号の説明】

１０　自由電子レーザ２０　インジェクタ２３　高誘電率材料３０　ライナック３３　アパーチャ３４　電荷蓄積プレート３５　スイッチ３６　パワー人力領域３７　加速領域３８　誘電材料３９　加速路４０　アンジュレータ６０　気体電子なだれスイッチ６１　水晶素子６２　ガス６３　キャビティ

【書類名】

【図１】図面［図２】

【図３１【図４】

【図５】

【図６】

【図７１【図８】

【図９】

【図１０１【図１１】

【図１２】

【図１３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自由電子レーザであって、直線状の経路に沿って移動する荷電粒子を放出する第１
の手段と、該荷電粒子を加速領域内で加速する第２の手
段であって、該加速領域において直列に配列される複数
の加速間隙を画成し、各該加速間隙は、該直線状の経路
を横断して配列される一対の離隔した電極によって画定
され、各該電極は、そこを通って該直線状の経路が延在
するところのアパーチャを有しており、該電極は、それ
ぞれの伝送線路によってエネルギ・パルス源に各々接続
されており、離隔した電極の各対用の該伝送線路は、そ
れらの端部において互いに他に対して開放されており、
該荷電粒子は、該荷電粒子が該加速間隙を通過する際、
各該エネルギ・パルスから得られる電場によって発生さ
れる加速力の影響下に置かれる、ものと、該第２の手段の後の該直線状の経路に沿って直列に配列
される複数の対向する磁場を発生する第３の手段であっ
て、該対向する磁場は、該直線状の経路を横断して配列
される離隔した電極のそれぞれの対によって各々生成さ
れ、各該電極は、そこを通って該直線状の経路が延在す
るところのアパーチャを有しており、各該電極は、それ
ぞれの伝送線路によってエネルギ・パルス源に接続され
ており、離隔した電極の各対の該伝送線路は、それらの
端部において互いに他に対して実質的に短絡されており
、該荷電粒子は、該荷電粒子が当該第３の手段を通過す
る際、各該エネルギ・パルスによって発生される該対向
する磁場の影響下に置かれる、ものと、を具備し、加速された上記荷電粒子が、上記対向する磁場の影響下
に置かれた際、実質的にコヒーレントな電磁放射を放出
する、自由電子レーザ。
【請求項２】前記第１の手段が、ラジアル線路変成器を
備えている請求項１記載の自由電子レーザ。
【請求項３】前記第２の手段が、線形加速器からなって
おり、且つ、隣接する前記加速間隙の前記伝送線路の対
が、互いに６０°離れて配列されている請求項１記載の
自由電子レーザ。
【請求項４】前記第３の手段が、アンジュレータからな
っており、該アンジュレータの伝送線路が、単一の平面
内に配列されている請求項１記載の自由電子レーザ。
【請求項５】前記アンジュレータの電極の各対の前記伝
送線路の末端が、小さいインピーダンスを有しており、
もって、前記荷電粒子が該アンジユレータの各対向する
磁場を通過する際、該荷電粒子によって失われるエネル
ギを補償するための電場が発生される請求項４記載の自
由電子レーザ。
【請求項６】前記第２の手段及び前記第３の手段に加え
られる前記エネルギ・パルスが、電子なだれスイッチ装
置によって発生される請求項１記載の自由電子レーザ。