JPH11238951A - 広帯域アンジュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より簡易な構造を用いてより広範囲に波長を
変更することができる広帯域アンジュレータを提供す
る。 【解決手段】 荷電粒子ビーム軌道１１を挟んで対向す
る１対の平行なプレート３を備え、この１対のプレート
に発生磁場の異なる複数対の磁石列４をそれぞれ対向す
るように配設し、このプレートを互いに平行に摺動して
磁石列間の磁場強度を調整できるようにすると共に、荷
電粒子ビーム軌道を挟む磁石列を切り替えることによ
り、発生する光の波長帯域を変更できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子蓄積リングあ
るいは陽電子蓄積リング等のシンクロトロン、あるいは
線形加速器、マイクロトロン等の加速器において、電子
ビーム等から高輝度光（電磁波）を取り出す周期場を形
成する磁石列対で構成されたアンジュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に示すような、磁極を交互に並べて
周期磁場を形成するアンジュレータの磁石列ギャップ中
を磁石列に沿って電子ビームが通過すると、アンジュレ
ータ磁場により電子軌道が蛇行し放射光が発生する。磁
石列中の磁極交替が多く電子軌道の蛇行数が多いと干渉
効果によって特定の光の波長のみが強調され、アンジュ
レータ光と呼ばれる高輝度光が発生する。さらに、アン
ジュレータの両サイドにミラーを設置し、発生した光を
反射させて電子ビームと重畳させると、自由電子レーザ
と呼ばれるコヒーレント光を発生させることができる。

【０００３】アンジュレータ光も自由電子レーザも、そ
の波長は、電子ビームのエネルギーの２乗に反比例し、
アンジュレータ磁場強度が強いほど長くなり、また周期
長に比例する。永久磁石を用いたアンジュレータでは磁
石の強さと周期長が固定されているため、通常はギャッ
プ調整装置を用いてアンジュレータの対向する磁石列間
の間隔を調整しアンジュレータ磁場強度を変えて必要な
波長を得ていた。

【０００４】図８は、上下方向に移動する１対の可動板
の向かい合う面に１対の磁石列を配置して磁石列間の距
離を変化させることにより磁場強度を調整できるように
した従来のアンジュレータ構造を示す側面図である。こ
の方法は、強力な磁場力に抗して必要な磁石列間の間隔
を維持する必要があるため、極めて堅牢なギャップ調整
装置が必要とされる。また、磁石列間の間隔が僅かに変
化しても大きな磁場変化として現れるため調整が簡単で
ない。

【０００５】一方、磁石列間の間隔を一定に保持しなが
ら互いにスライドして磁場強度を変更することにより異
なる波長の光を得る装置も知られている。図９は垂直面
に１対の磁石列を平行に配設して、一方の磁石列支持部
を他方の磁石列に対して平行移動させることによりアン
ジュレータ磁場強度を調整できるようにした従来のアン
ジュレータを示す断面図である。

【０００６】この方法は、磁石列間ギャップが固定され
ているため磁場によるプレート間の引力が一定となり、
磁石列間の間隔を調整する方法より簡単な機構で波長調
整ができる。しかし、互いに独立したプレート設置架台
を使用するため両面間の間隔を一定に保持するためには
堅牢な構造を必要とし、簡便な装置を構成しようとする
と磁場分布が乱れるためアンジュレータ中において補正
電磁石を用いた補正が必要となる場合がある。

【０００７】さらに、これらの方法は、磁石列にセット
した永久磁石の極性変化の周期が変らないため、波長変
更できる範囲が限られるという問題があった。

【０００８】このような困難を解消して広い帯域に亘っ
て波長を変化させる方法として、上下のプレートの代わ
りに、図１０に示したような、各側面に磁石列を取り付
けた１対の多角柱を平行軸の周りに回転可能に設置し
て、同期して回転させることにより磁石列を選択できる
ようにしたいわゆるリボルバー型のアンジュレータが公
知である。このリボルバー型アンジュレータでは、磁石
列を切り替えるときは２本の多角柱の間隔を開けてから
回転させて、別々の多角柱の側面に取り付けた１対の磁
石列が対向する位置に来るようにしてから磁石列間の間
隔を縮めて磁場強度の調整をする。

【０００９】例えば図１１に示したような断面４辺形の
多角柱を使用すれば、４対の磁石列を切り替えて利用で
きるのでアンジュレータ光の波長帯域が広くなる。しか
し、このリボルバー型アンジュレータの構造で位置精度
を確保するためには、装置が非常に大がかりになる欠点
がある。特にリボルバー構造の支持架台が大型になり要
求される強度も大きい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、より簡易な構造を有する可変波長
型のアンジュレータを得ることであり、またより簡易な
構造を用いてより広範囲に波長を変更することができる
広帯域アンジュレータを得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の広帯域アンジュレータは、荷電粒子ビーム
軌道を挟んで対向する１対の平行なプレートを備え、こ
の１対のプレートに発生磁場の異なる複数対の磁石列を
それぞれ対向するように配設したアンジュレータであっ
て、このプレートを互いに平行に摺動して磁石列間の磁
場強度を調整すると共に、荷電粒子ビーム軌道を挟む磁
石列を切り替えることにより、発生する光の波長帯域を
変更することができるようにしたことを特徴とする。

【００１２】本発明の広帯域アンジュレータを用いれ
ば、１対のプレートの距離を維持したまま平行に摺動す
ることで磁石列間の磁場強度を調整できる上に、発生磁
場水準や磁場周期長の異なる磁石列対に切り替えること
ができるので、装置として可能な磁場強度調整範囲が極
めて大きくなる。

【００１３】また、荷電粒子ビーム軌道を挟んで対向す
る磁石列を取り付けた１対の平行なプレートを備え、１
対のプレートの少なくとも一方に磁石列と平行な鍔縁を
有し、この鍔縁ともう一方のプレートの間にプレートが
平行を保持しながら相対的に摺動するスライドガイドを
設けて、対向する磁石列を軸方向に互いにずらすことに
より磁石列間の電磁場強度を変化させて、発生する光の
波長を変更することができるようにしたことを特徴とす
る。

【００１４】このアンジュレータは、磁石列間の距離を
鍔縁が規制するので磁石列が形成する強力な磁場に抗し
て磁石列間の距離を一定に保持しながら、磁石列を平行
移動させることができる。このように鍔縁を付設した構
造により、予定外の磁場分布の乱れを防ぎ補正電磁石に
よる磁場補正も省略することが可能となる。

【００１５】なお、この広帯域アンジュレータは、１対
の平行なプレートに挟まれた一部に真空用接続部を有す
るアンジュレータ用真空チャンバーを挿入できる空間を
設けるようにしてもよい。アンジュレータ用真空チャン
バーは前後の真空チャンバーと接続するため、両端に大
きな真空用フランジを備えている。アンジュレータにお
ける磁石列間の空隙は極めて小さいため、組立前に真空
チャンバーを挿入する必要がある。このため、組立手順
が制約されて特に現場における組立工事が制限される。
しかし、アンジュレータに真空用接続部が通るだけの空
間があれば、アンジュレータを組み立ててから真空チャ
ンバーを通して、さらに磁石列の位置に移動させればよ
いので、工事手順が自由に選択できる。

【００１６】また、１対の平行プレートに発生電磁場の
異なる複数対の磁石列をそれぞれ対向するように配設
し、平行プレートを一緒に平行移動させることにより荷
電粒子ビーム軌道を挟む磁石列を切り替えて、発生する
光の波長帯域を変更することができるようにしてもよ
い。このような構成を有する高帯域アンジュレータは、
発生磁場水準の異なる磁石列対に切り替えることがで
き、プレートの距離を維持したまま平行に摺動してアン
ジュレータ磁場強度を調整することができるので、磁場
強度調整範囲が極めて大きくなる。

【００１７】さらに、本発明の自由電子レーザ装置は、
上記のいずれかの広帯域アンジュレータを光発振部に備
えたことを特徴とする。広帯域アンジュレータを光発振
部に備えた自由電子レーザ装置は、従来と比較して広い
範囲の波長を選択して自由電子レーザを発生することが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の詳
細を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の広帯域
アンジュレータの第１実施例を表す側面図、図２は図１
のＡ−Ａ矢指図、図３は本実施例における効果を説明す
るグラフである。図４は第２実施例を表す側面図、図５
は第３実施例を表す側面図、図６は第４実施例を表す側
面図である。

【００１９】

【実施例１】本実施例の広帯域アンジュレータは、図１
および図２に見られるように、基盤１の上に直立する支
柱２と、支柱に沿って移動する可動板３と、可動板に取
り付けられた複数の磁石列４からなる。支柱１にはリニ
アガイド５が垂直に取り付けられていて、これに可動板
３が係合している。可動板３は基盤１に固定された垂直
駆動モータ６により回転するネジ棒７で垂直方向に移動
する。なお、１対の可動板３のうちの一方には水平方向
に移動する摺動板８が取り付けてあって、磁石列４はこ
の摺動板８の上に取り付けられている。摺動板８は可動
板３に水平に設置されたリニアガイド９に係合して、可
動板３上に固定された水平駆動モータ１０により水平方
向に移動する。

【００２０】磁石列４は薄板状の永久磁石を正極と負極
が交互に並ぶように重ねたもので、同じ構成の磁石列と
一定の間隔を持って対向するように配設され、間隙にア
ンジュレータ磁場を形成する。垂直方向に幾つか配設さ
れた磁石列４はそれぞれ磁石の間隔や磁石強度が異な
り、対となる対向磁石列と作用して生成するアンジュレ
ータ磁場の強度や周期が異なる。可動板３を垂直方向に
移動させるときは、全ての垂直駆動モータ６が同期して
駆動し、目的の磁石列がアンジュレータ用真空チャンバ
ー１１を挟む位置まで平行移動して止まるようになって
いる。

【００２１】真空チャンバー１１を挟んだ１対の磁石列
４の間に形成されるアンジュレータ磁場の強度は、水平
駆動モータ１０を作動させて摺動板８を水平方向にずら
すことにより永久磁石の極同士の位置関係を変化させて
調整することができる。アンジュレータ磁場が強ければ
アンジュレータ光の波長は長くなるので、この方法によ
り光の波長を調整することができる。しかしこの方法で
調整できる波長範囲は、磁石列の１ピッチ分ずらす間に
変化する磁場強度に対応する分に過ぎない。

【００２２】本実施例の広帯域アンジュレータでは、強
度の異なる磁石列を水平方向に複数取り付けてあるの
で、必要により真空チャンバー１１を挟んで対峙する磁
石列を交換して磁場強度水準を切り替えることができ
る。従って、図３に示すように、磁石列を切り替えるこ
とにより磁場強度水準が切り替わり、さらにその水準内
で磁場強度調整ができるため、アンジュレータで得られ
る放射光の波長帯域は格段に広くなる。図３の横軸は磁
石列同士のずれΔＸを表し、縦軸はアンジュレータで発
生する光の波長を表す。なお、図面では、磁石列を３列
設けたものを表しているが、必要に応じてこの数を増減
できることはいうまでもない。

【００２３】

【実施例２】第２実施例の広帯域アンジュレータは、図
４に示されるように、固定壁１２に固定された基盤１３
の上に固設された支持板１４と、この上に固定された固
定磁石列１５と、この固定磁石列に対して真空チャンバ
ー１６を挟んで対峙する可動磁石列１７と、この可動磁
石列を搭載して固定支持板１４に対して水平方向に摺動
する可動支持板１８とからなる。

【００２４】可動支持板１８は固定支持板１４にリニア
ガイド１９を介して摺動可能に設置されていて、駆動モ
ータ２０を用いて図面に垂直な水平方向に移動させるこ
とにより、真空チャンバー１６の位置における磁場強度
を調整することができる。アンジュレータでは強力な磁
場を発生する磁石列が対峙しているので、磁石列同士の
間隔を正確に一定値に保持するため頑丈な構造を備える
必要がある。

【００２５】しかし、本実施例のアンジュレータでは磁
石列１５と平行な鍔２１をリニアガイド１９を介して突
き合わせることにより磁石列間の距離を保持するように
したため、簡単な構造で目的を達成することができる。
なお、図面では上下２カ所で鍔２１を突き合わせている
が、可動支持板１８の下方位置を基盤１３上に固定した
レールで決めて、これと上部の鍔２１で磁石列間距離が
変化しないようにしても良い。

【００２６】なお、鍔２１は固定支持板１４と可動支持
板１８のいずれか一方に設置することもできる。また、
本実施例のアンジュレータは、図面では磁石列１７がア
ンジュレータ用真空チャンバー１６を左右から挟んだ状
態になっているが、上下から挟むように配置しても同じ
であることは言うまでもない。

【００２７】

【実施例３】第３実施例の広帯域アンジュレータは、図
５に示されるように、床２２に固定された支持板２３
と、この上に固定された固定磁石列２４と、この固定磁
石列に所定の間隔を持って対峙する可動磁石列２５と、
この可動磁石列を搭載して固定支持板２３に対して水平
方向に摺動する可動支持板２６とからなる。可動支持板
２６は、鍔２７により固定支持板２３との間隔を一定に
保持しながら、図示しない可動モータにより図中紙面に
垂直の方向に摺動するので、アンジュレータ磁場の調整
を行うことができる。鍔２７の先端にはリニアガイド２
８が敷設されている。

【００２８】本実施例が第２実施例のアンジュレータと
異なる点は、固定支持板２３と可動支持板２６に挟まれ
た部分のアンジュレータギャップ面の脇にアンジュレー
タ用真空チャンバー３０が挿入できる空間２９を設けた
ことである。鍔によりアンジュレータ間隙を確保する形
式のアンジュレータは、鍔が存在するため脇から真空チ
ャンバーを挿入することができない。したがって、設備
建設するときには、電子ビームが通る真空チャンバーを
組み込んだ状態でアンジュレータを組み立てておいて現
場設置をする必要がある。あるいは、アンジュレータ用
真空チャンバーの真空フランジを取付加工する前のチャ
ンバーを通してから、後で真空フランジをチャンバーに
取り付けなければならない。このような作業は、能率を
低下させるばかりでなく完成品の信頼性を損なう。

【００２９】本実施例では、真空チャンバー３０を接続
部材３１が付いた状態で挿入できるだけの空間２９を設
けることにより、アンジュレータの組立および現地にお
ける設置工事を簡便にすることができる。

【００３０】

【実施例４】第４実施例の広帯域アンジュレータは、図
６に示されるように、基盤３２の上に設けたリニアガイ
ド３３と係合して水平方向に移動する可動支持板３４
と、可動支持板上を図面に垂直の方向に摺動する摺動支
持板３５と、複数対の磁束密度や磁石間隔の異なる磁石
列３６とからなる。磁石列３６は紙面に垂直の方向に配
設され、各磁石列対の一方は可動支持板３４に固定さ
れ、他方はこれとアンジュレータギャップを持って対峙
する形で摺動支持板３５に固定されている。

【００３１】可動支持板３４と摺動支持板３５の端部に
は鍔３７が設けられリニアガイド３８を介して突き合わ
されていて、摺動支持板３５が図面に垂直の方向に摺動
できるようにするとともに、アンジュレータギャップを
一定の値に保持する。アンジュレータギャップにはアン
ジュレータ用真空チャンバーが挿入され、電子ビームが
通過して放射光を発生する。

【００３２】可動支持板３４は駆動モータ３９により回
転するネジ棒４０で水平方向に移動し、電子ビーム軌道
を挟んでアンジュレータ磁場を生成する磁石対３６を選
択することができる。磁石対を切り替えることによりア
ンジュレータギャップにおける磁場周期や磁束密度が変
化する。アンジュレータ磁場の強度は、図示しない駆動
モータで摺動支持板３５を可動支持板３４に対して摺動
させて対向する磁石列同士のずれを変えることにより調
整することができる。

【００３３】可動支持板３４と摺動支持板３５に挟まれ
た部分にアンジュレータ用真空チャンバー４２が挿入で
きる空間４１が設けられている。本実施例の広帯域アン
ジュレータを製作工場などで組み立てて設備建築現場に
持ち込み設置した後で、この空間４１に真空フランジ付
き真空チャンバー４２を挿入してアンジュレータを完成
することができるので、設置工事が容易になる。

【００３４】

【実施例５】本発明の第５実施例は第１実施例から第４
実施例の広帯域アンジュレータを用いた自由電子レーザ
装置である。アンジュレータの両サイドにミラーを設置
して、アンジュレータで発生した光を両ミラー間で重複
反射させながら電子ビームと重畳させると、コヒーレン
ト性の高い自由電子レーザが発生する。このような自由
電子レーザ発生装置に上記実施例の広帯域アンジュレー
タを用いると、自由電子レーザ光の波長を安定に変更す
ることができ、また図３に示したと同じ原理により自由
電子レーザ光の波長範囲が格段に拡大され、各種目的に
的確に対応する波長を有するコヒーレントな光を得るこ
とができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の広帯域アン
ジュレータを用いれば、比較的簡単な構造を用いて広範
囲に波長選択できるアンジュレータ光発生装置を得るこ
とができる。また、自由電子レーザ装置に適用すること
により、各種目的に対応できる波長可変のレーザ発生装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の広帯域アンジュレータの第１実施例を
表す側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢指図である。

【図３】本実施例における効果を説明するグラフであ
る。

【図４】本発明の広帯域アンジュレータの第２実施例を
表す側面図である。

【図５】本発明の広帯域アンジュレータの第３実施例を
表す側面図である。

【図６】本発明の広帯域アンジュレータの第４実施例を
表す側面図である。

【図７】アンジュレータの構成を示す平面図である。

【図８】従来のアンジュレータの例を示す側面図であ
る。

【図９】従来のアンジュレータの別の例を示す側面図で
ある。

【図１０】従来のアンジュレータのさらに別の例を示す
立面図である。

【図１１】図９のアンジュレータを示す側面図である。

【符号の説明】

１ 基盤 ２ 支柱 ３ 可動板 ４ 磁石列 ５、９ リニアガイド ６ 垂直駆動モータ ７ ネジ棒 ８ 摺動板 １０ 水平駆動モータ １１ アンジュレータ用真空チャンバー １２ 固定壁 １３ 基盤 １４ 固定支持板 １５ 固定磁石列 １６ 真空チャンバー １７ 可動磁石列 １８ 可動支持板 １９ リニアガイド ２０ 駆動モータ ２１ 鍔 ２２ 床 ２３ 固定支持板 ２４ 固定磁石列 ２５ 可動磁石列 ２６ 可動支持板 ２７ 鍔 ２８ リニアガイド ２９ 真空チャンバー挿入空間 ３０ アンジュレータ用真空チャンバー ３１ 真空用フランジ ３２ 基盤 ３３、３８ リニアガイド ３４ 可動支持板 ３５ 摺動支持板 ３６ 磁石列 ３７ 鍔 ３９ 駆動モータ ４０ ネジ棒 ４１ 真空チャンバー挿入空間 ４２ アンジュレータ用真空チャンバー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビーム軌道を挟んで対向する１
   対の平行なプレートを備え、該１対のプレートに発生磁
   場の異なる複数対の磁石列をそれぞれ対向するように配
   設したアンジュレータであって、該１対のプレートを相
   対的に平行に摺動することにより磁石列間の磁場強度を
   調整すると共に、該１対のプレートを一緒に平行移動さ
   せることにより前記荷電粒子ビーム軌道を挟む磁石列を
   切り替えて、発生する光の波長帯域を変更することがで
   きるようにした広帯域アンジュレータ。
2. 【請求項２】 荷電粒子ビーム軌道を挟んで対向する１
   対の平行なプレートを備え、該１対のプレートに対にな
   った磁石列をそれぞれ対向するように配設したアンジュ
   レータであって、該１対のプレートの少なくとも一方に
   磁石列と平行な鍔縁を有し、該鍔縁と他方のプレートの
   間に該１対のプレートが平行を保持しながら相対的に摺
   動するスライドガイドを設けて、対向する磁石列を軸方
   向に互いにずらすことにより磁石列間の磁場強度を変化
   させて、発生する光の波長を変更することができるよう
   にした広帯域アンジュレータ。
3. 【請求項３】 前記１対の平行なプレートに挟まれた部
   分に真空用接続部を備えたアンジュレータ用真空チャン
   バーを挿入できる径を有する空間を設けることを特徴と
   する請求項２記載の広帯域アンジュレータ。
4. 【請求項４】 前記１対の平行プレートに発生磁場の異
   なる複数対の磁石列をそれぞれ対向するように配設し、
   該１対のプレートを一緒に平行移動させることにより前
   記荷電粒子ビーム軌道を挟む磁石列を切り替えて、発生
   する光の波長帯域を変更することができるようにしたこ
   とを特徴とする請求項２または３記載の広帯域アンジュ
   レータ。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の広帯
   域アンジュレータを光発振部に備えた自由電子レーザ装
   置。