JP2552423B2 - 自由電子レーザー発振方法及び装置 - Google Patents
自由電子レーザー発振方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、短波長のコヒーレン
ト放射光を効率よく発生させる自由電子レーザー発振方
法及び装置に関する。
ト放射光を効率よく発生させる自由電子レーザー発振方
法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自由電子レーザー（以下ＦＥＬという）
発振装置は、電子銃などで得た電子ビームを加速器で加
速し、一般にウィグラーあるいはアンジュレータと呼ば
れる周期的な電磁場形成手段の磁界中に導入すると、空
間的に周期的に変化する磁界中を光速に近い相対論理的
速度で電子ビームが蛇行しながら加速、減速され、電磁
場との相互作用により電子ビームから位相の揃った電磁
波を誘導放射し、この電磁波は一対のミラーから成る光
共振器内で多数回往復して増幅されレーザー発振するよ
うに構成されている。
発振装置は、電子銃などで得た電子ビームを加速器で加
速し、一般にウィグラーあるいはアンジュレータと呼ば
れる周期的な電磁場形成手段の磁界中に導入すると、空
間的に周期的に変化する磁界中を光速に近い相対論理的
速度で電子ビームが蛇行しながら加速、減速され、電磁
場との相互作用により電子ビームから位相の揃った電磁
波を誘導放射し、この電磁波は一対のミラーから成る光
共振器内で多数回往復して増幅されレーザー発振するよ
うに構成されている。
【０００３】上述した従来の一般的なＦＥＬ発振装置で
は、パルス状で送り込まれる電子ビームは、電磁場との
相互作用で発生した電磁波が重畳され強度が強くなった
電磁波とウィグラー磁場のビート波によるポンデロモー
ティブ力により集群化（バンチ化）され、この集群化さ
れた電子ビームによってコヒーレント光が発振される。
は、パルス状で送り込まれる電子ビームは、電磁場との
相互作用で発生した電磁波が重畳され強度が強くなった
電磁波とウィグラー磁場のビート波によるポンデロモー
ティブ力により集群化（バンチ化）され、この集群化さ
れた電子ビームによってコヒーレント光が発振される。
【０００４】この場合、電子ビームは電磁波の波長に比
して十分長いパルス幅のものが使用され、集群化された
電子ビームの集群の長さは電磁波の波長に近い１／４の
オーダである。
して十分長いパルス幅のものが使用され、集群化された
電子ビームの集群の長さは電磁波の波長に近い１／４の
オーダである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＦＥＬ発振
装置は、他のレーザーと異なり発生するレーザー光の波
長を可変とすることができるという大きな特徴を有し、
このため種々の分野への応用が期待されており、その１
つの試みとして高効率な短波長化が種々研究されてい
る。
装置は、他のレーザーと異なり発生するレーザー光の波
長を可変とすることができるという大きな特徴を有し、
このため種々の分野への応用が期待されており、その１
つの試みとして高効率な短波長化が種々研究されてい
る。
【０００６】短波長化を図る方法として、発生する電磁
波の波長が電子ビームのエネルギの強さの２乗に反比例
することから、電子ビームのエネルギの強さを大きくす
ればよいが、この方法には一定の限界がある。
波の波長が電子ビームのエネルギの強さの２乗に反比例
することから、電子ビームのエネルギの強さを大きくす
ればよいが、この方法には一定の限界がある。
【０００７】他の試みとしては、予め集群化した電子ビ
ームを用いる方法がある。通常のＦＥＬ発振装置では、
光共振器内で電子ビームを集群化し、その集群化した電
子ビームでレーザー光を得るようにしている。従って、
予め集群化した電子ビームを用いれば容易にコヒーレン
ト光を得ることができることが推測される。これは、一
般にコヒーレント放射光と呼ばれる。
ームを用いる方法がある。通常のＦＥＬ発振装置では、
光共振器内で電子ビームを集群化し、その集群化した電
子ビームでレーザー光を得るようにしている。従って、
予め集群化した電子ビームを用いれば容易にコヒーレン
ト光を得ることができることが推測される。これは、一
般にコヒーレント放射光と呼ばれる。
【０００８】しかしながら、何ら規則化されていない状
態で単に予め集群化しただけの電子ビームを用いてもレ
ーザー発振させることはできない。これは、集群化した
電子ビームとウィグラー磁場との相互作用により放射さ
れる放射光とは速度の相違により１波長分しか相互作用
を光共振器内で起さないからである。
態で単に予め集群化しただけの電子ビームを用いてもレ
ーザー発振させることはできない。これは、集群化した
電子ビームとウィグラー磁場との相互作用により放射さ
れる放射光とは速度の相違により１波長分しか相互作用
を光共振器内で起さないからである。
【０００９】この場合、短波長の放射光を得ることを前
提としているから、その波長はウィグラー磁場の蛇行ピ
ッチに比してはるかに小さく、しかもコヒーレント放射
光であるためには電子ビームの集群化した特性長が放射
光の波長に近いものでなければならない。
提としているから、その波長はウィグラー磁場の蛇行ピ
ッチに比してはるかに小さく、しかもコヒーレント放射
光であるためには電子ビームの集群化した特性長が放射
光の波長に近いものでなければならない。
【００１０】このような放射光の波長と同程度の特性長
の集群化された電子ビームを得るには、導入される電子
ビームのパルス幅も従来より遙かに小さくなければなら
ない。例えば放射光の波長λｓ＝１００μｍであれば、
特性長ｌｂ＝３００μｍ（電子ビームのパルス幅１ｐｓ
ｅｃ）とすると目標の状態に近くなり、パルス幅が１０
ｆｓｅｃ（＝１０-14 ｓｅｃ）ではλｓ→μｍ程度とな
る。
の集群化された電子ビームを得るには、導入される電子
ビームのパルス幅も従来より遙かに小さくなければなら
ない。例えば放射光の波長λｓ＝１００μｍであれば、
特性長ｌｂ＝３００μｍ（電子ビームのパルス幅１ｐｓ
ｅｃ）とすると目標の状態に近くなり、パルス幅が１０
ｆｓｅｃ（＝１０-14 ｓｅｃ）ではλｓ→μｍ程度とな
る。
【００１１】しかし、上記のような放射光の波長と同程
度の特性長の電子ビームで放射光を得ようとしても、放
射光と電子ビームの進行速度には当然差があるため、１
つの電子ビームの集群がウィグラー磁場のあるピッチの
位置で一度相互作用をすると、次のピッチでは電子ビー
ムの集群より放射光は光の一波長分だけ先へ進みずれて
しまい、ウィグラー磁場のピッチが進むにつれてそのず
れが大きくなり、相互作用を再び生じることはできなく
なるのである。
度の特性長の電子ビームで放射光を得ようとしても、放
射光と電子ビームの進行速度には当然差があるため、１
つの電子ビームの集群がウィグラー磁場のあるピッチの
位置で一度相互作用をすると、次のピッチでは電子ビー
ムの集群より放射光は光の一波長分だけ先へ進みずれて
しまい、ウィグラー磁場のピッチが進むにつれてそのず
れが大きくなり、相互作用を再び生じることはできなく
なるのである。
【００１２】従って、単に予め集群化した電子ビームを
用いてもＦＥＬの発振をさせることはできないのであ
る。
用いてもＦＥＬの発振をさせることはできないのであ
る。
【００１３】この発明は、上述した従来の自由電子レー
ザー発振装置により短波長化したレーザー光を得る方法
の問題点に留意して、短波長のコヒーレント放射光と同
レベルの短パルスの電子ビームを予め集群化し、これと
電磁場との相互作用により複数の相互作用域で高効率に
短波長のコヒーレント放射光を得る自由電子レーザー発
振方法及び装置を提供することを課題とする。
ザー発振装置により短波長化したレーザー光を得る方法
の問題点に留意して、短波長のコヒーレント放射光と同
レベルの短パルスの電子ビームを予め集群化し、これと
電磁場との相互作用により複数の相互作用域で高効率に
短波長のコヒーレント放射光を得る自由電子レーザー発
振方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、電子ビームをそのパルス列間隔が発
生させようとする光の波長の周期と同レベルとなるよう
に予め集群化し、これを周期的に変化する電磁場内に導
入し、電磁場内での電子ビームと光の速度差を調整して
複数の相互作用域でコヒーレント放射光を得、発生した
放射光を光共振器内で多数回往復させて自由電子レーザ
ー光を発振させることから成る自由電子レーザー発振方
法としたのである。
としてこの発明は、電子ビームをそのパルス列間隔が発
生させようとする光の波長の周期と同レベルとなるよう
に予め集群化し、これを周期的に変化する電磁場内に導
入し、電磁場内での電子ビームと光の速度差を調整して
複数の相互作用域でコヒーレント放射光を得、発生した
放射光を光共振器内で多数回往復させて自由電子レーザ
ー光を発振させることから成る自由電子レーザー発振方
法としたのである。
【００１５】そして上記発明の方法を実施する装置とし
て、電子ビームをそのパルス列間隔が発生させようとす
る光の波長の周期と同レベルとなるように予め集群化す
る電子ビーム集群化手段と、周期的に変化する電磁場を
形成する電磁場形成手段と、発生した電磁波の増幅を行
なう光共振器とを備え、電磁場形成手段は周期的に変化
する電磁場の周期ピッチを予め所定の間隔として電子ビ
ームと電磁場内で発生するコヒーレント放射光との速度
差を調整し、複数の相互作用域でコヒーレント放射光を
得るように電磁場を配置したものとして成る自由電子レ
ーザー発振装置の構成を採用したのである。
て、電子ビームをそのパルス列間隔が発生させようとす
る光の波長の周期と同レベルとなるように予め集群化す
る電子ビーム集群化手段と、周期的に変化する電磁場を
形成する電磁場形成手段と、発生した電磁波の増幅を行
なう光共振器とを備え、電磁場形成手段は周期的に変化
する電磁場の周期ピッチを予め所定の間隔として電子ビ
ームと電磁場内で発生するコヒーレント放射光との速度
差を調整し、複数の相互作用域でコヒーレント放射光を
得るように電磁場を配置したものとして成る自由電子レ
ーザー発振装置の構成を採用したのである。
【００１６】上記レーザー発振装置において、前記電磁
場形成手段が周期的に変化する電磁場の強さを１ピッチ
毎に他より大きいものを配列し、その電磁場の強さが電
子ビームと放射光の速度差に等しい速度に電子ビームの
速度を調整する大きさとしたようにするのが好ましい。
場形成手段が周期的に変化する電磁場の強さを１ピッチ
毎に他より大きいものを配列し、その電磁場の強さが電
子ビームと放射光の速度差に等しい速度に電子ビームの
速度を調整する大きさとしたようにするのが好ましい。
【００１７】その場合さらに、前記電磁場形成手段が、
電磁場の強さが１ピッチ毎に異なる構成としたものの間
に速度差調整手段を設け、速度差調整手段が光路調整器
と電子ビーム軌道路調整器から成るとしてもよい。
電磁場の強さが１ピッチ毎に異なる構成としたものの間
に速度差調整手段を設け、速度差調整手段が光路調整器
と電子ビーム軌道路調整器から成るとしてもよい。
【００１８】
【作用】上記本発明の方法は、第二乃至第四の発明の装
置において実施される。その場合、第二の発明では速度
差を調整する方法として、電子ビームのパルス間隔、放
射光の波長、電磁場形成手段のピッチ長との間に一定の
関係が成立し、電磁場形成手段の所定ピッチ数毎に複数
ヶ所で電子ビームと放射光の速度差による波長のずれが
一致して相互作用域を生じさせ得る電磁場形成手段の配
列としている。
置において実施される。その場合、第二の発明では速度
差を調整する方法として、電子ビームのパルス間隔、放
射光の波長、電磁場形成手段のピッチ長との間に一定の
関係が成立し、電磁場形成手段の所定ピッチ数毎に複数
ヶ所で電子ビームと放射光の速度差による波長のずれが
一致して相互作用域を生じさせ得る電磁場形成手段の配
列としている。
【００１９】なお、電子ビームを予め集群化する方法と
して、例えば陰極にレーザー照射する形式の電子銃、Ｒ
Ｆ電子銃、又はバンチャーＲＦ空胴を用いることができ
る。第一、第二の方法では電子ビームは極短パルスで発
生するため最初から集群化された状態で発生する。第三
の方法では発生した電子ビームをバンチャーＲＦ空胴で
集群化させる。
して、例えば陰極にレーザー照射する形式の電子銃、Ｒ
Ｆ電子銃、又はバンチャーＲＦ空胴を用いることができ
る。第一、第二の方法では電子ビームは極短パルスで発
生するため最初から集群化された状態で発生する。第三
の方法では発生した電子ビームをバンチャーＲＦ空胴で
集群化させる。
【００２０】第三の発明では、電磁場の強さを１ピッチ
毎に強いものを配置し、電子ビームの速度を遅らせてそ
の遅れが丁度前記速度差に等しくなる強さとすることに
よって調整される。
毎に強いものを配置し、電子ビームの速度を遅らせてそ
の遅れが丁度前記速度差に等しくなる強さとすることに
よって調整される。
【００２１】第四の発明では、速度差調整手段の光路調
整器により放射光の進行を遅れさせることによってその
調整がなされる。
整器により放射光の進行を遅れさせることによってその
調整がなされる。
【００２２】いずれの方法による場合も、速度差の調整
をすることによって複数ヶ所の相互作用域を生じさせ、
これによって高効率に短波長のコヒーレント放射光が得
られる。
をすることによって複数ヶ所の相互作用域を生じさせ、
これによって高効率に短波長のコヒーレント放射光が得
られる。
【００２３】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１はこの発明の方法を実施する装置の第
一実施例の概略構成図である。図示の自由電子レーザー
（以下ＦＥＬという）発振装置は、電子銃１０と、ウィ
グラー磁場形成手段２０と、光共振器３０とから成る。
て説明する。図１はこの発明の方法を実施する装置の第
一実施例の概略構成図である。図示の自由電子レーザー
（以下ＦＥＬという）発振装置は、電子銃１０と、ウィ
グラー磁場形成手段２０と、光共振器３０とから成る。
【００２４】電子銃１０は、通常の電子銃と異なり、加
熱陰極カソード１１にレーザー１２のレーザー光を照射
して電子ビームを発生させるもので電子ビームの発生効
率が極めて高効率であり、かつレーザー１２の照射を超
高速で断続させ電子ビームをパルス列状に得る形式のも
のである。電子ビームのパルス列の周期は、例えば１ｐ
ｓｅｃ（＝１０-12 ｓｅｃ）又は１０ｆｓｅｃ（＝１０
-14 ｓｅｃ）程度のものが得られる。１３はアノード、
１４はキャビティである。
熱陰極カソード１１にレーザー１２のレーザー光を照射
して電子ビームを発生させるもので電子ビームの発生効
率が極めて高効率であり、かつレーザー１２の照射を超
高速で断続させ電子ビームをパルス列状に得る形式のも
のである。電子ビームのパルス列の周期は、例えば１ｐ
ｓｅｃ（＝１０-12 ｓｅｃ）又は１０ｆｓｅｃ（＝１０
-14 ｓｅｃ）程度のものが得られる。１３はアノード、
１４はキャビティである。
【００２５】上記電子銃１０は、電子ビームを供給する
手段であると共に、電子ビームを予め集群化する手段の
役目をする。レーザー１２で極めて短パルス、例えば１
０ｆｓｅｃのレーザー光を照射するとそれに対応して陰
極カソード１１から短パルスの電子ビームが放出され、
これによって発生した電子ビームは集群化された状態で
送り出され、これら電子ビームはアノード１３、キャビ
ティ１４で加速され光速に近い相対論的な速度に加速さ
れる。
手段であると共に、電子ビームを予め集群化する手段の
役目をする。レーザー１２で極めて短パルス、例えば１
０ｆｓｅｃのレーザー光を照射するとそれに対応して陰
極カソード１１から短パルスの電子ビームが放出され、
これによって発生した電子ビームは集群化された状態で
送り出され、これら電子ビームはアノード１３、キャビ
ティ１４で加速され光速に近い相対論的な速度に加速さ
れる。
【００２６】ウィグラー磁場形成手段２０は、通常のウ
ィグラー電磁石と同様に互いに隣り合う複数組の電磁石
の磁界の向きが１８０°周期的に異なるものを連続して
並べて設けたものから成る。しかし、通常の場合と異な
りその周期ピッチは後で説明するように所定の関係式を
満足するような特定の配置でなければならない。
ィグラー電磁石と同様に互いに隣り合う複数組の電磁石
の磁界の向きが１８０°周期的に異なるものを連続して
並べて設けたものから成る。しかし、通常の場合と異な
りその周期ピッチは後で説明するように所定の関係式を
満足するような特定の配置でなければならない。
【００２７】所定の関係式は次の通りである。ウィグラ
ー磁石のピッチ長λω、放射光の波長λｓ、電子ビーム
のパルス列間隔λB 、電子ビームの加速エネルギγ、ウ
ィグラー磁場との共鳴特性パラメータＫ、Ｍを任意の整
数とすると、 λｓ＝λω（１＋Ｋ2 ）／２γ2 λB ＝Ｍλｓ である。
ー磁石のピッチ長λω、放射光の波長λｓ、電子ビーム
のパルス列間隔λB 、電子ビームの加速エネルギγ、ウ
ィグラー磁場との共鳴特性パラメータＫ、Ｍを任意の整
数とすると、 λｓ＝λω（１＋Ｋ2 ）／２γ2 λB ＝Ｍλｓ である。
【００２８】光共振器３０は、通常の場合と同様に全反
射ミラー３１と半透ミラー３２から成り、系外には使用
済の電子ビームを処理するビームキャッチャ３３が設け
られている。
射ミラー３１と半透ミラー３２から成り、系外には使用
済の電子ビームを処理するビームキャッチャ３３が設け
られている。
【００２９】上記構成のＦＥＬ発振装置では、次のよう
にしてレーザー発振が行なわれる。図２、図３を参照し
て以下説明する。まず、図３に示すように、ウィグラー
磁場形成手段の電磁場内に送り込まれる電子ビームは予
め電子銃１０等によって所定の短パルス間隔を有する集
群化されたビームとして供給される。
にしてレーザー発振が行なわれる。図２、図３を参照し
て以下説明する。まず、図３に示すように、ウィグラー
磁場形成手段の電磁場内に送り込まれる電子ビームは予
め電子銃１０等によって所定の短パルス間隔を有する集
群化されたビームとして供給される。
【００３０】この短パルス状の電子ビームのパルス幅
は、例えば前述したように１ｐｓｅｃであるとすると、
集群化したビームの特性長
は、例えば前述したように１ｐｓｅｃであるとすると、
集群化したビームの特性長
【００３１】
【数１】 １ｂ３００μｍ
【００３２】であり、この集群化したビームと電磁場と
の相互作用で発生するコヒーレント放射光の波長はλｓ
＝１００μｍとなる。
の相互作用で発生するコヒーレント放射光の波長はλｓ
＝１００μｍとなる。
【００３３】今、仮りに図３の（ａ）に示すウィグラー
磁石の一番左側の位置で（ｂ）の電子軌道上を電子ビー
ムが進行するとすると、１つの電子ビームの集群化した
ものは（ｃ）に示すようにある特性長さｌｂの中で複数
列（図では例えば１〜５として示している。）に集群化
し、これがウィグラー磁石による電磁場との相互作用に
より放射光を放出する。
磁石の一番左側の位置で（ｂ）の電子軌道上を電子ビー
ムが進行するとすると、１つの電子ビームの集群化した
ものは（ｃ）に示すようにある特性長さｌｂの中で複数
列（図では例えば１〜５として示している。）に集群化
し、これがウィグラー磁石による電磁場との相互作用に
より放射光を放出する。
【００３４】上記集群化した１つの電子ビームは放射光
と共に同一方向へ進行するが、上記電子ビームは次のウ
ィグラー磁石のピッチの位置では光の速度の方が速いた
め１波長分遅れ、１波長ずれることになる。第３のピッ
チでは２波長ずれる。従って、この波長のずれはウィグ
ラーピッチが進むにつれて大きくなる。
と共に同一方向へ進行するが、上記電子ビームは次のウ
ィグラー磁石のピッチの位置では光の速度の方が速いた
め１波長分遅れ、１波長ずれることになる。第３のピッ
チでは２波長ずれる。従って、この波長のずれはウィグ
ラーピッチが進むにつれて大きくなる。
【００３５】上述したウィグラー磁石の多数のピッチに
対して、電子ビームのパルス列の周期、発生する放射光
の波長の間に何ら規則的な関係がないとすると、１度相
互作用をした電子ビームと放射光とは位相がずれるた
め、ウィグラー磁石との間で相互作用は再度生じないこ
とになる。
対して、電子ビームのパルス列の周期、発生する放射光
の波長の間に何ら規則的な関係がないとすると、１度相
互作用をした電子ビームと放射光とは位相がずれるた
め、ウィグラー磁石との間で相互作用は再度生じないこ
とになる。
【００３６】しかし、この実施例ではウィグラー磁石の
ピッチ長λω、放射光の波長λｓ、電子ビームのパルス
列間隔λB の間には上述した関係式を満足するような関
係がある。従って、図２の（ｃ）に示すように、まずウ
ィグラー磁石の第１ピッチ（磁石の上に示す数字）で相
互作用が生じたとすると、第２ピッチではλｓ、第３ピ
ッチでは２λｓと段々ずれが大きくなるが、第Ｍ＋１ピ
ッチではＭλｓ＝λBとなって再び放射光の波長と電子
ビームのパルス列とが一致し、相互作用が生じることに
なる。
ピッチ長λω、放射光の波長λｓ、電子ビームのパルス
列間隔λB の間には上述した関係式を満足するような関
係がある。従って、図２の（ｃ）に示すように、まずウ
ィグラー磁石の第１ピッチ（磁石の上に示す数字）で相
互作用が生じたとすると、第２ピッチではλｓ、第３ピ
ッチでは２λｓと段々ずれが大きくなるが、第Ｍ＋１ピ
ッチではＭλｓ＝λBとなって再び放射光の波長と電子
ビームのパルス列とが一致し、相互作用が生じることに
なる。
【００３７】例えばウィグラー磁場形成手段２０のウィ
グラー磁石が１００としＭ＝１０とすると、相互作用域
は９ヶ所生じることになり、相互作用域が１ヶ所のみの
場合よりはるかに効率よくコヒーレント放射光が生じる
ことになる。
グラー磁石が１００としＭ＝１０とすると、相互作用域
は９ヶ所生じることになり、相互作用域が１ヶ所のみの
場合よりはるかに効率よくコヒーレント放射光が生じる
ことになる。
【００３８】上記実施例では、予め電子ビームを集群化
する手段としてレーザー照射型の陰極を用いた電子銃１
０を一例とし説明したが、これ以外にもＲＦ電子銃、又
はバンチャーＲＦ空胴を用いる方法を採用することもで
きる。
する手段としてレーザー照射型の陰極を用いた電子銃１
０を一例とし説明したが、これ以外にもＲＦ電子銃、又
はバンチャーＲＦ空胴を用いる方法を採用することもで
きる。
【００３９】ＲＦ電子銃を用いる場合は、例えば陰極か
ら大電流の電子ビームが発生すると、自己電荷による振
動で電子ビームの電流波形が極短波長（例えば１００ｆ
ｓ〜１０ｆｓ）となり、この極短波長化によって電子ビ
ームは集群化される。
ら大電流の電子ビームが発生すると、自己電荷による振
動で電子ビームの電流波形が極短波長（例えば１００ｆ
ｓ〜１０ｆｓ）となり、この極短波長化によって電子ビ
ームは集群化される。
【００４０】バンチャーＲＦ空胴による場合は、ｃｗ電
子銃で発生した電子ビームに対しバンチャーＲＦ空胴中
で速度変調を加えてエネルギ分散により電子ビームを集
群化させる。
子銃で発生した電子ビームに対しバンチャーＲＦ空胴中
で速度変調を加えてエネルギ分散により電子ビームを集
群化させる。
【００４１】図４は、第二実施例の概略構成図である。
第一実施例では電子ビームと放射光との速度差による波
長のずれをウィグラー磁石の配列を特定の関係を満すよ
うにすることによって相互作用域を複数ヶ所発生するよ
うにしたが、この実施例では第一実施例とは異なり速度
差による波長のずれを生じさせないようにした例であ
る。
第一実施例では電子ビームと放射光との速度差による波
長のずれをウィグラー磁石の配列を特定の関係を満すよ
うにすることによって相互作用域を複数ヶ所発生するよ
うにしたが、この実施例では第一実施例とは異なり速度
差による波長のずれを生じさせないようにした例であ
る。
【００４２】ウィグラー磁場形成手段２０は、第一実施
例と同様なピッチで配列するが、第１ピッチと第２ピッ
チのウィグラー磁石との間にはこれらより強い磁場を与
え得るウィグラー磁石（符号１Ｘ、２Ｘ……で示す）が
配置されている。従って、この場合の電子ビームの軌道
は図４の（ｂ）のようになる。
例と同様なピッチで配列するが、第１ピッチと第２ピッ
チのウィグラー磁石との間にはこれらより強い磁場を与
え得るウィグラー磁石（符号１Ｘ、２Ｘ……で示す）が
配置されている。従って、この場合の電子ビームの軌道
は図４の（ｂ）のようになる。
【００４３】上記強い磁場の強さは、第１ピッチと第２
ピッチの間で電子ビームと放射光の速度差が丁度放射光
の波長λｓとなるように設定される。即ち、電子ビーム
は第２ピッチの位置では波長λｓ遅れ、放射光は電子ビ
ームの列の前のバンチ列に追いつき、時間的に空間的に
一致して相互作用を生じる。
ピッチの間で電子ビームと放射光の速度差が丁度放射光
の波長λｓとなるように設定される。即ち、電子ビーム
は第２ピッチの位置では波長λｓ遅れ、放射光は電子ビ
ームの列の前のバンチ列に追いつき、時間的に空間的に
一致して相互作用を生じる。
【００４４】ウィグラー磁石の磁場強度を大きくした場
合、図示のように電子ビームは進行方向と直角に大きく
振られ、その分進行方向の速度が減速されるからであ
る。
合、図示のように電子ビームは進行方向と直角に大きく
振られ、その分進行方向の速度が減速されるからであ
る。
【００４５】図５は第三実施例の概略構成図を示す。こ
の実施例も第二実施例と同様に速度差を調整する方法の
例である。
の実施例も第二実施例と同様に速度差を調整する方法の
例である。
【００４６】この実施例では、図４の第二実施例と同じ
強いウィグラー磁石を１つおきに設けるウィグラー磁場
形成手段２０の第一グループと、これと全く同じ構成の
第二グループのウィグラー磁場形成手段２０’との間に
光路調整器４０とビーム軌道路調整器５０から成る速度
差調整手段を設けている。
強いウィグラー磁石を１つおきに設けるウィグラー磁場
形成手段２０の第一グループと、これと全く同じ構成の
第二グループのウィグラー磁場形成手段２０’との間に
光路調整器４０とビーム軌道路調整器５０から成る速度
差調整手段を設けている。
【００４７】４１〜４６は全てミラーであり、４１、４
６は固定式、他は可動式である。５１〜５４は電子ビー
ムの軌道を変えるための偏向電磁石である。
６は固定式、他は可動式である。５１〜５４は電子ビー
ムの軌道を変えるための偏向電磁石である。
【００４８】この実施例では上記速度差調整手段の光路
調整器４０で第二実施例の場合と反対に光の進行を電子
ビームに対して遅らせて速度差を調整するようにしてい
る。
調整器４０で第二実施例の場合と反対に光の進行を電子
ビームに対して遅らせて速度差を調整するようにしてい
る。
【００４９】光路差調整器４０では多数のミラー４１〜
４６を組合せ、例えばミラー４２、４３及び４４、４５
を移動させて光路を長くすると光の進行が第二グループ
のウィグラー磁場形成手段２０’において電子ビームよ
り遅れるため、その遅れが電子ビームと放射光との進行
速度差に一致するように設定される。
４６を組合せ、例えばミラー４２、４３及び４４、４５
を移動させて光路を長くすると光の進行が第二グループ
のウィグラー磁場形成手段２０’において電子ビームよ
り遅れるため、その遅れが電子ビームと放射光との進行
速度差に一致するように設定される。
【００５０】ビーム軌道路調整器５０は、途中のミラー
４１、４６による光路上を直進できないため軌道を変え
るのに必要であるとして設けている。
４１、４６による光路上を直進できないため軌道を変え
るのに必要であるとして設けている。
【００５１】その他の構成要素については第一実施例と
同じであり、同じ構成要素には同一符号を付して説明は
省略している。
同じであり、同じ構成要素には同一符号を付して説明は
省略している。
【００５２】なお、上記実施例では、速度差を調整する
方法として主として磁場形成手段のピッチ、磁場強度の
大きさ、光路長さを調整することとしているが、この他
にもウィグラー磁場との共鳴特性パラメータＫに差異を
設けて調整する方法も採用し得る。
方法として主として磁場形成手段のピッチ、磁場強度の
大きさ、光路長さを調整することとしているが、この他
にもウィグラー磁場との共鳴特性パラメータＫに差異を
設けて調整する方法も採用し得る。
【００５３】
【効果】以上詳細に説明したように、この発明によるレ
ーザー発振方法では極めて短パルス間隔・電子ビームを
用いてこれを予め集群化し、その電子ビームと電磁場と
の相互作用で生じるコヒーレント放射光を電子ビームと
光の速度差を調整して複数の相互作用域で得るようにし
たから、極めて短波長のコヒーレント放射光を効率よく
得ることができるという大きな利点が得られる。
ーザー発振方法では極めて短パルス間隔・電子ビームを
用いてこれを予め集群化し、その電子ビームと電磁場と
の相互作用で生じるコヒーレント放射光を電子ビームと
光の速度差を調整して複数の相互作用域で得るようにし
たから、極めて短波長のコヒーレント放射光を効率よく
得ることができるという大きな利点が得られる。
【００５４】又、上記方法を実施する第二の発明の装置
は、速度差の調整を電磁場形成手段の配列により行なっ
ており、第三の発明では電磁場形成手段をその電磁場の
強さが上記速度差に等しくなるように電子ビームの速度
を調整するようにし、第四の発明では第三の発明の電磁
場形成手段の間に設けた速度差調整手段の光路調整器に
より放射光の速度を調整することとしたから、いずれの
発明においてもそれぞれ速度差が調整され複数の相互作
用域で短波長のコヒーレント放射光が効率よく得られる
という効果がある。
は、速度差の調整を電磁場形成手段の配列により行なっ
ており、第三の発明では電磁場形成手段をその電磁場の
強さが上記速度差に等しくなるように電子ビームの速度
を調整するようにし、第四の発明では第三の発明の電磁
場形成手段の間に設けた速度差調整手段の光路調整器に
より放射光の速度を調整することとしたから、いずれの
発明においてもそれぞれ速度差が調整され複数の相互作
用域で短波長のコヒーレント放射光が効率よく得られる
という効果がある。
【図１】第一実施例の自由電子レーザー発振装置の概略
構成図
構成図
【図２】作用を説明する図
【図３】作用を説明する図
【図４】第二実施例の自由電子レーザー発振装置の概略
構成図
構成図
【図５】第三実施例の自由電子レーザー発振装置の概略
構成図
構成図
１０ 電子銃 １１ カソード １２ レーザー １３ アノード １４ キャビティ ２０ ウィグラー磁場形成手段 ３０ 光共振器 ３１ 全反射ミラー ３２ 半透ミラー ３３ ビームキャッチャ ４０ 光路調整器 ５０ ビーム軌道路調整器
Claims (4)
- 【請求項１】 電子ビームをそのパルス列間隔が発生さ
せようとする光の波長の周期と同レベルとなるように予
め集群化し、これを周期的に変化する電磁場内に導入
し、電磁場内での電子ビームと光の速度差を調整して複
数の相互作用域でコヒーレント放射光を得、発生した放
射光を光共振器内で多数回往復させて自由電子レーザー
光を発振させることから成る自由電子レーザー発振方
法。 - 【請求項２】 電子ビームをそのパルス列間隔が発生さ
せようとする光の波長の周期と同レベルとなるように予
め集群化する電子ビーム集群化手段と、周期的に変化す
る電磁場を形成する電磁場形成手段と、発生した電磁波
の増幅を行なう光共振器とを備え、電磁場形成手段は周
期的に変化する電磁場の周期ピッチを予め所定の間隔と
して電子ビームと電磁場内で発生するコヒーレント放射
光との速度差を調整し、複数の相互作用域でコヒーレン
ト放射光を得るように電磁場を配置したものとして成る
自由電子レーザー発振装置。 - 【請求項３】 前記電磁場形成手段が周期的に変化する
電磁場の強さを１ピッチ毎に他より大きいものを配列
し、その電磁場の強さが電子ビームと放射光の速度差に
等しい速度に電子ビームの速度を調整する大きさとした
ものから成ることを特徴とする請求項２に記載の自由電
子レーザー発振装置。 - 【請求項４】 前記電磁場形成手段が、電磁場の強さが
１ピッチ毎に異なる構成としたものの間に速度差調整手
段を設け、速度差調整手段が光路調整器と電子ビーム軌
道路調整器から成るものとしたことを特徴とする請求項
３に記載の自由電子レーザー発振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5158988A JP2552423B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 自由電子レーザー発振方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5158988A JP2552423B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 自由電子レーザー発振方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722715A JPH0722715A (ja) | 1995-01-24 |
| JP2552423B2 true JP2552423B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=15683767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5158988A Expired - Lifetime JP2552423B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 自由電子レーザー発振方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2552423B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111081409A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-28 | 中国科学技术大学 | 极化方向可调的纵向渐变波荡器及采用其的太赫兹光源 |
| CN112217086A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-01-12 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种高脉冲能量谐振腔型自由电子激光*** |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0442987A (ja) * | 1990-06-06 | 1992-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | 自由電子レーザ |
| JPH05145201A (ja) * | 1991-11-19 | 1993-06-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 自由電子レーザの電子ビーム入射装置 |
| JPH05145200A (ja) * | 1991-11-19 | 1993-06-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 自由電子レーザ |
| JPH06326423A (ja) * | 1993-05-14 | 1994-11-25 | Hidetsugu Ikegami | サイクロバンチング・コヒーレント放射光の発生方法およびその装置 |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5158988A patent/JP2552423B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0722715A (ja) | 1995-01-24 |
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