JPH0638546B2 - Light storage ring - Google Patents

Light storage ring

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JPH0638546B2
JPH0638546B2 JP32371688A JP32371688A JPH0638546B2 JP H0638546 B2 JPH0638546 B2 JP H0638546B2 JP 32371688 A JP32371688 A JP 32371688A JP 32371688 A JP32371688 A JP 32371688A JP H0638546 B2 JPH0638546 B2 JP H0638546B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は,シンクロトロン放射光発生装置を使用した光
蓄積リングに関する。
The present invention relates to an optical storage ring using a synchrotron radiation light generator.

[従来の技術] 従来,荷電粒子を所定の曲率を持つ軌道に沿って光速に
近い速度で運動させることにより,軌道の接線方向へシ
ンクロトロン放射光を発生し,軌道の外周を取巻くよう
に配置されてシンクロトロン放射光を反射する反射手段
と,前記反射手段内に蓄積されたシンクロトロン放射光
を出射光として取出すための光取出手段とを有する光蓄
積リングが既に提案されている。(特願昭62−228
543号明細書参照。) [発明が解決しようとする課題] しかしながら,従来の光蓄積リングでは,単にシンクロ
トロン放射光(SOR光)を光蓄積リング内に蓄積して
シンクロトロン放射光(SOR光)を有効に利用してい
るだけであって,蓄積された光を増幅又はレーザー発振
はしない。従って,光取出手段より採取した出射光が、
第4図(a)に示されるように,連続した波長を持ってい
る。
[Prior Art] Conventionally, a charged particle is moved along an orbit having a predetermined curvature at a velocity close to the speed of light to generate synchrotron radiation in the tangential direction of the orbit, and the synchrotron radiation is arranged so as to surround the outer periphery of the orbit. There has already been proposed a light storage ring having a reflection means for reflecting the synchrotron radiation light and a light extraction means for taking out the synchrotron radiation light accumulated in the reflection means as outgoing light. (Japanese Patent Application No. 62-228
See specification No. 543. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional optical storage ring, the synchrotron radiation light (SOR light) is simply stored in the optical storage ring to effectively use the synchrotron radiation light (SOR light). However, the stored light is not amplified or lased. Therefore, the emitted light collected by the light extraction means is
As shown in FIG. 4 (a), it has continuous wavelengths.

本発明の課題は,光蓄積リングに蓄積された光を増幅
し,レーザ発振を起こさせて出射光の強度を飛躍的に増
大させる手段を有する光蓄積リングを提供することにあ
る。この手段により出射光はとりもなおさず,第4図
(b)に模式的に示されるように,特定の波長λを持つ光
が増幅されることが期待される。
An object of the present invention is to provide an optical storage ring having means for amplifying the light stored in the optical storage ring and causing laser oscillation to dramatically increase the intensity of emitted light. By this means, the emitted light is not corrected, and it is shown in FIG.
As shown schematically in (b), it is expected that light with a specific wavelength λ will be amplified.

[課題を解決するための手段] 本発明による光蓄積リングは,荷電粒子を所定の曲率を
持つ軌道に沿って光速に近い速度で運動させることによ
り,軌道の接線方向へシンクロトロン放射光を発生し,
軌道の外周を取巻くように配置されてシンクロトロン放
射光を反射する反射手段と,反射手段内に蓄積されたシ
ンクロトロン放射光を出射光として取出すための光取出
手段とを有する光蓄積リングにおいて,蓄積されたシン
クロトロン放射光と軌道を周回する荷電粒子を特殊な条
件で相互作用させることにより,特定の波長を持った光
を増幅し、レーザ発振を起こさせる発振手段を有する。
[Means for Solving the Problem] The light storage ring according to the present invention generates synchrotron radiation in the tangential direction of an orbit by moving charged particles along an orbit having a predetermined curvature at a velocity close to the speed of light. Then
In a light accumulating ring having a reflecting means arranged to surround the outer circumference of the orbit and reflecting the synchrotron radiation, and a light extracting means for taking out the synchrotron radiation accumulated in the reflecting means as outgoing light, It has an oscillating means that amplifies light having a specific wavelength and causes laser oscillation by interacting the accumulated synchrotron radiation with charged particles that orbit under a special condition.

発振手段の構成要素は蓄積されたシンクロトロン放射光
の特定の波長を選択的に反射する選択手段であってもよ
い。
The component of the oscillation means may be a selection means for selectively reflecting a specific wavelength of the accumulated synchrotron radiation.

この選択手段としては,例えば反射手段の一部または全
部が,回折格子で出来ているものが考えられる。
As the selection means, for example, a part or all of the reflection means may be made of a diffraction grating.

また,発振手段の構成要素として反射手段内にレーザ光
を投入する手段で構成することもできる。
Further, it can be constituted by means for injecting laser light into the reflecting means as a constituent element of the oscillating means.

[実施例1] 第1図を参照して,本発明が適用される光蓄積リング
は,シンクロトロン放射光発生装置,その外周を取巻く
反射鏡2,及び光取出口3を有する。ここでは,荷電粒
子として電子を例にとって説明するが,荷電粒子は陽電
子,イオン等であってもよい。電子のビーム軌道(電子
軌道)1及び反射鏡2は,その曲率中心が等しくなるよ
うに構成されている。
[Embodiment 1] Referring to FIG. 1, a light storage ring to which the present invention is applied has a synchrotron radiation light generation device, a reflecting mirror 2 surrounding the outer periphery thereof, and a light extraction port 3. Here, an electron will be described as an example of the charged particle, but the charged particle may be a positron, an ion, or the like. The electron beam orbit (electron orbit) 1 and the reflecting mirror 2 are configured such that their centers of curvature are the same.

本発明の第1の実施例では,光蓄積リング内に蓄積され
たシンクロトロン放射光ど電子ビームを利用してレーザ
発振させる為に反射鏡2の曲率半径と電子軌道1の曲率
半径とを後述するある特定の値に設定して,且つ,レー
ザ発振を起こさせる為に,回折格子8を反射鏡2の一部
に配置する。
In the first embodiment of the present invention, the radius of curvature of the reflecting mirror 2 and the radius of curvature of the electron orbit 1 will be described later in order to use the synchrotron radiation light and electron beams accumulated in the light accumulating ring for laser oscillation. The diffraction grating 8 is arranged in a part of the reflecting mirror 2 in order to set a certain value and to cause laser oscillation.

反射鏡2の曲率半径は,次のように計算される。電子軌
道1から接線方向に放出された放射光は,電子軌道1と
同心円の反射鏡2により反射され,再び電子軌道1に接
する。光蓄積リングでは,電子はパルス状に群集(バン
チ)化して電子軌道1上を周回している。従って,反射
光が電子と再会して電子からの光の誘導放射を行わせる
には,電子軌道1の曲率半径と反射鏡2の曲率半径との
間には特別な関係が必要である。
The radius of curvature of the reflecting mirror 2 is calculated as follows. The radiant light emitted from the electron orbit 1 in the tangential direction is reflected by the reflecting mirror 2 that is concentric with the electron orbit 1 and contacts the electron orbit 1 again. In the light storage ring, the electrons circulate on the electron orbit 1 in the form of a pulse (bunches). Therefore, a special relationship is required between the radius of curvature of the electron orbit 1 and the radius of curvature of the reflecting mirror 2 in order for the reflected light to re-associate with the electrons to cause stimulated emission of light from the electrons.

ところで,電子のスピードと光のスピードとは,ほぼ等
しいので,光を放出した第1のバンチ6とは別の第2の
バンチ7が電子軌道1上を周回して,その光と再会する
ことが可能でる。
By the way, since the speed of electrons and the speed of light are almost equal, a second bunch 7 other than the first bunch 6 that emitted light orbits the electron orbit 1 and rejoins the light. Is possible.

SOR光が発生した電子軌道1上の発生点Aから,その
SOR光が反射鏡2の反射点Bで反射して,電子軌道1
と接する到達点CまでにSOR光が進む距離を2dとす
る。電子軌道1の曲率中心Oと反射点Bとを結ぶ直線O
Bと,曲率中心Oと発生点Aとを結ぶ直線OAとの夾
角,及び直線OBと曲率中心Oと到達点Cとを結ぶ直線
OCとの夾角を図示の如く,θとする。そして,第1の
バンチ6から発生されたSOR光が反射鏡2で反射して
第2のバンチ7と再会する条件を求める。
From the generation point A on the electron orbit 1 where the SOR light is generated, the SOR light is reflected at the reflection point B of the reflecting mirror 2 and the electron orbit 1
The distance that the SOR light travels up to the arrival point C that contacts with is 2d. A straight line O connecting the center of curvature O of the electron orbit 1 and the reflection point B
The included angle between B and the straight line OA connecting the curvature center O and the generation point A, and the included angle between the straight line OB and the straight line OC connecting the curvature center O and the reaching point C are set to θ as shown in the figure. Then, the condition for the SOR light generated from the first bunch 6 to be reunited with the second bunch 7 after being reflected by the reflecting mirror 2 is obtained.

第1のバンチ6から発生点Aで発生されたSOR光が反
射鏡2の反射点Bで反射し,この反射光は,電子軌道1
と到達点Cで接する。このとき,第2のバンチ7もこの
到達点Cにあれば良い。即ち,この間に、SOR光はそ
の速度をcとして,2dの距離進み,第2のバンチ7は
その速度をvとして,2rθ+nπrだけ進。2d=2
rtanθであるので,光蓄積リングを発振させる条件
は,先ず光と電子が正確な周期で再会することである。
そして,ただ単に,再会させるための条件は次のような
式で表される。
The SOR light generated from the first bunch 6 at the generation point A is reflected at the reflection point B of the reflecting mirror 2, and this reflected light is reflected by the electron orbit 1
And reach at reaching point C. At this time, the second bunch 7 may also be at the reaching point C. That is, during this period, the SOR light travels a distance of 2d with its speed being c, and the second bunch 7 travels by 2rθ + nπr with its speed being v. 2d = 2
Since rtan θ, the condition for oscillating the light storage ring is that light and electrons first meet again at an accurate period.
Then, the condition for reuniting is simply expressed by the following equation.

(2rθ+nπr)/v−(2r tanθ)/c=0…
…(1) ここでは電子軌道1は真円と仮定している。そして,2
つのバンチ(第1のバンチ6及び第2のバンチ7)で運
転しているものとする。n(≧1)は整数でn個後方の
バンチであることを意味する。但し,(1)式では光が反
射によって半波長だけ位相が進行する点については無視
されているし,又,θは後に述べるように厳密には定義
されていない。
(2rθ + nπr) / v− (2r tanθ) / c = 0 ...
(1) Here, electron orbit 1 is assumed to be a perfect circle. And 2
It is assumed that the vehicle is driven by two bunches (first bunch 6 and second bunch 7). n (≧ 1) is an integer and means that it is a bunch that is n behind. However, in Eq. (1), the point where the phase advances by half a wavelength due to reflection is neglected, and θ is not strictly defined as described later.

尚,反射鏡2の半径Rとバンチの軌道1の半径rとの間
には、次のような関係がある。
The following relationship exists between the radius R of the reflecting mirror 2 and the radius r of the bunch trajectory 1.

R=r/cosθ……(2) このようにSOR光がバンチと再会するように運転する
と,非常に強力な短いパルス幅をもつレーザ光を発生さ
せることが期待される。もっと,詳細にのべると,一般
に,SOR光等の光と電子が相互作用すると,光で電子
に吸収されたり,あるいは電子からの光の放出を誘導
し,光は増幅されることが知られている。光が電子に吸
収されるか,増幅されるかは,電子と光の位相に対する
相対的位置関係による。
R = r / cos θ (2) When the SOR light is operated so as to rejoin the bunch in this way, it is expected to generate a very powerful laser light having a short pulse width. More specifically, it is generally known that when light interacts with electrons, such as SOR light, it is absorbed by the light or induces the emission of light from the electron, and the light is amplified. There is. Whether light is absorbed by an electron or amplified depends on the relative positional relationship between the electron and the phase of light.

しかし,上述した光とバンチとの再会条件はレーザ発振
を起こさせるための必要条件であるが,これだけではレ
ーザ発振は起こらない。光蓄積リング内でレーザ発振が
起こるとき,周回中のバンチには発振している光の波長
に対応した電子密度の粗密が形成されなければならな
い。そして逆に成長したレーザ光により電子密度の粗密
が形成され,そして継続しなければレーザ発振は起こら
ない。ところが,電子密度の粗密は特定の波長に対して
形成されるものであり,色々な波長の光がバンチと相互
作用したのでは特定の電子密度の粗密は形成されない。
つまり,上述の(1)式からはこの光の波長は特定されな
い。そして,どのような波長でも(1)式を満足すること
になる。さらには,バンチと発振光との間の位相関係が
いつでも一定でなければ,電子の粗密を維持することは
出来ない。
However, the above-mentioned re-meeting condition between the light and the bunch is a necessary condition for causing laser oscillation, but this alone does not cause laser oscillation. When laser oscillation occurs in the optical storage ring, the bunch in the orbit must have electron density corresponding to the wavelength of the oscillating light. On the contrary, the grown laser beam forms electron density, and if it is not continued, laser oscillation does not occur. However, the density of the electron density is formed for a specific wavelength, and the density of the specific electron density is not formed when light of various wavelengths interacts with the bunch.
In other words, the wavelength of this light is not specified by the above equation (1). Then, at any wavelength, Eq. (1) is satisfied. Furthermore, the density of electrons cannot be maintained unless the phase relationship between the bunch and the oscillating light is always constant.

電子と光が再会して特定の波長の光が加速又は減速位相
を維持するためには,この粗密の位相と光の位相が毎回
一致することが必要である。
In order for electrons and light to re-associate and light of a specific wavelength to maintain the acceleration or deceleration phase, it is necessary that the phase of this density and the phase of light match each time.

次に第3図を参照しながら説明する。Next, description will be given with reference to FIG.

第3図は光の経路をz軸にとった時に光から見て電子が
どのように接近するかを示した図である。自然放出光
(SOR光)は第3図の電子の半径rの軌道1のピーク
から出て次にそのピークで電子と再会する。しかし,そ
の接点で光と電子とが相互作用するときには,光の作る
電場は電子の進行方向に対して直角であるために光の作
る電場により電子は作用を受けない。従って,この場合
には電子は減速も加速も受けないことになる。ところ
が,電子と光が角度をもって再会するときには,光の作
る電場は電子の進行方向の成分を持つ為に電子は減速又
は加速を受ける。電子から光の誘導放出が起こるのは,
とりもなおさず電子が減速を受ける時である。従って,
光の誘導放出が繰返し起こり,レーザ発振が起きる条件
は,光が第3図の内側の軌道z′を通って電子と相互作
用する時である。即ち,レーザ発振している状態では,
光の電子の半径rの軌道1の少し内側の経路を通ってい
る。ところで,レーザ光はz′軌道を通るので,(1)式
に示される再会条件は,その分,変更されることはいう
までもない。
FIG. 3 is a diagram showing how electrons approach when viewed from the light when the light path is taken along the z axis. Spontaneous emission light (SOR light) emerges from the peak of the orbit 1 of the radius r of the electron in FIG. 3 and then rejoins the electron at that peak. However, when the light and the electron interact at the contact point, the electric field created by the light is perpendicular to the traveling direction of the electron, so the electron is not affected by the electric field created by the light. Therefore, in this case, the electrons are neither decelerated nor accelerated. However, when the electron and the light meet again at an angle, the electric field created by the light has a component in the traveling direction of the electron, so that the electron is decelerated or accelerated. The stimulated emission of light from electrons occurs
It's time for the electrons to slow down. Therefore,
The condition under which stimulated emission of light repeatedly occurs and lasing occurs is when light interacts with electrons through the inner orbit z'in FIG. That is, in the state of laser oscillation,
It goes through a path slightly inside the orbit 1 of the radius r of the light electron. By the way, since the laser beam passes through the z'orbit, it goes without saying that the reassociation condition shown in the equation (1) is changed accordingly.

ところで,もし第3図の第1象限で光と電子とが減速位
相にあって,そのまま同じ位相で第2象限に入ったとす
ると,第2象限では電子の進行方向のz軸方向と直交す
るx成分の方向が逆転するために加速位相に変わる。即
ち,象限が変化する間,もっと厳密にいえば,第1象限
で光と電子とが交差した点から第2象限で光と電子とが
交差する点までに,光の位相と電子の粗密の位相とが半
波長ずれるならば減速位相が続くことになる。減速位相
が続くことがレーザ発振が起きる条件である。
By the way, if light and electrons are in the deceleration phase in the first quadrant of FIG. 3 and enter the second quadrant at the same phase, in the second quadrant, x which is orthogonal to the z-axis direction of the traveling direction of the electron is assumed. It changes to the acceleration phase because the direction of the component is reversed. That is, during the change of the quadrant, more strictly speaking, from the point where the light and the electron intersect in the first quadrant to the point where the light and the electron intersect in the second quadrant, the phase of the light and the density of the electron If the phase shifts by half a wavelength, the deceleration phase will continue. The condition for the laser oscillation to occur is that the deceleration phase continues.

しかしながら,実際には,第1象限から第2象限に進む
間に光の位相と電子の粗密の位相とが半波長ずれる様な
条件を満足する波長をもった光はいくつも存在する。と
りわけ,z′軸軌道は任意に引くことができるので,そ
の意味においても光の波長は決定されない。
However, in reality, there are many lights having wavelengths that satisfy the condition that the phase of light and the phase of density of electrons deviate from each other by half a wavelength while proceeding from the first quadrant to the second quadrant. In particular, since the z'axis orbit can be arbitrarily drawn, the wavelength of light is not determined in that sense either.

レーザ発振を起こさせるためには,特定の波長を選択し
て,前述したようにバンチに粗密を形成する必要があ
る。レーザ発振が起こったとき,その時の波長をλとし
て次式を満足する必要がある。
In order to cause the laser oscillation, it is necessary to select a specific wavelength and form the sparse and dense bunches as described above. When laser oscillation occurs, it is necessary to satisfy the following equation, where λ is the wavelength at that time.

L×(c−v)/v=λ/2 (3) ここで,Lは光が半径rのバンチの円周軌道の内部を通
過する経路の長さ,vは電子の軸方向の平均速度であ
る。
L × (c−v 2 ) / v z = λ / 2 (3) where L is the length of the path through which the light passes inside the circumferential orbit of the bunch with radius r, and v z is the axial direction of the electron. Is the average speed of.

なお,さらに厳密に述べるならば,電子から光の誘導放
出が起こるとき,光は電子の反跳により幾分波長が長く
なるので(3)式はその分考慮されなければならない。例
えば,電子技術総合研究所調査報告(昭和54年5月電
子技術総合研究所発行)P.29に挙げられた(7.1)式
を用いればよい。
In more precise terms, when stimulated emission of light from an electron occurs, light has a somewhat longer wavelength due to recoil of the electron, so Eq. (3) must be considered accordingly. For example, the research report of Electronic Technology Research Institute (published by Electronic Technology Research Institute in May, 1979) The equation (7.1) listed in 29 may be used.

ところで,レーザ発振している時には特定の波長になっ
ていなければならないが,(3)式のLはz′軸軌道を変
えることにより色々な値をとりうるので,この式からは
発振波長は一意的には決定されない。通常,アンジュレ
ータを用いた自由電子レーザでは,交互に極性の変わる
磁場の周期によって発振波長は一意的に決定されるが,
光蓄積リングによる発振では,極性の異なる磁場を使用
しないために,光の波長は決定されない。
By the way, when the laser is oscillating, it must have a specific wavelength, but since L in equation (3) can take various values by changing the z'axis orbit, the oscillation wavelength is unique from this equation. Is not decided. Normally, in a free electron laser using an undulator, the oscillation wavelength is uniquely determined by the period of the magnetic field whose polarity alternates,
In oscillation by the light storage ring, the wavelength of light is not determined because magnetic fields with different polarities are not used.

先に述べたように,光蓄積リングを用いてレーザ発振を
起こさせるためにはなるべくスペクトラムの幅の狭い光
を選択する機構が必要である。このための一つの方法と
して,第1の実施例では上述したように,回折格子8を
反射鏡2の一部に配置した。回折格子8は,特定の波長
のみを選択的に予め定められた方向へ反射することが知
られている。この回折格子8で選択された特定の波長の
光を種にして光蓄積リング内でレーザ発振を起こさせる
ことができる。尚,この予め定められた方向は,電子軌
道1と接する方向,詳細には,電子軌道1より少し内側
の軌道と接する方向であるのは言うまでもない。また,
この予め定められた方向が,上記光取出口3方向の接続
方向と一致しないように回折格子8は配置される。なぜ
なら,このように,配置すると,回折格子8で選択され
た特定の波長の光が光蓄積リング内で増幅されないから
である。このように,回折格子8は,特定の波長を選択
する役割を果たしている。
As mentioned above, in order to use the optical storage ring to cause laser oscillation, a mechanism for selecting light with a spectrum as narrow as possible is required. As one method for this, in the first embodiment, the diffraction grating 8 is arranged in a part of the reflecting mirror 2 as described above. It is known that the diffraction grating 8 selectively reflects only a specific wavelength in a predetermined direction. It is possible to cause laser oscillation in the light storage ring by using light having a specific wavelength selected by the diffraction grating 8 as a seed. It is needless to say that the predetermined direction is a direction in contact with the electron orbit 1, specifically, a direction in contact with an orbit slightly inside the electron orbit 1. Also,
The diffraction grating 8 is arranged so that the predetermined direction does not coincide with the connection direction of the light extraction port 3 direction. This is because, when arranged in this way, the light of the specific wavelength selected by the diffraction grating 8 is not amplified in the light storage ring. In this way, the diffraction grating 8 plays a role of selecting a specific wavelength.

尚,反射鏡2の全部を回折格子8に置換えてもよい。The entire reflecting mirror 2 may be replaced with the diffraction grating 8.

さて,以上のように発振波長が予め決められ,その光路
が決定されて誘導放出が始まるが発振を成長させるため
には,光路の違いに従って(1)式は厳密にいうと修正が
必要である。
Now, as described above, the oscillation wavelength is determined in advance, the optical path is determined, and stimulated emission starts, but in order to grow oscillation, Eq. (1) needs to be modified, strictly speaking, according to the difference in the optical path. .

第5図を参照して,発振しているレーザ光の光路をe,
これに対して自然放射光の光路をf,fに対してeのな
す角を+αとする。光は−αにも放出されるのだが,こ
の光の軌道をgとする。尚,αは数mrad程度の大きさで
ある。電子軌道1の半径rに対して,±αの方向に放出
される光はいずれも半径qの円9に外接している。rと
qの関係は次の式で示される。
Referring to FIG. 5, the optical path of the oscillating laser light is e,
On the other hand, let f be the optical path of the spontaneous emission light and + α be the angle formed by e with respect to f. Light is emitted to -α, but the orbit of this light is g. Note that α is about several mrad. Light emitted in the directions of ± α with respect to the radius r of the electron orbit 1 is circumscribed on a circle 9 having a radius q. The relationship between r and q is shown by the following equation.

q=r*cos(α) (4) 次に,e,f,gの光が第1のバンチから放出される点
をA,eの光が反射する点をB,そしてeが電子軌道に
接する点をCとする。gの光はDで反射されるが同じく
Cで電子軌道に接することは幾何学的に明らかである。
しかし自然放射光の光路fは異なる点C′で電子軌道1
に接する。なお,レーザ光の光路eがA点及び次に電子
軌道を横切るE点で光の誘導放出を行うことは先に述べ
た通りである。この光路eのレーザ光がC点で第2のバ
ンチと正しい位相で交わることが発振を継続する条件で
あるが,それは次のような式となる。
q = r * cos (α) (4) Next, the point where the light of e, f, g is emitted from the first bunch is A, the point where the light of e is reflected is B, and e is in the electron orbit. Let C be the point of contact. It is geometrically clear that the light of g is reflected by D, but also contacts the electron orbit at C.
However, the path f of the natural synchrotron radiation is different at the point C ', the electron orbit 1
Touch. As described above, the stimulated emission of light is performed at the optical path e of the laser light at the point A and then at the point E crossing the electron orbit. It is a condition for continuing the oscillation that the laser light on the optical path e intersects with the second bunch at the point C at the correct phase, which is expressed by the following equation.

先ず,円9が光路eのレーザ光と接する点をF及びGと
してOFとOGのなす角を2ψとする。この場合,A点
と点対称の位置にある第2のバンチがC点に来るのに要
する時間T1は電子の速度をvとして, T1=(2ψr+nπr)/v (5) 次に,光がABCを進むのに要する時間T2は光速度を
cとして, T2=2*q*tan(ψ)/c (6) このT1とT2との時間差が発振している光の波長λに
対して正しい位相差に対応させるためには, |T1−T2|=±μλ/c (7) と成ることである。ここでμは反射鏡2による反射のた
めに位相がμλだけずれたことを補正するためのもので
ある。さてここで注目すべきことは,光路gを通る光も
C点で電子と交差するが,光路長は光路eのレーザ光の
場合と同じになるので,やはり同じ位相で交わるという
ことである。即ち,光路gを通る光も実は発振光とな
り,従って本発明によれば非常に良くレーザ発振を行わ
せることができると考えられる。
First, let F and G be the points where the circle 9 is in contact with the laser light on the optical path e, and let the angle between OF and OG be 2ψ. In this case, T1 = (2ψr + nπr) / v (5) is the time required for the second bunch located at the point symmetry with point A to come to point C, where v is the velocity of the electron. T2 = 2 * q * tan (ψ) / c (6) This time difference between T1 and T2 is correct for the wavelength λ of the oscillating light, where T2 is the speed of light. In order to deal with the phase difference, | T1−T2 | = ± μλ / c (7). Here, μ is for correcting that the phase is shifted by μλ due to reflection by the reflecting mirror 2. What should be noted here is that the light passing through the optical path g also intersects with the electron at the point C, but since the optical path length is the same as that of the laser light on the optical path e, they also intersect at the same phase. That is, it is considered that the light passing through the optical path g is actually oscillated light, and therefore, according to the present invention, laser oscillation can be performed very well.

[実施例2] 第2図は本発明の第2の実施例による光蓄積リングの原
理を説明するための概略平面図である。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the principle of an optical storage ring according to a second embodiment of the present invention.

第2図の実施例では,上述した第1の実施例のように反
射鏡2の一部に回折格子8を配置しないで,レーザ装置
5から特定の波長を持ったレーザ光を投入するためのレ
ーザ投入口4を反射鏡2に設けて,電子軌道1(もっと
正確には,電子軌道1よりも少し内側の軌道)の接線方
向に沿ってレーザ光を投入するが,それ以外は第1の実
施例と同様である。この投入されたレーザ光を核にして
光蓄積リング内でレーザ発振を起こさせることができ
る。
In the embodiment shown in FIG. 2, the diffraction grating 8 is not arranged in a part of the reflecting mirror 2 as in the first embodiment described above, but a laser beam having a specific wavelength is input from the laser device 5. The laser input port 4 is provided in the reflecting mirror 2 to input the laser light along the tangential direction of the electron orbit 1 (more accurately, an orbit slightly inside the electron orbit 1), but otherwise the first It is similar to the embodiment. It is possible to cause laser oscillation in the light storage ring by using the injected laser light as a nucleus.

光蓄積リングを以上のように構成し,第1図及び第2図
に示されるように反射手段の一部又は全部を回折格子に
置換えるか,若しくは,反射手段内にレーザ光を投入す
ることにより,特定の波長の光を選択するならば,その
波長に対応した粗密がバンチに構成され,バンチの粗密
の位相と光の位相とは第3図の電子軌道1のピークを越
える時に半波長ずれる様に構成されているので,減速位
相が継続し光の増幅が起こることになる。即ち,レーザ
発振させられることがわかる。そして,さらには,この
様な条件は光蓄積リング上どこでも成立することであ
る。第1図及び第2図のように,電子軌道1上の2点
a,bより出た光は異なる時刻に出て同一時間を経過し
て,異なる時刻に同一のバンチと再会する。点a′で再
会したのち,点b′で他の光が再会するまでに時間経過
があり,点b′では光と電子とは再び同じ位相条件にな
ることができる。こうして,反射手段の一部又は全部を
回折格子に置換えるか,若しくは,反射手段にレーザ光
を投入すると,光蓄積リング内に蓄積されたSOR光は
全てコヒーレントなレーザ光に変換されると考えられ
る。そして,このレーザ光は,光取出口3より連続的に
放出されることになる。
The light storage ring is constructed as described above, and a part or all of the reflecting means is replaced with a diffraction grating as shown in FIGS. 1 and 2, or laser light is injected into the reflecting means. Therefore, if a light of a specific wavelength is selected, the bunch has a density corresponding to that wavelength. The phase of the bunch density and the phase of the light are half wavelength when the peak of the electron orbit 1 in FIG. 3 is exceeded. Since it is configured to shift, the deceleration phase continues and light amplification occurs. That is, it can be seen that laser oscillation can be performed. And further, such a condition must be met anywhere on the light storage ring. As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitted from the two points a and b on the electron orbit 1 emerges at different times, passes the same time, and rejoins the same bunch at different times. After reuniting at the point a ', there is a lapse of time until another light reunites at the point b', and at the point b ', the light and the electron can have the same phase condition again. In this way, if some or all of the reflecting means is replaced with a diffraction grating, or if laser light is input to the reflecting means, it is considered that all SOR light accumulated in the light accumulating ring is converted into coherent laser light. To be Then, this laser light is continuously emitted from the light outlet 3.

[発明の効果] 以上の説明で明らかなように,本発明によれば,荷電粒
子の所定の曲率をもつ軌道の外周を取巻くように配置さ
れているSOR光反射手段の一部又は全部を回折格子に
置換えるか,若しくは,反射手段にレーザ光を投入する
為のレーザ投入口を設けてレーザ光投入口からレーザ光
を投入することにより,光蓄積リング内でレーザ発振を
起こさせることができるという効果がある。従って,光
蓄積リングからの出射光の内,特定の波長を持った光が
増大し単色になるという効果がある。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, a part or all of the SOR light reflecting means arranged so as to surround the outer periphery of the trajectory of charged particles having a predetermined curvature is diffracted. It is possible to cause laser oscillation in the optical storage ring by replacing with a grating or by providing a laser input port for inputting laser light to the reflecting means and inputting laser light from the laser light input port. There is an effect. Therefore, there is an effect that, of the light emitted from the light storage ring, the light having a specific wavelength increases and becomes monochromatic.

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

第1図は本発明の第1の実施例による光蓄積リングの原
理を説明するための概略平面図,第2図は本発明の第2
の実施例による光蓄積リングの原理を説明するための概
略平面図,第3図は本発明の光蓄積リングが発振すると
きの条件を説明するための図,第4図は従来及び本発明
による出射光の波長と強度との関係を示す図,第5図は
本発明で光路の相違を有する場合の説明図である。 1……電子ビームの円周軌道,2……反射鏡,3……光
取出口,4……レーザ投入口,5……レーザ装置,6…
…第1のバンチ,7……第2のバンチ,8……回折格
子,9……円。
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the principle of the light storage ring according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a second plan view of the present invention.
3 is a schematic plan view for explaining the principle of the light storage ring according to the embodiment of the present invention, FIG. 3 is a view for explaining the conditions when the light storage ring of the present invention oscillates, and FIG. 4 is for the conventional and the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the wavelength and the intensity of emitted light, and FIG. 5 is an explanatory diagram in the case where the present invention has a different optical path. 1 ... Circular orbit of electron beam, 2 ... Reflector, 3 ... Light extraction port, 4 ... Laser input port, 5 ... Laser device, 6 ...
… First bunch, 7 …… Second bunch, 8 …… Diffraction grating, 9 …… Circle.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】荷電粒子を所定の曲率を持つ軌道に沿って
光速に近い速度で運動させることにより,前記軌道の接
線方向へシンクロトロン放射光を発生し,前記軌道の外
周を取巻くように配置されて前記シンクロトロン放射光
を反射する反射手段と,前記反射手段内に蓄積されたシ
ンクロトロン放射光を出射光として取出すための光取出
手段とを有する光蓄積リングにおいて,蓄積されたシン
クロトロン放射光と前記軌道を周回する荷電粒子を相互
作用させることにより,特定の波長を持った光を増幅さ
せてレーザ発振を起こさせる発振手段を有することを特
徴とする光蓄積リング。
1. A synchrotron radiation beam is generated in the tangential direction of the orbit by moving a charged particle along an orbit having a predetermined curvature at a velocity close to the speed of light, and is arranged so as to surround the outer periphery of the orbit. Accumulated synchrotron radiation in a light storage ring having reflection means for reflecting the synchrotron radiation light and light extraction means for taking out the synchrotron radiation light accumulated in the reflection means as outgoing light. An optical storage ring comprising an oscillating means that amplifies light having a specific wavelength to cause laser oscillation by interacting light with charged particles that orbit the orbit.
【請求項2】前記発振手段の構成要素が前記蓄積された
シンクロトロン放射光の特定の波長を選択的に反射する
選択手段である請求項1記載の光蓄積リング。
2. The light storage ring according to claim 1, wherein the component of the oscillation means is a selection means for selectively reflecting a specific wavelength of the stored synchrotron radiation.
【請求項3】前記選択手段として前記反射手段の一部ま
たは全部が,回折格子で出来ている請求項2記載の光蓄
積リング。
3. The light storage ring according to claim 2, wherein a part or all of the reflecting means as the selecting means is made of a diffraction grating.
【請求項4】前記発振手段の構成要素が前記反射手段内
にレーザ光を投入する手段である請求項1記載の光蓄積
リング。
4. The light storage ring according to claim 1, wherein the constituent element of the oscillating means is means for introducing laser light into the reflecting means.
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