JPH0963797A - 放射光発生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自由レーザー（ＦＥＬ）により電子ビームと
複数回衝突してその相互作用により高効率にγ線、Ｘ線
それ以下の極短波長の放射光を得る。 【解決手段】 加速器２で光速に近い速度に加速した電
子ビームをウィグラ６の周期磁場に導入して相互作用に
より発生する放射光を光共振器の反射ミラー５と９の間
で増幅発振させて自由電子レーザー（ＦＥＬ）光を得、
その光共振器の反射ミラー５〜９間の経路内に電子蓄積
リング１０の電子ビームを導いてＦＥＬ光と衝突させそ
の相互作用によりγ線、Ｘ線、それ以下の極短波長の放
射光を高効率に発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザー光に電
子ビームを衝突させコンプトン（トムソン）散乱による
極短波長の放射光を発生させる方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー光に電子ビームを衝突させコン
プトン散乱によりＸ線を発生させる装置が米国特許第４
５９８４２５号明細書により公知である。この発生装置
は、レーザー発振器の２つの反射ミラー間にレーザーを
挿置し、加速器により電子を加速して周回軌道上を周回
させ反射ミラー間を往復するレーザー光と衝突させてコ
ンプトン散乱により狭帯域のＸ線を発生する。

【０００３】上記Ｘ線発生装置は、放射されるＸ線やγ
線のスペクトルが狭くモノクロであり、かつ放射方向が
前方の１／γ（γは電子ビームのローレンツ因子）の立
体角に集中するという特徴を有する。

【０００４】しかし、この方式のＸ線発生装置は、電子
と光子の衝突断面積が極めて小さく線量を大きくできな
い。そこで、上記Ｘ線発生装置の方式を改善する試みと
して本願発明者は、先に超高反射率ミラーを用いた光共
振器（スーパーキャビィティ）に電子ビームを導入して
Ｘ線又はγ線を発生させる方法及び装置を特開平７−１
１０４００号公報により提案した。

【０００５】上記公報によるＸ線又はγ線の発生方法
は、上記スーパーキャビィティ内に外部レーザー装置か
らレーザー光を送り込んでレーザー光を蓄積し、この蓄
積されたレーザー光が反射ミラーと往復する経路の収束
焦点付近で交叉するように電子ビームをスーパーキャビ
ィティに設けた通過孔から導入してレーザー光と衝突さ
せ強力なＸ線又はγ線を発生するというものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した米
国特許のような一般的なレーザー装置の発振器内で電子
ビームとレーザー光との相互作用によりＸ線を発生させ
る方式の場合は、発振器内のレーザーパワーをレーザー
媒質の損傷閾値以上に上げることはできない。この損傷
閾値は、一般に比較的低く、これが実質的なレーザーパ
ワーの蓄積の増大を制限している。

【０００７】先の本発明者によるＸ線又はγ線の発生方
法は、超高反射率ミラーによるファブリペロー方式の光
共振器を用いており上述したような制限を受けないため
上記方式のものよりはるかに高いパワの蓄積ができ、Ｘ
線又はγ線を高効率に発生するものである。しかし、パ
ルスレーザー光を蓄積するにはモード整合が困難であ
り、レーザー光導入効率が低く、加速器との同期に特殊
技術が必要である。

【０００８】この発明は、上述した従来のＸ線やγ線な
ど極短波長の放射光の発生装置の現状に留意して、レー
ザー媒質を有しない自由電子レーザー形のレーザー光発
生部で発生したレーザー光を重畳蓄積してこれに高輝度
電子ビームを相互作用させてコンプトン散乱による極短
波長の放射光を高効率で発生する方法及び装置を提供す
ることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決する手段として、加速器で光速近くの相対論的速度
に加速した電子ビームを周期磁場発生手段内に導き、周
期磁場との相互作用で発生した放射光を光共振器内に蓄
積し、蓄積された放射光の往復経路又は周回経路の一部
と交叉する経路を移動経路の一部とする電子ビームをも
う１つの加速器で光速近くの相対論的速度に加速してこ
れを上記交叉経路へ導き、上記２つの加速器を同期させ
た状態で上記放射光と交叉経路を相互作用域として衝突
させ極短波長の放射光を発生させることから成る放射光
発生方法としたのである。

【００１０】上記放射光発生方法は、同じ課題を解決す
る手段としての以下のいずれかの放射光発生装置におい
て実施される。即ち第２の発明は、光共振器の対向する
反射ミラー間にレーザー光発生部と放射光発生部を設
け、レーザー光発生部は電子ビームを加速する加速器
と、この加速器で光速に近い速度に加速された電子ビー
ムを導入して周期磁場との相互作用によりコヒーレント
放射光を発生する周期磁場発生手段とから成り、放射光
発生部は第２の加速器と、この加速器で高速に近い速度
に加速された電子ビームを、光共振器の反射ミラー間で
上記コヒーレント放射光を増幅発振する経路に交差する
ように導入する手段とから成り、第２の加速器を第１の
加速器に周期駆動してコヒーレント放射光が増幅発振し
たレーザー光との相互作用により極短波長の放射光を発
生するように構成した放射光発生装置としたのである。

【００１１】この放射光発生装置では、レーザー光発生
部に電子ビームを導入すると一般的な自由電子レーザー
（ＦＥＬという）と同様にコヒーレント放射光を光共振
器内で反射往復させて重畳しＦＥＬ光を発振させて蓄積
する。この蓄積される放射光は蓄積により後続電子ビー
ムとの相互作用で誘導放射に至り、これがＦＥＬのレー
ザー光として蓄えられるのである。

【００１２】この蓄積されたＦＥＬ光は、固定、気体、
半導体をレーザー媒質とするレーザー装置のレーザー光
とは桁違いに大きなエネルギのレーザー光であり、レー
ザー媒質がないためレーザー媒質によるレーザー損傷閾
値の制限がなく、又波長を可変とする方式のレーザー光
であるから最終的に得ようとする極短波長の放射光の波
長に対応して予め所望のＦＥＬレーザー光として調整し
ておくことができる。

【００１３】このようなＦＥＬ光に対してこのＦＥＬ光
の反射往復経路の途中に放射光発生部が設けられてい
る。この放射光発生部では上記レーザー光発生部の加速
器とは独立の第２の加速器で加速された上記電子ビーム
とは別の電子ビームをＦＥＬ光と衝突させその相互作用
により極短波長の放射光、例えばＸ線やγ線又はそれ以
下の波長の放射光を発生させる。

【００１４】この放射光の発生はコンプトン散乱に基づ
いて生じるが、この放射光を得る場合ＦＥＬ光と電子ビ
ームを衝突させるだけでなく電子ビームの加速器での加
速動作、タイミングを調整して加速器同士の同期を図り
ＦＥＬ光とモード整合結合された状態で電子ビームを送
り込むことにより高効率に放射光を得ることができる。

【００１５】なお、光共振器は反射率が５Ｎ（９９．９
９９％）を超える高反射率のもので、かつ吸収率も極め
て低い（ｐｐｍ）反射ミラーが使用される。

【００１６】第３の発明は、第２の発明の反射光発生装
置における前記対向する反射ミラーの片側を多重反射ミ
ラーとした。このような多重反射ミラーでは反射ラミー
間に強大な光エネルギのＦＥＬ光が蓄積され、これに電
子ビームを導入するとさらに高効率、高出力の放射光が
得られる。

【００１７】第４の発明の放射光発生装置とその構成が
異なっているが、放射光発生部でこの発明部を通過する
ＦＥＬ光と電子ビームが衝突しその相互作用により放射
光が得られることについては第２の発明と同様である。
この発明ではさらに、電子ビームとＦＥＬ光はＦＥＬ光
が回転又は反射により伝送される各周期的な移動毎に複
数回衝突が起こり、その都度相互作用によって放射光が
発生するから、これら放射光が重畳されてさらに強力な
Ｘ線、γ線又はそれ以下の放射線が得られる。又、光と
電子ビームの衝突角度は任意に調整できることも特長で
ある。

【００１８】第５の発明の放射光発生装置は、以上の各
装置とは基本的に構成が異なり、光共振器の対向する反
射ミラー間にレーザー光発生部と放射光発生部を設け、
レーザー光発生部は電子ビームを加速する加速器と、こ
の加速器で光速に近い速度に加速された電子ビームを導
入して周期磁場との相互作用によりコヒーレント放射光
を発生する周期磁場発生手段とから成り、放射光発生部
は電磁波蓄積空洞部から成り、上記電子ビームが上記空
洞部に蓄積されたコヒーレント放射光の電磁波とさらに
相互作用し異なる波長の放射光を発生するように構成し
て成る放射光発生装置としている。

【００１９】この装置では加速器はレーザー光発生部と
放射光発生部に兼用されており、従って電子ビームも両
発生部で共用される。この放射光発生装置で生じる放射
光は上述した他の形成の発生装置からの放射光よりやや
長波長寄りで、軟Ｘ線から紫外線領域のものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態の放
射光発生装置の概略図である。この放射光発生装置は、
レーザー光発生部Ａと放射光発生部Ｂとから成り、それ
ぞれの主要部は反射ミラー５、９から成る光共振器の間
に設けられている。

【００２１】レーザー光発生部Ａは入射器１から発射さ
れた電子ビームを加速器２により光速に近い速度に加速
し、偏光電磁石３、４により軌道を曲げて周期磁場発生
手段であるウィグラ６内へ導入し、そこで周期磁場との
相互作用により放射光を発生する。

【００２２】上記電子ビームは放射光とほぼ平行に進み
相互作用を終了した後もう１つの偏向電磁石４により系
外へ導出され、放射光はレーザー光として直進し反射ミ
ラー７、８により方向を変えられて最も外側の反射ミラ
ー９へ進む。上記反射ミラー５と９が光共振器を構成す
る。従って、反射ミラー５〜９間の距離は発生するレー
ザー光の波長、周期に同期し得る長さは正確に設定され
る。

【００２３】放射光発生部Ｂは、反射ミラー８〜９間で
上記放射光が進行する軌道と交差する軌道を有する電子
ビームの蓄積リング（ＳＲ）１０から成る。この放射光
発生部Ｂで発生する放射光は、レーザー光発生部Ａで発
生する放射光が可視光領域又はそれ以上の長波長のレー
ザー光であるのに対して、１０ｎｍ以下の極短波長の放
射光である。従って、この放射光にはＸ線又はγ線が含
まれる。

【００２４】なお、この実施形態では放射光発生部Ｂへ
電子ビームを供給する手段として電子蓄積リング１０を
用いたが、このような電子ビームが周回して蓄積される
形式でなくても、レーザー光が反射ミラー８、９間を往
復する経路と交差する経路を有する電子ビーム供給手段
であればよい。例えば、電子銃からの電子ビームを直線
加速器で加速し、その方向を偏向させて上記レーザー光
の経路に導入し、放射光発生後は経路外へ排出しビーム
ダンパで処理するようにしてもよい。

【００２５】以上がこの実施形態での第１の放射光発生
系であるが、この実施形態では上記系とほぼ並置された
第２の放射光発生系が設けられている。この第２の放射
光発生系も第１のものと同様にレーザー光発生部Ａ′と
放射光発生部Ｂ′とを備えている。

【００２６】レーザー光発生部Ａ′の構成も第１の系の
ものと同じであり、同じ部材には同じであり、同じ部材
には同じ符号にダッシュを付して示し、説明は省略す
る。但し、この第２の系では電子ビームは第１の系でレ
ーザー光を発生させた後のものを複数の偏向電磁石４、
４、４、４でウィグラー６′へ導入する点のみが異なっ
ている。

【００２７】ウィグラー６′で相互作用によりレーザー
光を発生した後の電子ビームは、その後系外へ送り出さ
れ偏向磁石３により加速器２へ戻され、この電子ビーム
を減速することにより電子ビームに電界からのエネルギ
を与えて電子ビームのエネルギレベルを回復しエネルギ
を有効に利用するようにしている。放射光発生部Ｂ′も
第１の系と同じであり、電子蓄積リング１０の電子ビー
ム周回経路が反射ミラー８′〜９′間のレーザー光の経
路と交差するように構成されている。なお、電子蓄積リ
ング１０には電子銃１１から加速器１２へ電子ビームを
導きこれを周回軌道に保持する。又、電子蓄積リング１
０は第１と第２の系に共用しているが、一点鎖線で示す
陽電子蓄積リング１０′を電子蓄積リング１０と共に又
は単独で用いるようにしてもよい。

【００２８】上記の構成とした第１の実施形態での第１
及び第２の系の放射光発生装置によりその放射光発生部
Ｂ又はＢ′において放射光が発生する。

【００２９】加速器２で光速近くの速度に加速された電
子ビームが第１の系のウィグラー６内に導かれるとその
周期磁場との相互作用により放射光が発生するが、電子
ビームは相互作用を終えた後は偏向電磁石４により系外
へ送られ、周回して第２の系のウィグラー６内へ導かれ
る。なお、電子ビームはバンチング（集群化）した状態
で送り込まれることは言うまでもない。

【００３０】ここで、再び周期磁場との相互作用により
放射光を発生した後さらに第２の系からも送り出されて
最初の偏向電磁石３へ戻される。この電磁石３で向きを
偏向された電子ビームは加速器２へ戻され、加速器２の
電界内へ逆向きに導入されるため電子ビームは減速され
電界からのエネルギが電子ビームへ与えられエネルギの
回収が行なわれる。

【００３１】第１の系のウィグラー６との相互作用で発
生した放射光は反射ミラー７、８を経由し反射ミラー９
で反射された後再び反射ミラー７、８を通りウィグラー
６を通って反対側の反射ミラー５で反射される。こうし
て、光共振器の反射ミラー５と９の間を何百回となく往
復する間に、遅れてウィグラー６に次々と送り込まれる
電子ビームのタイミングを先のものと同期するように調
整して送るとその後発生する放射光と重量され次第に増
幅され自由電子レーザー光（ＦＥＬ）として光共振器内
に蓄積される。

【００３２】こうして光共振器内に効率よく十分にレー
ザー光をコヒーレント重量した状態で、上記レーザー光
の伝送経路と交差する電子蓄積リング１０の加速器１２
を制御して電子蓄積リング１０内の電子ビームを上記レ
ーザー光と同期加速した状態で送り込みレーザー光と衝
突させる。

【００３３】この電子ビームとレーザー光の衝突による
相互作用（コンプトン散乱）で上記レーザー光による放
射光５を効率よく発生させることができる。この放射光
ｆは、上記レーザー光が１〜１０μｍ程度の波長である
とすると、１／１０００μｍ以下のγ線又はＸ線領域あ
るいはそれ以下の極短波長の電磁波として得られる。

【００３４】上記のような方法でＸ線、γ線領域以下の
極短波長領域の放射光を得る際に重要なことは、光共振
器５と９の間に蓄積されるレーザー光の周期に同期する
ように電子蓄積リング１０の電子ビームを加速しレーザ
ー光路内に送り込むことである。

【００３５】この実施形態の例では上記電子ビームの同
期は、ＦＥＬ光を発生させるための加速器２に、電子蓄
積リング１０の加速器１２での送り込みタイミングや周
期などを同期調整することによって比較的容易にかつ正
確に実現することができる。

【００３６】以上は第１の系のＦＥＬ発生装置と電子蓄
積リング１０との組合せによる放射光の発生装置の作用
であるが、この系と並列に設けられた第２の系のＦＥＬ
発生装置と電子蓄積リング１０との組合せにおいても同
様に放射光ｆを発生できるが、その作用については基本
的に第１の系の作用と同じである。

【００３７】なお、陽電子蓄積リング１０′では荷電粒
子が＋電気を帯びた陽電子を蓄積しており、電気量が正
か負かの違いはあるが基本的には電子蓄積リング１０の
場合と同様である。

【００３８】図２は第２の実施形態の放射光発生装置の
全体概略図である。この例のレーザー光発生部Ａも基本
的には第１の実施形態のものと同じＦＥＬ発生部であ
り、反射ミラー５と７′の間で増幅されるＦＥＬ光を用
いる点では同じである。同じ部材には同じ符号を付して
説明を省略する。

【００３９】但し、この実施形態では反射ミラー７′で
反射されたレーザー光は反射ミラー７′より径の大なる
反射ミラー５で反射された後反射ミラー７′の外側を一
部が通過して反対側の径の大なる反射ミラー９に当り、
そこで反射された後に反射ミラーの曲率により集光され
て径の小なる反射ミラー８′に至る。この反射ミラー
８′で反射されたＦＥＬ光は再び反射ミラー９、５を介
した反射ミラー７′へ戻る。

【００４０】こうして反射ミラー７′〜８′の間を何百
回となく往復してＦＥＬ光が増幅され、蓄積される。従
って、ＦＥＬ光は最も長い光路は反射ミラー７′〜８′
の間であり反射ミラー５〜９の距離の約２倍の長さであ
って、これらの距離はＦＥＬ光を増幅するのに同期する
所定長さに正確に調整されることは言うまでもない。

【００４１】上記反射ミラー７′〜８′の間の光路のウ
ィグラー６と反対側半部分長さの光共振器内経路に図１
の場合と同様に電子蓄積リング１０の周回軌道の一部が
交差するように設定されている。従って、図１の場合と
同様に、発生するＦＥＬ光の周期、波長と同期するよう
にレーザー光発生部Ａの加速器２に電子蓄積リング１０
の加速器１２の動作を同期させて電子蓄積リング１０の
電子ビームを放射光発生部ＢでＦＥＬレーザー光と衝突
させると、γ線又はＸ線あるいはそれ以下の極短波長の
放射光が発生する。

【００４２】なお、この実施形態ではＦＥＬ発生部Ａは
１つの系のみを図示しているが、図１の場合と同様に２
つの系を並置するようにしてもよいことは言うまでもな
い。

【００４３】図３は第３の実施形態の放射光発生装置の
全体概略図である。この例でもＦＥＬのレーザー光発生
部Ａの構成は図１の場合と略同じであり、同一部材には
同一符号を付して説明を省略する。

【００４４】この実施形態では、反射ミラー７、８で反
射されたＦＥＬ光は２重反射ミラー９′、９で反射され
て反対側の反射ミラー５へ戻される点が図１の場合と異
なっている。

【００４５】２重反射ミラー９′、９は、共に入射レー
ザー光の焦点を中心部に生成できるように曲面を有した
反射ミラーから成る。一例として、放物面鏡、楕円鏡が
用いられる。両反射ミラー９′、９をその中心線が一致
するように対向して設け、各反射ミラー９′、９の中心
には小孔９ａ′、９ａが設けられている。又、反射ミラ
ー９′は中心から少し離れた適宜位置に別の小孔９ｂ′
が少し斜めに設けられている。

【００４６】この２重反射ミラーの一方のミラー９′の
小孔９ｂ′から入射されるＦＥＬ光は、小孔９ｂ′がや
や斜めに設けられているため内部では斜めに入射されて
反対側の反射ミラー９に当り、そこで反射されたＦＥＬ
光は入射側の反射ミラー９′の元の小孔９ｂ′の位置と
少しずれた位置へ反射される。

【００４７】上記少しずれて反射されるＦＥＬ光は反射
ミラー９′と９でそれぞれ反射される毎に少しずつ反射
位置がずれ反射ミラー９′、９の球状反射面上を約１回
りして元の小孔９ｂ′の位置に戻る。こうして小孔９
ｂ′に戻ったＦＥＬ光は２重反射ミラー９′、９を出て
元の光経路を通り反射ミラー８、７を通って反対側の反
射ミラー５へ戻される。

【００４８】上記反射ミラー５で反射されたＦＥＬ光は
再び反射ミラー７、８を通り、２重反射ミラー９′、９
の内側へと小孔９ｂ′から入射されるが、上述したよう
に２重反射ミラー９′、９内の反射経路は少しずれて何
百回となく反射できるから、この２重反射ミラー９′、
９内には強力なエネルギのＦＥＬ光が蓄積されることに
なる。

【００４９】以上のように２重反射ミラー９′、９内に
ＦＥＬのレーザー光が十分蓄積された状態で反射ミラー
９′の中心位置の小孔９ａ′から電子ビームが入射され
る。上述したように２重反射ミラー９′、９内に入射さ
れたレーザー光は両反射ミラーで反射される毎にその中
央付近で互いに交差状態でＦＥＬ光が進行する。

【００５０】従って、特に２重反射ミラー９′、９の中
央付近では高いエネルギレベルのＦＥＬ光が分布し、こ
れに上記電子ビームが進行して衝突すると、図１の場合
と同様に相互作用により、極短波長のγ線、Ｘ線などの
放射光が発生する。

【００５１】次に、図４は光ファイバを用いた第４の実
施形態の全体概略図である。この例でもレーザー光発生
部Ａは基本的に図１の場合と同様であり、光共振器５、
９は一般的なＦＥＬ発生装置の場合のようにウィグラー
６を間に置いて対向して設けられている。光共振器の反
射ミラー５、９には光ファイバ１０が各反射ミラー５、
９の中心の小孔５ａ、９ａに連結部材を介して接続され
ている。

【００５２】反射ミラー９に接続されている光ファイバ
１０は、その途中がコイル状に複数回巻かれており、こ
のコイル状部分の一部を各巻ファイバ毎に所定長さ切断
され、それぞれの切断端に続いて一対のレンズユニット
１０ａ、１０ａが各巻ファイバ毎に設けられている。

【００５３】なお、この実施形態では光ファイバー１０
は放射光発生部Ｂを過ぎた後は反射ミラー５へ接続して
ＦＥＬ光が周回する形式としているが、上記のように周
回形式でなく放射光発生部Ｂを過ぎた適当な位置で光フ
ァイバ１０を切断し、その切断端に高反射薄膜コーティ
ングの反射材を設けて反射形式とすることもできる。

【００５４】図示のように、光ファイバ１０のコイル巻
き部分の切断端の間ではＦＥＬ光はそれぞれの端に近接
して設けたレンズユニット１０ａ、１０ａによって一方
から他方の切断端へ送られるが、この切断端間に送られ
るＦＥＬ光と交差する方向に電子ビームが送られる。こ
の電子ビームは図示省略しているが図１の場合と同様に
して加速器１２で同期加速されて放射光発生部Ｂへ送ら
れる。放射光発生部Ｂでは光速近くに加速された電子ビ
ームがＦＥＬ光と衝突し、その相互作用により図１の例
と同様にγ線、Ｘ線又はそれ以下の極短波長の放射光を
発生する。この実施形態ではＦＥＬ光がパルス光である
場合、レーザーのパルス間隔に光ファイバー１０の１回
転分の長さを合わせておく。これにより１つの電子ビー
ムのパルスは多数回のレーザー光と相互作用し、従って
発生する放射光の強度も大きくなる。

【００５５】この場合、光ファイバ１０の切断端間のレ
ーザ光と電子ビームの交差する角度はレーザ光の偏向等
に合わせて最適化しておく必要がある。又、電子ビーム
のパルス間隔と光ファイバ１０の１回転でのレーザ光の
伝送時間を合わせるようにしておくと同期が容易に取れ
る。

【００５６】上記図３、図４の実施態様の例に対し、以
下のような変形組合せ例も採用できる。即ち、図４のＦ
ＥＬ発生部Ａと光ファイバ１０の周回経路に対し、その
途中の放射光発生部Ｂに代えて図３の２重反射ミラー
９′、９から成る放射光発生部Ｂを組合せるようにした
例である。

【００５７】その作用についても、図３、図４のそれぞ
れの該当部分の作用の組合せとなり詳細な説明は省略す
る。

【００５８】図５はさらに第５の実施形態の放射光発生
装置の全体概略図である。この実施形態のレーザー光発
生部Ａも基本的には図１の例と同様であり、同一機能部
材には同一の符号を付して説明を省略する。

【００５９】但し、発生したＦＥＬ光の増幅方式は図示
のように図４の例と同様周回方式であり反射方式でない
点が図１の例と異なっている。

【００６０】７′′、８′′はそれぞれ反射ミラーであ
るが、ＦＥＬ光の周回経路における反射ミラー７′′と
８′′の間に放射光発生部Ｂ′′が設けられている。放
射光発生部Ｂ′′は、図中矢視Ｘ−Ｘからの断面が
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、２枚のフラット
な反射板１０′、１０′、あるいは２枚の湾曲した反射
板１０′′、１０′′さらに円筒状の反射筒１０′′′
のいずれかの断面を有するものであり、いずれの場合
も、ＦＥＬ光を複数回反射し得る長さを有する。

【００６１】放射光発生部Ｂ′′において電子ビームは
その中心線上を進み、その間に入射されたＦＥＬ光と衝
突するよう内部に導入される。その他の点は基本的に他
の実施形態の場合と同じであり同じ部材には同じ符号を
付している。

【００６２】以上の構成としたこの実施形態でも基本的
な作用は図４の場合と同様である。ＦＥＬ光はレーザー
光発生部Ａで発生し、反射ミラー９で反射された後この
反射ミラーの系外に導出され、反射ミラー７′′により
放射光発生部Ｂ′′に入り、そこで反射板１０′、１
０′′、又は反射筒１０′′′で複数回反射されてさら
に反射ミラー８′′へ進み、反射ミラー５により再び光
共振器の反射ミラー５〜９の経路を進む。

【００６３】こうした光共振器の反射ミラー５〜９と系
外の反射ミラー７′′、８′′の経路を周回してＦＥＬ
光は光共振器内に増幅蓄積される。蓄積されるＦＥＬ光
は常に上記周回経路を循環するが、放射光発生部Ｂ′′
ではその中心線付近を電子ビームが進み上記ＦＥＬ光に
衝突する。

【００６４】この場合、ＦＥＬ光は放射光発生部Ｂ′′
内で複数回反射して進行するため同じ電子ビームはＦＥ
Ｌ光とその折れて進むＦＥＬ光毎に衝突し相互作用によ
って放射光を発生させ、これらが重畳されることにより
強力なγ線、Ｘ線又はそれ以下の極端波長の放射線が得
られる。

【００６５】上記図５の実施態様の例についても、変形
例が採用し得る。即ち、図５のＦＥＬ発生部Ａ及び反射
ミラー７′′、８′′に代えて、図４のＦＥＬ発生部Ａ
及び光ファイバ１０の周回経路を図５の放射光発生部
Ｂ′′と組合せた例である。

【００６６】但し、この場合は光ファイバ１０の端に光
学レンズを設け、反射ミラー９から射出されるレーザー
光が放射光発生部Ｂ′の右側から入射され、左側から出
たレーザー光をもう１つの光学レンズを設けた端に集光
して光ファイバ１０の周回経路をレーザー光が伝送され
得るように構成しなければならない。

【００６７】この変形例の作用も、図４、図５のそれぞ
れの該当部分の作用の組合せであり、説明を省略する。

【００６８】図６は第６の実施形態の放射線発生装置の
全体概略図である。この実施形態のレーザー光発生部Ａ
も基本的には図１の場合と同様であり、電子ビームを光
共振器の反射ミラー５内に導入するとウィグラー６との
相互作用によりＦＥＬ光が発生する。

【００６９】上記ＦＥＬ光は一般的には可視光又は遠赤
外光など比較的波長の大きいものであるが、ウィグラー
６の電磁場強度などを調整することによってｃｍ又はｍ
ｍ単位の大きな電磁波を発生させることもできる。この
比較的波長の大きいものは導波管７′′に接続された共
振キャビティに蓄積され易い。共振キャビティの空間ス
ペースのピッチに対応して波長の大きいもの程共振状態
とするのが容易だからである。

【００７０】従って、共振キャビティ８′′に比較的大
きい波長の電磁波が蓄積されこれに導波管７′′の中心
を通って光速に近い速度で進行する電子ビームが衝突す
る。この電子ビームと電磁波との相互作用により上記電
磁波とは異なる波長の電磁波が発生する。この新たな電
磁波は軟Ｘ線から紫外線領域のものであり、前記図１〜
図５の例よりやや長波長の電磁波である。

【００７１】

【効果】以上詳細に説明したように、この発明の放射光
発生方法は周期磁場で発生するコヒーレント放射光に電
子ビームを衝突させてコンプトン散乱に基づく相互作用
により放射光を発生させ、その際周期磁場へ導入される
電磁ビームの加速器とコヒーレント放射光に作用させる
電子ビームの加速器を同期調整するようにしたから、発
生する放射光はＸ線、γ線又はそれ以下の極端波長で高
効率に且つ高出力のものが得られるという利点がある。

【００７２】上記方法は、第２乃至第５の発明の放射光
発生装置においてそれぞれ実施されるが、第２、第３、
第４の発明の発生装置では上記方法を確実に実施し、極
端波長の放射光が得られ、第５の発明の発生装置では上
記よりやや長波長の放射光が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施態様の放射線発生装置の全体概略図

【図２】第２実施態様の放射線発生装置の全体概略図

【図３】第３実施態様の放射線発生装置の全体概略図

【図４】第４実施態様の放射線発生装置の全体概略図

【図５】第５実施態様の放射線発生装置の全体概略図

【図６】第６実施態様の放射線発生装置の全体概略図

【符号の説明】

１ 入射器 ２ 加速器 ３ 偏向電磁石 ４ 偏向電磁石 ５ 反射ミラー ６ ウィグラ ７ 反射ミラー ８ 反射ミラー ９ 反射ミラー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加速器で光速近くの相対論的速度に加速
   した電子ビームを周期磁場発生手段内に導き、周期磁場
   との相互作用で発生した放射光を光共振器内に蓄積し、
   蓄積された放射光の往復経路又は周回経路の一部と交叉
   する経路を移動経路の一部とする電子ビームをもう１つ
   の加速器で光速近くの相対論的速度に加速してこれを上
   記交叉経路へ導き、上記２つの加速器を同期させた状態
   で上記放射光と交叉経路を相互作用域として衝突させ極
   短波長の放射光を発生させることから成る放射光発生方
   法。
2. 【請求項２】 光共振器の対向する反射ミラー間にレー
   ザー光発生部と放射光発生部を設け、レーザー光発生部
   は電子ビームを加速する加速器と、この加速器で光速に
   近い速度に加速された電子ビームを導入して周期磁場と
   の相互作用によりコヒーレント放射光を発生する周期磁
   場発生手段とから成り、放射光発生部は第２の加速器
   と、この加速器で高速に近い速度に加速された電子ビー
   ムを、光共振器の反射ミラー間で上記コヒーレント放射
   光を増幅発振する経路に交差するように導入する手段と
   から成り、第２の加速器を第１の加速器に同期駆動して
   コヒーレント放射光が増幅発振したレーザー光との相互
   作用により極短波長の放射光を発生するように構成した
   放射光発生装置。
3. 【請求項３】 前記対向する反射ミラーの片側を多重反
   射ミラーとしたことを特徴とする請求項２に記載の放射
   光発生装置。
4. 【請求項４】 レーザー光発生部と放射光発生部を設
   け、レーザー光発生部は複数の反射ミラーから成る光共
   振器と上記反射ミラーと反射ミラーの間に周期磁場を発
   生させ、この磁場内に導入される電子ビームとの相互作
   用でコヒーレント放射光を発生させる周期磁場発生手段
   と、この磁場発生手段に導入される電子ビームを光速に
   近い速度に加速する加速器を備え、放射光発生部は上記
   コヒーレント放射光を周回させてレーザー光発生部へ戻
   す経路内に設けられ電子ビームと複数回相互作用をさせ
   る相互作用手段と、この手段内に導入される電子ビーム
   を高速に近い速度に加速する第２の加速器とを備え、第
   ２の加速器を第１の加速器に同期駆動してコヒーレント
   放射光が増幅発振されこの放射光に電子ビームを衝突さ
   せて放射光を得るように構成して成る放射光発生装置。
5. 【請求項５】 光共振器の対向する反射ミラー間にレー
   ザー光発生部と放射光発生部を設け、レーザー光発生部
   は電子ビームを加速する加速器と、この加速器で光速に
   近い速度に加速された電子ビームを導入して周期磁場と
   の相互作用によりコヒーレント放射光を発生する周期磁
   場発生手段とから成り、放射光発生部は電磁波蓄積空洞
   部から成り、上記電子ビームが上記空洞部に蓄積された
   コヒーレント放射光の電流波とさらに相互作用し異なる
   波長の放射光を発生するように構成して成る放射光発生
   装置。