JPH09214070A

JPH09214070A - 狭帯域自由電子レーザ装置

Info

Publication number: JPH09214070A
Application number: JP3443696A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kawai; 正之河合; Minoru Yokoyama; 横山　　稔
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1997-08-15
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3070468B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自由電子レーザ装置において強度の光エネル
ギが存在する共振器内に光学素子を配置せずに長波長の
自由電子レーザの狭帯域化を達成する。【解決手段】所定の周期毎に供給される電子バンチが
通過して光パルスを発生するアンジュレータ２とそのア
ンジュレータを挟んで対向するように配置されて光パル
スを増幅する第１共振器ミラー１１と第２共振器ミラー
１２からなる主共振器１と、主共振器１内の光の一部を
外に取り出す窓を備えた第１共振器ミラー１１と第１共
振器ミラー１１から取り出した光を波長により選択する
波長選択素子４と波長選択された光を第１共振器ミラー
１１を介して主共振器１内に返す全反射ミラー３１とか
ら構成される副共振器１を備え、副共振器３内を往復す
る光の光路長が光パルス周期の整数倍に相当するように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長の連続可変性
に優れる自由電子レーザ装置の帯域幅を狭くする構成に
関する。特に、１０μｍ以上の波長を有する狭帯域な赤
外線レーザを発生することができる自由電子レーザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自由電子レーザは波長が連続的に選択で
きる特徴を有するため、適当な波長のレーザ光を利用し
て行う大気センシングや精密化学反応・同位体分離など
多方面に応用が期待されている。例えば、分子の振動・
回転準位は一般に赤外領域にあり、強力な赤外レーザ光
を照射すると多光子吸収により高い振動励起状態を経て
解離に至る。したがって、対応する波長を有し単色性に
優れたレーザ光を照射することにより、特定の原子・分
子あるいは特定の同位体のみを特定のエネルギ準位に励
起して目的物を分離できる。このようなレーザの選択励
起をウランやシリコンなどの同位体分離に利用すること
が検討されている。また、単色性に優れたレーザ光で分
子を励起すると特定のエネルギ準位に励起して特定の反
応だけを誘起して特定の物質だけを生成させることによ
り精密な化学反応制御を行うことができる。

【０００３】自由電子レーザの適用が期待されているウ
ラン同位体分離は、ＵＦ₆の分子の最も吸収が強く同位
体シフトの大きい１６μｍ付近のν₃振動を利用して選
択励起し、振動励起されたＵＦ₆分子を強力な赤外レー
ザで赤外多光子解離に導くことにより、²³⁵Ｕと²³⁸Ｕに
分離するものである。ウラン同位体分離に用いるレーザ
として、スペクトル幅が両者の同位体シフト（０．６ｃ
ｍ^-1）に比べてかなり狭い狭帯域レーザで、繰り返し速
度が１０ｋHzのオーダーであることが要求される。

【０００４】また、シリコン同位体分離では１０．５μ
ｍ付近の波長を有する単色性の高い赤外線レーザを照射
する必要がある。あるいは大気センシングでは特定の波
長の光を大気中に投射して反射してくる光が光路中でど
のような変化を受けるかを測定することにより大気中の
成分変化等の状況を推定する。ここに自由電子レーザを
使用する場合にもレーザ波長の選択性を向上する必要が
ある。

【０００５】このように、精密な化学反応や同位体分離
など狭帯域の光エネルギを用いる用途への利用を考慮す
ると、スペクトル幅を発振で得られるものより狭くする
必要がある。従来型のレーザ装置では、共振器内にエタ
ロンを挿入したりプリズムやグレーティング等の分散素
子を置いたりして発振線幅を狭帯域化するが、自由電子
レーザでは共振器内の光の強度が非常に高くなる可能性
があることもあって、金属ミラーを組み合わせて干渉計
を構成したり金属グレーティングの使用が試みられてい
る。

【０００６】自由電子レーザにおいても、可視から紫外
にかけての短波長レーザでは、ゲインが十分大きければ
エタロンを用いることができる。図３は自由電子レーザ
装置の共振器内にエタロン板を挿入したレーザ波長の狭
帯域化方式を説明するブロック図である。第１の共振器
ミラー１１１と第２の共振器ミラー１１２からなるファ
ブリ・ペロー共振器１０１の内にアンジュレータ１０２
が据えられている。

【０００７】アンジュレータ１０２は、例えば電子の通
路を挟んで対向する永久磁石列１２１、１２２からなる
ハルバッハ(Halbach)型と呼ばれる平板型アンジュレー
タで、電子の進行方向に交番磁場を形成する。アンジュ
レータ１０２では図外のリニアックから供給される電子
バンチ内の電子が交番磁場により蛇行運動をしてシンク
ロトロン放射光を放射する。光共振器１０１は電子バン
チが放射するシンクロトロン放射光を共振させる間にリ
ニアックから供給される電子バンチと時間的・空間的に
重畳させ相互作用により光を増幅する。

【０００８】光共振器１０１は電磁波を正帰還して増幅
させるとともに発振周波数を決定する機能を持ってい
る。光共振器内で共振する光の周波数は理論的に無限に
存在するが、これらの内、レーザ利得帯域に含まれる周
波数でレーザ発振が得られる。例えば、共振器長を５
ｍ、レーザの発振線幅を１０ＧHzとすると、レーザは数
１０００程度の多縦モードで発振していることになる。

【０００９】そこで、レーザ光のモードを選択してレー
ザ波長のスペクトル幅を狭くするため、エタロン板１０
３を光共振器１０１内の光路中に挿入している。エタロ
ン板１０３は両面が平行な透明板であって、入射した光
の一部が両面間を往復する間に入射する光と相互作用し
て位相を同じくすることによって、同相成分のみを増幅
させてスペクトル幅を狭隘化する効果がある。レーザ共
振器内にエタロンとして１．２ｍｍ厚のガラス板を挿入
し、波長６２５ｎｍにおいて線幅０．００１７ｎｍ（Δ
λ／λ＝２．７×１０^-6）が達成されている。

【００１０】しかし、スペクトル幅についてはフーリエ
限界を考慮しなければならない。すなわち観測しようと
する周波数λの確からしさは観測時間内に波数がいくつ
含まれるかにより決まり、その不確定性関係Δλ／λは
波数ｎの逆数１／ｎ＝λ／ｔｃで与えられる。ここで、
ｃは３×１０⁸ｍ／ｓである。従って、１μｍの波長の
光を１ｎｓ観測したとすれば、Δλ／λ＝３．３×１０
^-6となり可用範囲ということができる。

【００１１】しかし、上の関係からは、１０μｍの波長
の光をΔλ／λ＝１０^-7程度のスペクトル幅で観測した
ければ３３０ｎｓ程度の時間がかかることが分かる。電
子バンチのミクロパルスが１０ｐｓすなわち電子バンチ
長が約３ｍｍのとき、ミクロパルス間で相互干渉させな
がらこの時間観測するとすれば、観測すべき電子バンチ
の個数つまりマクロパルスとしての干渉回数Ｎｒは３３
０ｎｓ／１０ｐｓ＝３．３×１０⁴となる。リニアック
のＲＦ周波数を３ＧHzとすれば１周期時間Ｔは３３０ｐ
ｓであるから、ＲＦ周波数におけるマクロパルスの必要
長さＴＭ＝Ｔ×Ｎｒ＝３３０ｐｓ×３．３×１０⁴＝１
０μｓの条件を満たす電源が必要となる。

【００１２】所定のマクロパルス周期毎に供給される電
子バンチに基づいて発生する、例えばウランの同位体分
離に用いられる波長１６μｍの赤外線自由電子レーザに
ついて、上記のような観測時間条件を共振器中にエタロ
ン板３を挿入することにより満たそうとすれば、エタロ
ン板の厚みは１０ｍｍから１００ｍｍである必要があ
り、実際的でない。

【００１３】ところで、高繰り返し率の電子ビームで運
転されている自由電子レーザ装置で、隣接する光パルス
をカップリングすることができるならば、レーザが励起
する縦モードの数を減少することが可能である。

【００１４】図４はアンジュレータ１０２を内蔵するフ
ァブリ・ペロー共振器１０１に第３のミラー１０４を追
加したマイケルソン干渉計型ミラー配置により、光の干
渉を利用して発振スペクトルを狭帯域化するものであ
る。光共振器１０１にビームスプリッタ１０５を挿入
し、ここで第１共振器ミラー１０１に進む光の一部を偏
向させて第３のミラー１０４に向ける。ビームスプリッ
タ１０５の反射面から第３ミラー１０４まで往復する光
路長を第１共振器ミラー１０１までの往復光路長に対し
てはリニアックのＲＦの１周期に相当する分だけ長くな
るように構成しておく。なお、リニアックのＲＦ周波数
が３ＧＨｚのとき、高周波加速器における１周期に相当
するバンチ間隔は約１０ｃｍである。

【００１５】すると、ビームスプリッタ１０５で偏向し
て第３ミラー１０４で反射し再びビームスプリッタ１０
５に戻ってくる光は、ビームスプリッタ１０５を透過し
て第１共振器ミラー１０１で反射して戻りビームスプリ
ッタ１０５を透過してくる光に対して、リニアックのＲ
Ｆの１周期に相当する分だけ遅延するので、一つ後の電
子バンチで発生した光パルスにカップルする。これによ
り共振器内で独立していた隣り合うパルスの位相がロッ
クされ、従って全ての光パルスがコヒーレントになって
いく。

【００１６】これは基本的に共振器内にフリー・スペク
トラル・レンジがリニアックのＲＦ周波数に等しいエタ
ロンを置いたと同等になり、レーザのモードを制限して
発振線幅を小さくできる。このように、図４のマイケル
ソン干渉計型配置では遅延させた光パルスを増幅部に戻
し、次の増幅の種とすることでアクティブに位相のロッ
クを行っている。光共振器内で往復しながら電子バンチ
からの放射光で増幅されている光パルスの一部を出力カ
プラー１０６により光共振器から取り出してレーザ光と
して使用する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、自由電子レー
ザは従来型のレーザ媒質を用いるレーザに比べて極端に
ゲインが小さい。このため出力カップリングは通常極力
小さく設定する。従って十分なレーザ出力を得ようとす
るとき、共振器内の光強度は非常に大きくなる。例え
ば、ウラン同位体分離で要求されるような１ｋＷの出力
を取り出そうとすれば共振器内の光パワーは１０ＭＷ程
度となる。このように、特に長波長自由電子レーザにお
いては共振器内エネルギが過大であるため共振器内に挿
入できる適当な素子が得られず、素子を収納すると熱に
より直ぐに破損してしまうなどの理由から狭帯域化する
適当な方法は知られていなかった。

【００１８】そこで、本発明が解決しようとする課題
は、連続的に波長可変で狭帯域の自由電子レーザを発生
する狭帯域自由電子レーザ装置を提供することである。
また、上記自由電子レーザ装置において強度の光エネル
ギが存在する共振器内に光学素子を配置せずに長波長自
由電子レーザの狭帯域化を達成することができる構成を
提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、所定の周期毎に供給される電子バンチに基づいてレ
ーザ光を発生する本発明の狭帯域自由電子レーザ装置
は、電子バンチが通過して周期毎に光パルスを発生する
アンジュレータとそのアンジュレータを挟んで対向する
ように配置されて光パルスを増幅する第１と第２の共振
器ミラーとを含む主共振器と、主共振器内の光の一部を
主共振器外に取り出す窓を備えた第１共振器ミラーとそ
の第１共振器ミラーから取り出した光を波長により選択
する波長選択素子と波長選択された光を第１共振器ミラ
ーを介して主共振器内に返す全反射ミラーとから構成さ
れる副共振器を備え、副共振器内を往復する光の光路長
が光パルス周期の整数倍に相当するように構成されてい
る。

【００２０】本発明の狭帯域自由電子レーザ装置は、波
長選択素子としてプリズムとスリットの組み合わせを用
いて、プリズムで波長分離してスリットで波長選択する
ことが好ましい。また、波長選択素子として回折格子を
用いても良い。さらに、本発明の狭帯域自由電子レーザ
装置は、光パルスが１０μｍ以上の赤外線領域の波長を
有するものとすることができる。なお、本発明の狭帯域
自由電子レーザ装置は、ＲＦ電子銃と高周波加速器によ
り周期毎の電子バンチを供給するものであってよい。

【００２１】本発明の狭帯域自由電子レーザ装置によれ
ば、アンジュレータで電子バンチから放射される光を主
共振器の第１と第２の共振器ミラーの間で共振しながら
新たに電子バンチから放射される光エネルギを補填して
増幅すると共に、その光の一部を副共振器に取り出して
波長選択し、選択された光を光パルス周期の整数倍に相
当する遅延を与えて再び主共振器に戻すので、主共振器
内で共振している離散的な光の内、リニアックのＲＦの
整数周期に相当する分だけ後の電子バンチで発生した光
パルスにカップルして位相をロックする。これにより共
振器内で独立していた隣り合うパルスの位相が順次ロッ
クされ、従って全ての光パルスがコヒーレントになっ
て、狭帯域の自由電子レーザ光を得ることができる。

【００２２】また、副共振器は主共振器の外に設けるの
で、波長選択素子等は強力な主共振器内の光エネルギに
曝されることはなく、外部に取り出した極く一部の光エ
ネルギに対して耐性を持てばよい。従って、極めて一般
的に用いられ取り扱いも簡単なプリズムやスリットある
いは回折格子等を利用することにより、装置を容易に構
成することができる。特に、狭帯域で大出力の長波長レ
ーザ光を発生させる目的に合致している。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面に表した実施例によっ
て本発明に係る狭帯域自由電子レーザ装置を詳細に説明
する。図１は、本発明に係る狭帯域自由電子レーザ装置
における共振器の構造を示すブロック図である。

【００２４】図１において、第１の共振器ミラー１１と
第２の共振器ミラー１２からなるファブリ・ペロー共振
器１の内にアンジュレータ２が据えられている。アンジ
ュレータ２は、例えばハルバッハ(Halbach)型と呼ばれ
る平板型アンジュレータで電子の通路を挟んで２枚の対
向する永久磁石列２１、２２からなり、永久磁石列は永
久磁石を９０度ずつ回転させながら並べたような構造を
持っていて、電子の進行方向に交番磁場を形成する。

【００２５】アンジュレータ２には図外のリニアックか
ら電子バンチが３ＧHzなど所定のＲＦ周期で供給されて
いて、電子バンチ内の電子はアンジュレータ２の交番磁
場により蛇行運動をして、電子のエネルギとアンジュレ
ータの磁場周期と周期磁場の強さにより決まる特定の波
長のシンクロトロン放射光を放射する。光共振器１の第
１共振器ミラー１１と第２共振器ミラー１２間の距離Ｌ
はリニアックから供給されるミクロパルスの間隔の整数
倍に対応する値にセットされている。光共振器１は電子
バンチが放射するシンクロトロン放射光を第１共振器ミ
ラー１１と第２共振器ミラー１２間で共振させる間にリ
ニアックから周期的に供給される高速に近い速さで走る
電子と時間的・空間的に重畳させ相互作用により光を増
幅する。

【００２６】光共振器１は電磁波を正帰還して増幅させ
るのみならず発振周波数を決定する機能を持っている。
間隔Ｌで置かれた２枚のミラーからなる共振器で共振す
る光の波長をλとすると光の波数ｋ（＝２π／λ）は、
軸方向に対して正方向と負方向に進む波の電場がミラー
の表面において同時にゼロになることからｋＬ＝ｐπ
（ｐは任意の整数）の関係を有する。媒体中の光速をｃ
とすると共振周波数νはν＝ｐｃ／（２Ｌ）で与えら
れ、整数ｐが１異なる間に含まれうる周波数Δνはｃ／
（２Ｌ）となる。従ってこの条件を満たす共振周波数は
無限に存在することになり、これらの内、レーザ利得帯
域に含まれる周波数でレーザ発振が得られることにな
る。例えば、共振器長を５ｍとし、レーザの発振線幅を
１０ＧＨｚとすると、レーザは数１０００程度の多モー
ドで発振していることになる。

【００２７】光共振器１の第１共振器ミラー１１と第２
共振器ミラー１２は中心に小さなカップリング孔１３、
１４を開けた金属ミラーで、第２共振器ミラー１２のカ
ップリング孔１４から光共振器１内に存在する光の一部
をレーザ光として外部に照射する。

【００２８】出力カップリングとしては、誘電体多層膜
が共振器構成が単純になり透過率は膜の総数を適当に選
ぶことにより正確に制御できるので多用されるが、誘電
体多層膜は反射特性が波長に対して非常に敏感であるた
め自由電子レーザの広帯域にわたる波長可変性という最
大の特徴を生かそうとすると問題がある。

【００２９】これに対して、金属ミラーの一部に小さな
穴を設けて光を取り出すホールカップリングは、誘電体
多層膜ほどの高い反射率は得られず取り出された光が高
次のモードを多く含む問題があるが、非常に広い波長帯
域にわたって使用できまたミラーの冷却も容易であるか
ら、レーザゲインが大きい大出力の長波長域自由電子レ
ーザに適している。このため、本実施例においてもホー
ルカップリング方式を採用したものである。

【００３０】第１共振器ミラー１１の外には第３のミラ
ー３１が設けられていて、第１共振器ミラー１１のカッ
プリング孔１３から取り出されたレーザ光を反射して主
共振器１に戻す副共振器３を形成する。第１共振器ミラ
ー１１と第３ミラー３１の間には波長選択素子４の働き
をするプリズム４１とスリット４２が挿入されている。

【００３１】カップリング孔１３から取り出された多モ
ードのレーザ光はプリズム４１により波長に従って分離
・分散される。スリット４２のスリット位置を調整する
ことにより、分散した光の内の所定の波長の光だけが選
択され、波長選択された狭帯域の光が第３ミラー３１に
投射し反射して、再びスリット４２の開口とプリズム４
１を通る入射と同じ光路を逆進して第１共振器ミラー１
１に戻る。スリット４２の幅をはみ出た選択された波長
以外の光成分は第１共振器ミラー１１に戻ることができ
ないので、主共振器１に戻る光線の単色性は極めて鋭く
なっている。

【００３２】このようにして、主共振器１から一部取り
出して副共振器３で波長選択された光は第１共振器ミラ
ー１１と第３ミラー３１の間ｄを往復する付加的な光路
を走行する。この付加的な光路長２ｄをリニアックから
供給される電子バンチの間隔の整数倍に対応する値にセ
ットすると、狭帯域に選択され主共振器１に戻された光
は自身が分離してきた光ビームと比較して上記整数個だ
け後ろの群の光ビームと合体して、光の位相を同相にロ
ックする。

【００３３】同じ現象が次々に繰り返されるため、主共
振器１内で共振する全ての光パルスが波長選択素子８で
選択された波長を有するコヒーレントな光となる。ま
た、同相にロックされるミクロパルスの観測時間も十分
長いから波長選択性が高く、スペクトル幅は十分狭い。
主共振器１内で共振している狭帯域化した光ビームの一
部が自由電子レーザ光として第２共振器ミラー１２のカ
ップリング孔１４から外部に放射される。

【００３４】本実施例の狭帯域自由電子レーザ装置で
は、副共振器３が主共振器１の外に設けられるので、波
長選択素子４等は強力な主共振器１内の光エネルギに曝
されることはなく、副共振器３内に取り出した極く一部
の光エネルギに対して耐性を持てばよい。従って、吸熱
しやすい赤外線領域において使用するにも拘わらず、特
に耐熱性を上げたものでなくて極めて一般的に用いられ
取り扱いも簡単なプリズムやスリットを利用することが
できる。このため、装置全体を経済的な意味においても
容易に構成することができる。

【００３５】なお、上記実施例では波長選択素子４にプ
リズムとスリットの組み合わせを採用したが、回折格子
を使用することもできることは特に説明の要はないであ
ろう。例えば適当なグルービング間隔を有する金属グレ
ーティングも使用することができる。また副共振器３内
に波長選択素子を挿入せずに、第３ミラー３１をリット
ウ(Littow)マウント・クレーティングに置き換えて、１
次の回折光が入射方向に戻るようにグレーティングをセ
ットすることにより波長選択する方法も選択しうる。さ
らに上記実施例では主共振器１の共振ミラーを小さな穴
を開けた金属ミラーとするホールカップリング方式とし
たが、穴の代わりに小口径のミラーを共振器内に入れて
レーザを取り出すようしてもよく、また誘電体多層膜を
利用することも低出力でよい場合など条件によってはむ
しろ好ましいことがある。

【００３６】図２は、上に説明した共振器構造を使用す
る本発明に係る狭帯域自由電子レーザ装置の構成図であ
る。本実施例の狭帯域自由電子レーザ装置は、共振器構
造に係る部分は上記説明の通りで、図２においても図１
と同じ機能を有する部分は同じ参照番号を用いて説明を
簡略した。図中、５１はＲＦ電子銃、５２は高周波加速
器、５３、５４、５５は偏向器、５６は電子ダンパであ
る。

【００３７】ＲＦ電子銃５１の熱陰極型カソードで発生
する熱電子をＳバンド（３ＧHz)のＲＦ加速空洞で数Ｍ
ｅＶ程度まで初期加速して引き出し、高周波加速器５２
で光速近くまで加速する。高周波加速器５２は導波管の
中にディスクを周期的に並べた高周波キャビティで、ク
ライストロンで発生させてマイクロ波管により供給され
る高周波エネルギの位相速度を電子の速度とシンクロさ
せると、電子は集群して高周波の波長間隔で並んだ電子
バンチになる。マイクロ波の周波数は約３ＧＨｚとす
る。本実施例の高周波加速器５２の出力は、３ｍｍ持続
する高周波によるミクロパルス列がより長い時間幅で距
離にすると１０ｃｍの間隔でマクロパルスとして繰り返
される構造となっている。

【００３８】なお、ＲＦ周波数の電子バンチを発生する
電子銃や加速器は上記に限られない。例えば、電子銃と
しては光陰極を１０ｐｓのパルスレーザで照射してバン
チ化した電子ビームを得る方法も使用することができ
る。また、マイクロ波の周波数も上記に限らず１０ＧHz
など適当な値を用いることができる。さらに、加速器も
誘導線形加速器や電子蓄積リングなど各種のものが使用
できる。

【００３９】高周波加速器５２で光速近くまで加速され
た電子バンチは、永久磁石と調整用の電磁石で構成され
た偏向器５３、５４によりアンジュレータ２に導かれ
る。ＲＦ電子銃５１と高周波加速器５２をアンジュレー
タ２と平行に配置したため、偏向器５４は電子ビームを
偏向器５３で偏向した角度と同じ角度だけ戻るように偏
向する。電子ビームは正確にアンジュレータ２の中心軸
上を走行して、交番磁場により蛇行運動しシンクロトロ
ン放射して、偏向器５５により軸線から偏向し電子ダン
パ５６に排出されてここで水に吸収される。

【００４０】アンジュレータ２で発生するシンクロトロ
ン放射光は第１共振器ミラー１１と第２共振器ミラー１
２間で共振しながら、高周波加速器５２から周期的に供
給される高速に近い速さで走る電子と時間的・空間的に
重畳することにより増幅される。

【００４１】第１共振器ミラー１１の外に設けられた第
３ミラー３１が、第１共振器ミラー１１から取り出され
た一部のレーザ光を反射して主共振器１に戻す間に波長
選択素子４により波長分離・選択が行われ鋭い狭帯域幅
の光となる。主共振器１に戻された光は第１共振器ミラ
ー１１において整数個だけ後ろの群の光ビームと合体し
て、その光の位相を同相にロックする。同じ現象が次々
に繰り返されて、全ての光パルスが波長選択性が高くス
ペクトル幅が十分狭いコヒーレントな光となる。

【００４２】主共振器１内で共振している狭帯域化した
コヒーレントな光ビームの一部が自由電子レーザ光とし
て第２共振器ミラー１２から外部に放射される。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明により、波長
が可変で極めて狭帯域の長波長レーザを発生する自由電
子レーザ装置を提供することができ、自由電子レーザの
波長が連続的に選択できるという特徴を生かして、大気
センシングや精密化学反応・同位体分離など多方面に使
用することができるようになった。特に、赤外領域にお
ける単色性が他の手段と比較して格段に優れているの
で、分子の振動・回転準位を利用したウランやシリコン
などの同位体分離において、精密な化学反応制御を行う
ことができる。

【００４４】また、光エネルギが大きな主共振器内に波
長選択素子を挿入しないで、光エネルギが小さい副共振
器内に光学素子を配置すればよいので、容易に長波長自
由電子レーザの狭帯域化を達成することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る狭帯域自由電子レーザ装置におけ
る共振器の構造を示すブロック図である。

【図２】図１の共振器を用いたことを特徴とする本
発明に係る狭帯域自由電子レーザ装置の構成図である。

【図３】従来のレーザ装置における狭帯域化構造例を示
すブロック図である。

【図４】従来のレーザ装置における狭帯域化構造の別の
例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１主共振器１１第１共振器ミラー１２第２共振器ミラー１３、１４カップリング孔２アンジュレータ２１、２２永久磁石列３副共振器３１第３ミラー４波長選択素子４１プリズム４２スリット５１ＲＦガン５２高周波加速器５３、５４、５５偏向磁石５６電子ダンパ１０１ファブリ・ペロー共振器１１１第１共振器ミラー１１２第２共振器ミラー１０２アンジュレータ１２１、１２２永久磁石列１０３エタロン１０４第３ミラー１０５ビームスプリッタ１０６出力カップラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周期毎に供給される電子バンチに
基づいてレーザ光を発生する自由電子レーザ装置におい
て、該電子バンチが通過して周期毎に光パルスを発生するア
ンジュレータと該アンジュレータを挟み対向して配置さ
れて光パルスを増幅する第１と第２の共振器ミラーとを
含む主共振器と、主共振器内の光の一部を主共振器外に取り出す窓を備え
た前記第１共振器ミラーと該第１共振器ミラーから取り
出した光を波長により選択する波長選択素子と波長選択
された光を前記第１共振器ミラーを介して前記主共振器
内に返す全反射ミラーとから構成される副共振器を備
え、前記副共振器内を往復する光の光路長が前記光パルス周
期の整数倍に相当することを特徴とする狭帯域自由電子
レーザ装置。
【請求項２】請求項１記載の狭帯域自由電子レーザ装
置であって、前記波長選択素子がプリズムとスリットか
らなり、プリズムで波長分離してスリットで波長選択す
ることを特徴とする狭帯域自由電子レーザ装置。
【請求項３】請求項１記載の狭帯域自由電子レーザ装
置であって、前記波長選択素子が回折格子であることを
特徴とする狭帯域自由電子レーザ装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の狭
帯域自由電子レーザ装置であって、前記光パルスが１０
μｍ以上の赤外線領域の波長を有することを特徴とする
狭帯域自由電子レーザ装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の狭
帯域自由電子レーザ装置であって、ＲＦ電子銃と高周波
加速器により前記周期毎の電子バンチを供給することを
特徴とする狭帯域自由電子レーザ装置。