JPH09232693A - 自由電子レーザ発生装置 - Google Patents
自由電子レーザ発生装置Info
- Publication number
- JPH09232693A JPH09232693A JP4131596A JP4131596A JPH09232693A JP H09232693 A JPH09232693 A JP H09232693A JP 4131596 A JP4131596 A JP 4131596A JP 4131596 A JP4131596 A JP 4131596A JP H09232693 A JPH09232693 A JP H09232693A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrons
- accelerating
- electron
- undulator
- accelerated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】コンパクトな装置により短波長の自由電子レー
ザを出力し、更に、自由電子レーザの波長を可変とする
自由電子レーザ装置を提供する。 【解決手段】電子銃８から出力された電子を周回軌道１
１に入射する電磁石９と、加速管１０により加速された
第１の加速電子を所定の波長で蛇行させるアンジュレー
タ２と、第１の加速電子の進行方向を偏向してアンジュ
レータに導く第１の加速電子偏向手段４ー１、４ー２
と、アンジュレータ２を通過した第１の加速電子の進行
方向を偏向して加速管に導く第２の加速電子偏向手段４
ー３、４ー４と、加速管１０により第１の加速電子を再
加速した第２の加速電子をアンジュレータ２に導く第３
の加速電子偏向手段４ー１、４ー５、４ー２とを備え
た。
ザを出力し、更に、自由電子レーザの波長を可変とする
自由電子レーザ装置を提供する。 【解決手段】電子銃８から出力された電子を周回軌道１
１に入射する電磁石９と、加速管１０により加速された
第１の加速電子を所定の波長で蛇行させるアンジュレー
タ２と、第１の加速電子の進行方向を偏向してアンジュ
レータに導く第１の加速電子偏向手段４ー１、４ー２
と、アンジュレータ２を通過した第１の加速電子の進行
方向を偏向して加速管に導く第２の加速電子偏向手段４
ー３、４ー４と、加速管１０により第１の加速電子を再
加速した第２の加速電子をアンジュレータ２に導く第３
の加速電子偏向手段４ー１、４ー５、４ー２とを備え
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、主に産業用、医
療用などに利用する自由電子レーザ発生装置に関するも
のである。
療用などに利用する自由電子レーザ発生装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、日本原子力学会編「入門自由電
子レーザ」１９９５年８月に示された従来の自由電子レ
ーザ発生装置を示す概略図であり、図において、１は電
子加速器、２はＮ極とＳ極が交互に配置されたアンジュ
レータ、３は出力ミラー、３ａは全反射ミラー、４、４
ａは偏向電磁石、５は電子加速器１から出力される球状
電子ビーム、６はシンクロトロン放射光、７は自由電子
レーザ（以後、free electoron laserを略称してＦＥＬ
と称す）である。
子レーザ」１９９５年８月に示された従来の自由電子レ
ーザ発生装置を示す概略図であり、図において、１は電
子加速器、２はＮ極とＳ極が交互に配置されたアンジュ
レータ、３は出力ミラー、３ａは全反射ミラー、４、４
ａは偏向電磁石、５は電子加速器１から出力される球状
電子ビーム、６はシンクロトロン放射光、７は自由電子
レーザ（以後、free electoron laserを略称してＦＥＬ
と称す）である。
【０００３】次に従来の自由電子レーザ発生装置の動作
について説明する。ＦＥＬは、光速に近い電子の塊が１
対の合わせ鏡（出力ミラー３、全反射ミラー３ａ）によ
り構成された光共振器の間に置かれたＮＳ極が交互に変
わる磁場によって、一定周期で蛇行する毎に発生するシ
ンクロトロン放射が干渉して生ずる位相のそろったコヒ
ーレントな単色光（レーザ）である。原理的にその波長
は電子エネルギーの大きさや磁場の強さにより任意に変
えられること、特に電子リニアックの場合、高密度で短
パルスの電子塊が得られるのでその出力はピコ秒パルス
でＭＷ級の高出力という大きな特徴を持つ。静止質量ｍ
0 の粒子の静止質量エネルギーも含めた全相対論的エネ
ルギーＥが次式で表されることから、質量とエネルギー
の等価性を理論的に示すと次式となる。 Ｅ＝ｍ0 ｃ2 （１− Ｖ2 ／ｃ2 ）-1/2 （１） ここで、ｃは光速で、粒子の速さＶがｃに比べて小さい
と（１）は次式で近似できる。 Ｅ＝ｍ0ｃ2＋（１／２）ｍ0 Ｖ2 ＋（３／８）ｍ0 Ｖ2 ＊（Ｖ2／ｃ2） ＋（５／１６）ｍ0ｃ2＊（Ｖ2／ｃ2）2 ＋… （２） これは質量とエネルギーの等価性を示すアインシュタイ
ンの関係を示し、化学反応や核反応による熱エネルギー
も反応物質の静止質量変化から説明できる。右辺の第１
項は粒子の静止エネルギーであり、第２項以下の和は運
動エネルギーＥk である。すなわち、 Ｅk ＝Ｅ−ｍ0ｃ2 ＝（１／２）ｍ0 Ｖ2｛１＋（３／４）Ｖ2／ｃ2 ＋（５／８）＊（Ｖ2／ｃ2）2＋・｝ （３） Ｖ／ｃ＝βとし、ローレンツ（Ｌｏｒｅｎｔｚ）因子γ
を用いて式（１）、（３）を書き換えると、 γ＝Ｅk ／ｍ0ｃ2 ＋１＝（１−β2 ）-1/2 （４） となり、γは粒子の静止エネルギー、ｍ0ｃ2 を単位と
する粒子の全エネルギー（運動エネルギー＋静止エネル
ギー）を表す。図１０にアンジュレータ２の交互に配置
されたＮ極とＳ極による高速電子の規則正しい蛇行によ
って放射されるシンクロトロン放射光６（以後、synchr
otoronradiationを省略しＳＲと称す）の特徴を示し
た。電子の振動によって電波が発生する。振動する電子
が高速Ｖで進行すると、ドップラー効果によって電波の
振動数は増加して電波の波長は短くなり、条件により赤
外光、可視光、あるいは紫外光となる。このように高速
電子が周期的に蛇行すると、蛇行毎に放射されるＳＲの
方向が揃い、進行方向に放射されるＳＲの強さはＮ回の
蛇行で２Ｎ倍となる。さらに規則正しい蛇行の回数が増
え蛇行毎に放射される光の位相が、特定の波長λR の光
の位相と揃い同じになると干渉効果によって波長λR の
光の強度は実に４Ｎ2 倍となる。また光のスペクトル幅
（Δλ／λ）は１／２Ｎ程度の準単色光となる。同時に
蛇行によって電子は周期的に加速・減速の力を受けて電
子群は波長λR の間隔になるマイクロバンチ化（極めて
狭い空間領域に集群化）される。アンジュレータ２が長
いとマイクロバンチ化された球状電子ビーム５によって
図１０に示すように光の位相が揃ったコヒーレント光
（self ampified sponteaneous emission ,ＳＡＳＥ）
が発生する。 なお、アンジュレータ２のように電子を
蛇行させて高輝度のＳＲを発生させる装置は、蓄積リン
グなどの直線部に挿入されて用いられるので挿入装置
（insertion device)と呼ばれる。 図１０に示した１
蛇行周期長λ0 、周期数Ｎを持つアンジュレータ２内
を、速度Ｖ、バンチ長σZ の電子群が時間ｔかかってＮ
回蛇行しアンジュレータ２を通過したとする。この時、
球状電子群が最初の蛇行で発生した特定波長λR の光子
群は出口に到達した球状電子群より（ｃ−Ｖ）ｔだけ先
行しており、この後に２回目以降の蛇行毎に発生した特
定波長λR の光子群が続き、結局全部でＮ個の光子群と
なる、すなわち、 λR ＝（ｃ−Ｖ）ｔ／Ｎ＝λ0 （１−β）／β （５） 高速電子の相対速度βが１に近づくと、式（４）から、 （１−β）／β＝（１−β2 ）／［β（１＋β）］ １／（２γ2 ） （６） が導かれ、（５）は次式で表される、 λR ＝ λ0 ／（２γ2 ） （７） 正確には蛇行による電子走行距離の伸びを考慮する必要
があり、その場合アンジュレータ２得られる共振波長λ
R は次式で表される。 λR ＝λ0 （１＋Ｋ2 ／２）／（２γ2 ） （８） ここで、ＫはＫ値と称し、電子の蛇行（近似的には正弦
波運動）を特徴づけるパラメータであり、 Ｋ＝９３．４Ｂ0 λ0 （９） である。ここで、Ｂ0 ［Ｔ］，λ0 ［ｍ］は、それぞ
れ、アンジュレータ２のピーク磁場強度、およびアンジ
ュレータの１周期長である。式（８）より、アンジュレ
ータで得られる共振波長λR は、電子のエネルギー
（γ）、アンジュレータの１周期長（λ0 ）、およびピ
ーク磁場強度（Ｂ0 ）により任意の波長に選択でき、こ
の点に自由電子レーザは大きな特徴がある。 図９に示
すの自由電子レーザ発振装置は、球状電子ビーム５を供
給する電子加速器１と球状電子ビーム５を蛇行させるア
ンジュレータ２、アンジュレータ２を挟むように配置さ
れた一対のミラー３、３ａを含む光共振器から構成され
る。 一対のミラー３、３ａ間の距離を調節することに
より、球状電子ビーム５の規則的蛇行によりアンジュレ
ータで発生した波長λR の球状光ビームをミラー３、３
ａ間で共振させ、かつ往復させて、後続する球状電子ビ
ーム５がアンジュレータ２を通過するごとに球状電子ビ
ーム５と光ビームをぴったり重ね合わせ、電子のエネル
ギーを光ビームのエネルギーへ移すことにより光パワー
を増幅する。これにより、一対のミラー３、３ａはアン
ジュレータ２の長さを何百倍にもする働きをする。 球
状電子ビーム５がアンジュレータ２を通過するとき光が
得るパワー利得をＧ とし、光がミラー３、３ａ間を往
復すると２回ミラーで反射するが、その際の損失をαと
すると、両ビームがアンジュレータを入口から出口まで
通過するごとに光パワーは［１＋（Ｇ−α）］倍にな
る。したがって、光ビームがアンジュレータ２を球状電
子ビーム５と重なり合ってｎ回往復すると光パワーは徐
々に増加し、最終的には［１＋（Ｇ−α）］n 倍にな
る。たとえば、Ｇ−α＝０．１６、ｎ＝１３０の場合で
は光パワーは２．４×１０8 倍となる。 球状電子ビー
ム５が連続して供給され、利得も損失もパワーレベルに
よって変わらないとして、光共振器長（一対のミラー間
距離）をＬc 、自発放射光パワーをＰo 、ＦＥＬ飽和パ
ワーをＰs とすると、光パワーが徐々に増加して、これ
以上増加しない、いわゆる飽和に達するまでの時間τｓ
は次式で与えられる。 τｓ （μｓ）＝２（Ｌc ／ｃ）１ｎ（Ｐs ／Ｐo ） ／１ｎ［（１＋Ｇ）（１−α］ （１０） ＦＥＬ出力波形の立ち上がりから（Ｇ−α）の値が、ま
た波形の減衰からαの値が実験的に求められるが、周期
数Ｎのアンジュレータの利得ＧN uは次式のように理論的
にも求められる。 ＧN u ∝λ0 2Ｎ3 Ｋ2 γ-3 （１１）
について説明する。ＦＥＬは、光速に近い電子の塊が１
対の合わせ鏡（出力ミラー３、全反射ミラー３ａ）によ
り構成された光共振器の間に置かれたＮＳ極が交互に変
わる磁場によって、一定周期で蛇行する毎に発生するシ
ンクロトロン放射が干渉して生ずる位相のそろったコヒ
ーレントな単色光（レーザ）である。原理的にその波長
は電子エネルギーの大きさや磁場の強さにより任意に変
えられること、特に電子リニアックの場合、高密度で短
パルスの電子塊が得られるのでその出力はピコ秒パルス
でＭＷ級の高出力という大きな特徴を持つ。静止質量ｍ
0 の粒子の静止質量エネルギーも含めた全相対論的エネ
ルギーＥが次式で表されることから、質量とエネルギー
の等価性を理論的に示すと次式となる。 Ｅ＝ｍ0 ｃ2 （１− Ｖ2 ／ｃ2 ）-1/2 （１） ここで、ｃは光速で、粒子の速さＶがｃに比べて小さい
と（１）は次式で近似できる。 Ｅ＝ｍ0ｃ2＋（１／２）ｍ0 Ｖ2 ＋（３／８）ｍ0 Ｖ2 ＊（Ｖ2／ｃ2） ＋（５／１６）ｍ0ｃ2＊（Ｖ2／ｃ2）2 ＋… （２） これは質量とエネルギーの等価性を示すアインシュタイ
ンの関係を示し、化学反応や核反応による熱エネルギー
も反応物質の静止質量変化から説明できる。右辺の第１
項は粒子の静止エネルギーであり、第２項以下の和は運
動エネルギーＥk である。すなわち、 Ｅk ＝Ｅ−ｍ0ｃ2 ＝（１／２）ｍ0 Ｖ2｛１＋（３／４）Ｖ2／ｃ2 ＋（５／８）＊（Ｖ2／ｃ2）2＋・｝ （３） Ｖ／ｃ＝βとし、ローレンツ（Ｌｏｒｅｎｔｚ）因子γ
を用いて式（１）、（３）を書き換えると、 γ＝Ｅk ／ｍ0ｃ2 ＋１＝（１−β2 ）-1/2 （４） となり、γは粒子の静止エネルギー、ｍ0ｃ2 を単位と
する粒子の全エネルギー（運動エネルギー＋静止エネル
ギー）を表す。図１０にアンジュレータ２の交互に配置
されたＮ極とＳ極による高速電子の規則正しい蛇行によ
って放射されるシンクロトロン放射光６（以後、synchr
otoronradiationを省略しＳＲと称す）の特徴を示し
た。電子の振動によって電波が発生する。振動する電子
が高速Ｖで進行すると、ドップラー効果によって電波の
振動数は増加して電波の波長は短くなり、条件により赤
外光、可視光、あるいは紫外光となる。このように高速
電子が周期的に蛇行すると、蛇行毎に放射されるＳＲの
方向が揃い、進行方向に放射されるＳＲの強さはＮ回の
蛇行で２Ｎ倍となる。さらに規則正しい蛇行の回数が増
え蛇行毎に放射される光の位相が、特定の波長λR の光
の位相と揃い同じになると干渉効果によって波長λR の
光の強度は実に４Ｎ2 倍となる。また光のスペクトル幅
（Δλ／λ）は１／２Ｎ程度の準単色光となる。同時に
蛇行によって電子は周期的に加速・減速の力を受けて電
子群は波長λR の間隔になるマイクロバンチ化（極めて
狭い空間領域に集群化）される。アンジュレータ２が長
いとマイクロバンチ化された球状電子ビーム５によって
図１０に示すように光の位相が揃ったコヒーレント光
（self ampified sponteaneous emission ,ＳＡＳＥ）
が発生する。 なお、アンジュレータ２のように電子を
蛇行させて高輝度のＳＲを発生させる装置は、蓄積リン
グなどの直線部に挿入されて用いられるので挿入装置
（insertion device)と呼ばれる。 図１０に示した１
蛇行周期長λ0 、周期数Ｎを持つアンジュレータ２内
を、速度Ｖ、バンチ長σZ の電子群が時間ｔかかってＮ
回蛇行しアンジュレータ２を通過したとする。この時、
球状電子群が最初の蛇行で発生した特定波長λR の光子
群は出口に到達した球状電子群より（ｃ−Ｖ）ｔだけ先
行しており、この後に２回目以降の蛇行毎に発生した特
定波長λR の光子群が続き、結局全部でＮ個の光子群と
なる、すなわち、 λR ＝（ｃ−Ｖ）ｔ／Ｎ＝λ0 （１−β）／β （５） 高速電子の相対速度βが１に近づくと、式（４）から、 （１−β）／β＝（１−β2 ）／［β（１＋β）］ １／（２γ2 ） （６） が導かれ、（５）は次式で表される、 λR ＝ λ0 ／（２γ2 ） （７） 正確には蛇行による電子走行距離の伸びを考慮する必要
があり、その場合アンジュレータ２得られる共振波長λ
R は次式で表される。 λR ＝λ0 （１＋Ｋ2 ／２）／（２γ2 ） （８） ここで、ＫはＫ値と称し、電子の蛇行（近似的には正弦
波運動）を特徴づけるパラメータであり、 Ｋ＝９３．４Ｂ0 λ0 （９） である。ここで、Ｂ0 ［Ｔ］，λ0 ［ｍ］は、それぞ
れ、アンジュレータ２のピーク磁場強度、およびアンジ
ュレータの１周期長である。式（８）より、アンジュレ
ータで得られる共振波長λR は、電子のエネルギー
（γ）、アンジュレータの１周期長（λ0 ）、およびピ
ーク磁場強度（Ｂ0 ）により任意の波長に選択でき、こ
の点に自由電子レーザは大きな特徴がある。 図９に示
すの自由電子レーザ発振装置は、球状電子ビーム５を供
給する電子加速器１と球状電子ビーム５を蛇行させるア
ンジュレータ２、アンジュレータ２を挟むように配置さ
れた一対のミラー３、３ａを含む光共振器から構成され
る。 一対のミラー３、３ａ間の距離を調節することに
より、球状電子ビーム５の規則的蛇行によりアンジュレ
ータで発生した波長λR の球状光ビームをミラー３、３
ａ間で共振させ、かつ往復させて、後続する球状電子ビ
ーム５がアンジュレータ２を通過するごとに球状電子ビ
ーム５と光ビームをぴったり重ね合わせ、電子のエネル
ギーを光ビームのエネルギーへ移すことにより光パワー
を増幅する。これにより、一対のミラー３、３ａはアン
ジュレータ２の長さを何百倍にもする働きをする。 球
状電子ビーム５がアンジュレータ２を通過するとき光が
得るパワー利得をＧ とし、光がミラー３、３ａ間を往
復すると２回ミラーで反射するが、その際の損失をαと
すると、両ビームがアンジュレータを入口から出口まで
通過するごとに光パワーは［１＋（Ｇ−α）］倍にな
る。したがって、光ビームがアンジュレータ２を球状電
子ビーム５と重なり合ってｎ回往復すると光パワーは徐
々に増加し、最終的には［１＋（Ｇ−α）］n 倍にな
る。たとえば、Ｇ−α＝０．１６、ｎ＝１３０の場合で
は光パワーは２．４×１０8 倍となる。 球状電子ビー
ム５が連続して供給され、利得も損失もパワーレベルに
よって変わらないとして、光共振器長（一対のミラー間
距離）をＬc 、自発放射光パワーをＰo 、ＦＥＬ飽和パ
ワーをＰs とすると、光パワーが徐々に増加して、これ
以上増加しない、いわゆる飽和に達するまでの時間τｓ
は次式で与えられる。 τｓ （μｓ）＝２（Ｌc ／ｃ）１ｎ（Ｐs ／Ｐo ） ／１ｎ［（１＋Ｇ）（１−α］ （１０） ＦＥＬ出力波形の立ち上がりから（Ｇ−α）の値が、ま
た波形の減衰からαの値が実験的に求められるが、周期
数Ｎのアンジュレータの利得ＧN uは次式のように理論的
にも求められる。 ＧN u ∝λ0 2Ｎ3 Ｋ2 γ-3 （１１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の自由電子レーザ
装置は以上のように構成されているので、短波長のＦＥ
Ｌを得るためには大規模な電子加速器１が必要となり、
異なった波長のＦＥＬを発生するためには複数台のアン
ジュレータ２が必要となるなどの問題点があった。
装置は以上のように構成されているので、短波長のＦＥ
Ｌを得るためには大規模な電子加速器１が必要となり、
異なった波長のＦＥＬを発生するためには複数台のアン
ジュレータ２が必要となるなどの問題点があった。
【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、コンパクトな装置により短波長
のＦＥＬを得ることができる自由電子レーザ装置を提供
すること、また、異なった波長のＦＥＬを発生すること
のできる自由電子レーザ装置を提供することを目的とす
る。
ためになされたもので、コンパクトな装置により短波長
のＦＥＬを得ることができる自由電子レーザ装置を提供
すること、また、異なった波長のＦＥＬを発生すること
のできる自由電子レーザ装置を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる自由電
子レーザ発生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電
子を周回軌道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電
子を加速する加速管と、加速された電子を所定の波長で
蛇行させるアンジュレータと、前記加速管による第１の
加速電子の進行方向を偏向して前記アンジュレータに導
く第１の加速電子偏向手段と、前記アンジュレータを通
過した前記第１の加速電子の進行方向を偏向して前記加
速管に導く第２の加速電子偏向手段と、前記加速管によ
り前記第１の加速電子を再加速した第２の加速電子を前
記アンジュレータに導く第３の加速電子偏向手段とを備
えたものである。
子レーザ発生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電
子を周回軌道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電
子を加速する加速管と、加速された電子を所定の波長で
蛇行させるアンジュレータと、前記加速管による第１の
加速電子の進行方向を偏向して前記アンジュレータに導
く第１の加速電子偏向手段と、前記アンジュレータを通
過した前記第１の加速電子の進行方向を偏向して前記加
速管に導く第２の加速電子偏向手段と、前記加速管によ
り前記第１の加速電子を再加速した第２の加速電子を前
記アンジュレータに導く第３の加速電子偏向手段とを備
えたものである。
【０００７】また、次の発明に係わる自由電子レーザ発
生装置は、第１の加速電子と第２の加速電子のエネルギ
ーに応じた異なる波長の自由電子レーザを発振するもの
である。
生装置は、第１の加速電子と第２の加速電子のエネルギ
ーに応じた異なる波長の自由電子レーザを発振するもの
である。
【０００８】また、次の発明に係わる自由電子レーザ発
生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電子を周回軌
道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加速す
る加速管と、周回軌道上に配置され、加速された電子を
異なる周波数で蛇行させる複数のアンジュレータと、前
記加速管による加速電子の進行方向を偏向して前記アン
ジュレータに導く第１の加速電子偏向手段とを備えたも
のである。
生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電子を周回軌
道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加速す
る加速管と、周回軌道上に配置され、加速された電子を
異なる周波数で蛇行させる複数のアンジュレータと、前
記加速管による加速電子の進行方向を偏向して前記アン
ジュレータに導く第１の加速電子偏向手段とを備えたも
のである。
【０００９】また、次の発明に係わる自由電子レーザ発
生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電子を周回軌
道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加速す
る加速管と、加速された電子を所定の波長で蛇行させる
アンジュレータと、前記加速管による加速電子の進行方
向を偏向して前記アンジュレータに導く第１の加速電子
偏向手段と、前記アンジュレータ内に配列され前記加速
電子を蛇行させる電磁石の磁場強度を変化する電源とを
備えたものである。
生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電子を周回軌
道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加速す
る加速管と、加速された電子を所定の波長で蛇行させる
アンジュレータと、前記加速管による加速電子の進行方
向を偏向して前記アンジュレータに導く第１の加速電子
偏向手段と、前記アンジュレータ内に配列され前記加速
電子を蛇行させる電磁石の磁場強度を変化する電源とを
備えたものである。
【００１０】また、次の発明に係わる自由電子レーザ発
生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電子を周回軌
道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子の速度を
可変に加速する加速管と、加速された電子を所定の波長
で蛇行させるアンジュレータと、前記加速管による加速
電子の進行方向を偏向して前記アンジュレータに導く第
１の加速電子偏向手段とを備えたものである。
生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電子を周回軌
道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子の速度を
可変に加速する加速管と、加速された電子を所定の波長
で蛇行させるアンジュレータと、前記加速管による加速
電子の進行方向を偏向して前記アンジュレータに導く第
１の加速電子偏向手段とを備えたものである。
【００１１】また、次の発明に係わる自由電子レーザ発
生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電子を周回軌
道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加速す
る加速管と、真空チエンバーに内包されて加速された電
子を蛇行させるアンジュレータと、このアンジュレータ
内に周回軌道に面して対向して配置された磁石の間隙を
調整する間隙調整手段と、前記加速管による加速電子の
進行方向を偏向して前記アンジュレータに導く第１の加
速電子偏向手段とを備えたものである。
生装置は、電子を発生する電子銃と、前記電子を周回軌
道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加速す
る加速管と、真空チエンバーに内包されて加速された電
子を蛇行させるアンジュレータと、このアンジュレータ
内に周回軌道に面して対向して配置された磁石の間隙を
調整する間隙調整手段と、前記加速管による加速電子の
進行方向を偏向して前記アンジュレータに導く第１の加
速電子偏向手段とを備えたものである。
【００１２】また、次の発明に係わる自由電子レーザ発
生装置は、電子銃は、ピアス型の電子銃とサブハーモニ
ックバンチャーと定在波加速管の組み合わせによるもの
であるものである。
生装置は、電子銃は、ピアス型の電子銃とサブハーモニ
ックバンチャーと定在波加速管の組み合わせによるもの
であるものである。
【００１３】更に、次の発明に係わる自由電子レーザ発
生装置は、電子銃は、ＲＦ電子銃のフォトカソードに、
他のレーザ装置が出力するＲＦ周波数の整数倍の周波数
のレーザ光を照射し、レーザ光の周波数に同期して電子
を発生するものである。
生装置は、電子銃は、ＲＦ電子銃のフォトカソードに、
他のレーザ装置が出力するＲＦ周波数の整数倍の周波数
のレーザ光を照射し、レーザ光の周波数に同期して電子
を発生するものである。
【００１４】
実施の形態１．以下、この発明の一実施の形態を図につ
いて説明する．図１は実施の形態１による自由電子レー
ザ装置を示す構成図である。図中、図９と同一符号は同
一又は相当部分を示し説明を省略する。図１において、
４ー１、４ー２、４ー３、４ー４、４ー５は偏向磁石で
あり、偏向磁石４ー１、４ー２により第１の偏向手段
を、偏向磁石４ー３、４ー４により第２の偏向手段を、
偏向磁石４ー３、４ー４、４ー５により第３の偏向手段
を構成する、８はＲＦ周波数（以後、radio freqenceを
省略してＲＦと称す）で電子を加速して出力するＲＦ電
子銃、９はＲＦ電子銃８が発生する電子を周回軌道に入
射するアルファ電磁石、１０は例えば周波数２８５６Ｍ
Ｈｚ，パルス幅１０μＳのＲＦ電子銃８のＲＦ周波数と
同期して電子ビームを加速する加速管であり、例えば周
波数２８５６ＭＨｚ，パルス幅１０μＳのマイクロ波の
電流により駆動される。１１は電子ビームの周回軌道で
ある。
いて説明する．図１は実施の形態１による自由電子レー
ザ装置を示す構成図である。図中、図９と同一符号は同
一又は相当部分を示し説明を省略する。図１において、
４ー１、４ー２、４ー３、４ー４、４ー５は偏向磁石で
あり、偏向磁石４ー１、４ー２により第１の偏向手段
を、偏向磁石４ー３、４ー４により第２の偏向手段を、
偏向磁石４ー３、４ー４、４ー５により第３の偏向手段
を構成する、８はＲＦ周波数（以後、radio freqenceを
省略してＲＦと称す）で電子を加速して出力するＲＦ電
子銃、９はＲＦ電子銃８が発生する電子を周回軌道に入
射するアルファ電磁石、１０は例えば周波数２８５６Ｍ
Ｈｚ，パルス幅１０μＳのＲＦ電子銃８のＲＦ周波数と
同期して電子ビームを加速する加速管であり、例えば周
波数２８５６ＭＨｚ，パルス幅１０μＳのマイクロ波の
電流により駆動される。１１は電子ビームの周回軌道で
ある。
【００１５】次に、この発明の自由電子レーザ装置の動
作を説明する。ＲＦ電子銃８から発生した電子ビームは
アルファ電磁石９により曲げられ加速管１０に導かれて
加速され、エネルギーを増す。偏向電磁石４ー１により
軌道を曲げられ、偏向電磁石４ー２により再び曲げられ
加速管１０と平行になり、アンジュレータ２を通過し、
ここで発生したＳＲによりミラー３、３ａ間でＦＥＬを
発生し、出力ミラー３よりＦＥＬが出力される。アンジ
ュレータ２を通過した電子ビームは再び、偏向電磁石４
ー３、４ー４により曲げられ加速管１０により更にエネ
ルギーを増加される。２回目の加速管１０による加速に
より電子ビームの速度は増加しているので、偏向電磁石
４ー１による電子ビームの偏向曲率は大きくなるので、
この偏向曲率に見合った位置に設置された偏向電磁石４
ー５により周回軌道を修正し、更に、偏向電磁石４ー２
により曲げられアンジュレータ２に導かれる。電子ビー
ムがアンジュレータ２を再び通過する時はより短波長の
ＦＥＬを発生させる。最後に、電子ビームは偏向電磁石
４ー３により偏向され捨てられる。また、１回目の加速
管１０により加速された電子ビームのアンジュレータ２
の通過時軌道をミラー３、３ａ間中心より、ずらすこと
により、２回目の加速管１０により加速された電子ビー
ムによる短波長のＦＥＬだけを取り出すこともできる。
作を説明する。ＲＦ電子銃８から発生した電子ビームは
アルファ電磁石９により曲げられ加速管１０に導かれて
加速され、エネルギーを増す。偏向電磁石４ー１により
軌道を曲げられ、偏向電磁石４ー２により再び曲げられ
加速管１０と平行になり、アンジュレータ２を通過し、
ここで発生したＳＲによりミラー３、３ａ間でＦＥＬを
発生し、出力ミラー３よりＦＥＬが出力される。アンジ
ュレータ２を通過した電子ビームは再び、偏向電磁石４
ー３、４ー４により曲げられ加速管１０により更にエネ
ルギーを増加される。２回目の加速管１０による加速に
より電子ビームの速度は増加しているので、偏向電磁石
４ー１による電子ビームの偏向曲率は大きくなるので、
この偏向曲率に見合った位置に設置された偏向電磁石４
ー５により周回軌道を修正し、更に、偏向電磁石４ー２
により曲げられアンジュレータ２に導かれる。電子ビー
ムがアンジュレータ２を再び通過する時はより短波長の
ＦＥＬを発生させる。最後に、電子ビームは偏向電磁石
４ー３により偏向され捨てられる。また、１回目の加速
管１０により加速された電子ビームのアンジュレータ２
の通過時軌道をミラー３、３ａ間中心より、ずらすこと
により、２回目の加速管１０により加速された電子ビー
ムによる短波長のＦＥＬだけを取り出すこともできる。
【００１６】尚、この実施の形態では、加速管１０によ
り電子ビームを２回加速する例について説明したが、加
速管１０により３回以上加速して電子ビームのエネルギ
ーＥを増すことにより、より短波長のＦＥＬを得ること
ができる。この場合、電子ビームの速度に応じて偏向磁
石４の磁界強度を制御して電子ビームを所定の周回軌道
上に保つことが必要である。
り電子ビームを２回加速する例について説明したが、加
速管１０により３回以上加速して電子ビームのエネルギ
ーＥを増すことにより、より短波長のＦＥＬを得ること
ができる。この場合、電子ビームの速度に応じて偏向磁
石４の磁界強度を制御して電子ビームを所定の周回軌道
上に保つことが必要である。
【００１７】また、１回目の加速管１０により加速され
た電子のエネルギーをＥとすると、２回目の加速管１０
により加速された電子のエネルギーは２Ｅとなる。ＦＥ
Ｌの波長λは、 λ＝λw（１＋Ｋ2）／２γ2 （１２） γ＝１＋Ｅ／ｍ0ｃ2 （１３） Ｋ∝Ｂ0λw （１４） となる。ここで、λwはアンジュレータ２に配列された
磁石のピッチ、Ｅは電子のエネルギーである。従って、
加速管１０のエネルギーゲインを調整することにより波
長を制御することもできる。
た電子のエネルギーをＥとすると、２回目の加速管１０
により加速された電子のエネルギーは２Ｅとなる。ＦＥ
Ｌの波長λは、 λ＝λw（１＋Ｋ2）／２γ2 （１２） γ＝１＋Ｅ／ｍ0ｃ2 （１３） Ｋ∝Ｂ0λw （１４） となる。ここで、λwはアンジュレータ２に配列された
磁石のピッチ、Ｅは電子のエネルギーである。従って、
加速管１０のエネルギーゲインを調整することにより波
長を制御することもできる。
【００１８】実施の形態２．実施の形態１では、アンジ
ュレータ２を１つを使用した例を示したが、実施の形態
２ではアンジュレータを２台使用した自由電子レーザ装
置について説明する。図２は実施の形態２による自由電
子レーザ装置を示す構成図である。図中、図１と同一符
号は同一又は相当部分を示し説明を省略する。図２にお
いて、２ａは周回軌道上にアンジュレータ２と直列に設
置されたアンジュレータであり、アンジュレータ２とは
式（１４）に示すＫ値が異なり、同一エネルギーの電子
ビームが通過しても発振するＦＥＬの波長λは互いに異
なる。このようにＫ値が異なるアンジュレータ２、２ａ
を周回軌道上に直列に設置して、異なった波長のＦＥＬ
を発生させることができる。
ュレータ２を１つを使用した例を示したが、実施の形態
２ではアンジュレータを２台使用した自由電子レーザ装
置について説明する。図２は実施の形態２による自由電
子レーザ装置を示す構成図である。図中、図１と同一符
号は同一又は相当部分を示し説明を省略する。図２にお
いて、２ａは周回軌道上にアンジュレータ２と直列に設
置されたアンジュレータであり、アンジュレータ２とは
式（１４）に示すＫ値が異なり、同一エネルギーの電子
ビームが通過しても発振するＦＥＬの波長λは互いに異
なる。このようにＫ値が異なるアンジュレータ２、２ａ
を周回軌道上に直列に設置して、異なった波長のＦＥＬ
を発生させることができる。
【００１９】実施の形態３．実施の形態２では、アンジ
ュレータを２つ使用した例を示したが、実施の形態３で
は１台のアンジュレータの磁場強度を制御する自由電子
レーザ装置について説明する。図３は実施の形態３によ
る自由電子レーザ装置を示す構成図である。図中、図１
と同一符号は同一又は相当部分を示し説明を省略する。
２ｂは配列されたＮ極、Ｓ極の磁石が電磁石により構成
され、この電磁石の励磁コイルの電流を制御することに
より式（１４）に示すピーク磁場強度Ｂ0を変化するこ
とができるアンジュレータ、１１はアンジュレータ２ｂ
の電磁石の励磁コイルの電流を制御するパルス電源であ
る。図４はパルス電源１１が電磁石の励磁コイルに供給
するパルス電流とＦＥＬの波長λとの関係を説明する説
明図であり、パルス電流が大きい時には式（１４）のＢ
0が増加しＫ値が増加するので式（１２）によりＦＥＬ
の波長λは長くなり、逆にパルス電流が小さい時にはＦ
ＥＬの波長λは短くなる。このようにアンジュレータ２
ｂの発生するピーク磁場強度を制御することにより異な
った波長のＦＥＬを発生させることができる。
ュレータを２つ使用した例を示したが、実施の形態３で
は１台のアンジュレータの磁場強度を制御する自由電子
レーザ装置について説明する。図３は実施の形態３によ
る自由電子レーザ装置を示す構成図である。図中、図１
と同一符号は同一又は相当部分を示し説明を省略する。
２ｂは配列されたＮ極、Ｓ極の磁石が電磁石により構成
され、この電磁石の励磁コイルの電流を制御することに
より式（１４）に示すピーク磁場強度Ｂ0を変化するこ
とができるアンジュレータ、１１はアンジュレータ２ｂ
の電磁石の励磁コイルの電流を制御するパルス電源であ
る。図４はパルス電源１１が電磁石の励磁コイルに供給
するパルス電流とＦＥＬの波長λとの関係を説明する説
明図であり、パルス電流が大きい時には式（１４）のＢ
0が増加しＫ値が増加するので式（１２）によりＦＥＬ
の波長λは長くなり、逆にパルス電流が小さい時にはＦ
ＥＬの波長λは短くなる。このようにアンジュレータ２
ｂの発生するピーク磁場強度を制御することにより異な
った波長のＦＥＬを発生させることができる。
【００２０】尚、電磁石の励磁コイルに供給する電流を
パルス電流とし、周期的に電流を流すことにより、一定
の直流電流を流すより励磁コイルの発熱量が減少し電流
量を増加することができるので、磁場強度を増加するこ
とができる。
パルス電流とし、周期的に電流を流すことにより、一定
の直流電流を流すより励磁コイルの発熱量が減少し電流
量を増加することができるので、磁場強度を増加するこ
とができる。
【００２１】実施の形態４．実施の形態３では、アンジ
ュレータに異なる強度のパルス磁場を印加するようにし
たが、実施の形態４では加速管１０の加速エネルギーを
制御する自由電子レーザ装置について説明する。図５は
実施の形態４による自由電子レーザ装置を示す構成図で
ある。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し
説明を省略する。 図において、１０ａは電子ビームの
加速エネルギーを可変にできる加速管、１２は加速管１
０ａに入力するＲＦ周波数の基準周波数を発生する周波
数シンセサイザー、１３は周波数シンセサイザー１２の
出力を増幅するクライトロン、１４はクライトロン１３
に増幅のための電力を供給するパルサー、１５は周波数
シンセサイザー１２、クライトロン１３及びパルサー１
４を制御し、加速管１０ａに印加する電流位相を制御す
る加速管制御装置である。図６はＲＦ電子銃８の電子出
力位相と加速管１０ａに印加する電流位相と加速管１０
ａの加速電界との関係を説明する説明図である。図６に
おいて加速管入力電流位相（ａ）はＲＦ電子銃８の電子
出力位相とピーク値が一致し、加速管１０ａの加速電界
（ａ）は最大となり、加速管入力電流位相（ｂ）はＲＦ
電子銃８の電子出力位相とピーク値が一致せず、加速電
界（ｂ）は加速電界（ａ）より低下する。このように、
上述のように、加速管１０ａの加速電界を制御すること
により電子ビームの速度を変えることにより、異なった
波長のＦＥＬを発生させることができる。また、加速管
入力電流のピーク電流値を時間的に変えて加速管１０ａ
の加速電界を制御しても同様の効果がある。
ュレータに異なる強度のパルス磁場を印加するようにし
たが、実施の形態４では加速管１０の加速エネルギーを
制御する自由電子レーザ装置について説明する。図５は
実施の形態４による自由電子レーザ装置を示す構成図で
ある。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し
説明を省略する。 図において、１０ａは電子ビームの
加速エネルギーを可変にできる加速管、１２は加速管１
０ａに入力するＲＦ周波数の基準周波数を発生する周波
数シンセサイザー、１３は周波数シンセサイザー１２の
出力を増幅するクライトロン、１４はクライトロン１３
に増幅のための電力を供給するパルサー、１５は周波数
シンセサイザー１２、クライトロン１３及びパルサー１
４を制御し、加速管１０ａに印加する電流位相を制御す
る加速管制御装置である。図６はＲＦ電子銃８の電子出
力位相と加速管１０ａに印加する電流位相と加速管１０
ａの加速電界との関係を説明する説明図である。図６に
おいて加速管入力電流位相（ａ）はＲＦ電子銃８の電子
出力位相とピーク値が一致し、加速管１０ａの加速電界
（ａ）は最大となり、加速管入力電流位相（ｂ）はＲＦ
電子銃８の電子出力位相とピーク値が一致せず、加速電
界（ｂ）は加速電界（ａ）より低下する。このように、
上述のように、加速管１０ａの加速電界を制御すること
により電子ビームの速度を変えることにより、異なった
波長のＦＥＬを発生させることができる。また、加速管
入力電流のピーク電流値を時間的に変えて加速管１０ａ
の加速電界を制御しても同様の効果がある。
【００２２】実施の形態５．実施の形態５ではアンジュ
レータの電界強度を増加することが可能な自由電子レー
ザ装置について説明する。図７は実施の形態５による自
由電子レーザ装置におけるアンジュレータを示す構成図
である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示
し説明を省略する。図７において、１６ａは周回軌道１
１の方向にＮ極・Ｓ極の順に配列された磁石、１６ｂは
磁石１６ａと対向してＳ極・Ｎ曲の順に配列された磁
石、１７は磁石１６ａ、１６ｂの対向する間隙を調整す
る間隙調整手段である駆動機構、１８は駆動機構１７に
電源を供給するダクト、１９はアンジュレータ２ｃを内
包し真空状態に保つ真空チェンバ、２０は電子ビームの
周回軌道を真空状態に保つ真空ダクトである。ＦＥＬの
波長はアンジュレータ２ｃのＮ極・Ｓ極の順に配列され
た磁石のピッチを狭くしりことにより短波長となる、し
かし、磁石のピッチを狭くすると磁石自身の磁力を増す
ことにより間隙の磁界強度を高めることが困難となり、
ＦＥＬの発振条件を満たすことができなくなる。そこ
で、磁石１６ａ、１６ｂの対向する間隙を狭めることに
より間隙の磁界強度を高めることが必要となる。従来の
自由電子レーザ装置では、真空ダクト２０が磁石１６
ａ、１６ｂの間隙を挿通するように構成されいるため、
磁石１６ａ、１６ｂの間隙を真空ダクト２０の外形寸法
より小さくすることができなかった。しかし、上述の構
成とすると、アンジュレータ２ｃ全体を真空チェンバ１
９内に入れることにより磁石１６ａ、１６ｂの間隙をよ
り小さくすることができるようになり、電子ビームが通
過する磁石１６ａ、１６ｂの間隙の磁場強度を強めるこ
とができるようになり、磁石、１６ｂは磁石１６ａのＮ
極・Ｓ極のピッチを狭めることにより、より短波長のＦ
ＥＬを発振できるようになる。
レータの電界強度を増加することが可能な自由電子レー
ザ装置について説明する。図７は実施の形態５による自
由電子レーザ装置におけるアンジュレータを示す構成図
である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示
し説明を省略する。図７において、１６ａは周回軌道１
１の方向にＮ極・Ｓ極の順に配列された磁石、１６ｂは
磁石１６ａと対向してＳ極・Ｎ曲の順に配列された磁
石、１７は磁石１６ａ、１６ｂの対向する間隙を調整す
る間隙調整手段である駆動機構、１８は駆動機構１７に
電源を供給するダクト、１９はアンジュレータ２ｃを内
包し真空状態に保つ真空チェンバ、２０は電子ビームの
周回軌道を真空状態に保つ真空ダクトである。ＦＥＬの
波長はアンジュレータ２ｃのＮ極・Ｓ極の順に配列され
た磁石のピッチを狭くしりことにより短波長となる、し
かし、磁石のピッチを狭くすると磁石自身の磁力を増す
ことにより間隙の磁界強度を高めることが困難となり、
ＦＥＬの発振条件を満たすことができなくなる。そこ
で、磁石１６ａ、１６ｂの対向する間隙を狭めることに
より間隙の磁界強度を高めることが必要となる。従来の
自由電子レーザ装置では、真空ダクト２０が磁石１６
ａ、１６ｂの間隙を挿通するように構成されいるため、
磁石１６ａ、１６ｂの間隙を真空ダクト２０の外形寸法
より小さくすることができなかった。しかし、上述の構
成とすると、アンジュレータ２ｃ全体を真空チェンバ１
９内に入れることにより磁石１６ａ、１６ｂの間隙をよ
り小さくすることができるようになり、電子ビームが通
過する磁石１６ａ、１６ｂの間隙の磁場強度を強めるこ
とができるようになり、磁石、１６ｂは磁石１６ａのＮ
極・Ｓ極のピッチを狭めることにより、より短波長のＦ
ＥＬを発振できるようになる。
【００２３】実施の形態６．上記実施の形態では、電子
を発生する電子銃にＲＦ電子銃８を用いた例を示した
が、実施の形態６では電子銃の他の形態について説明す
る。図８は実施の形態６による自由電子レーザ装置を示
す構成図である。図中、図１と同一符号は同一又は相当
部分を示し説明を省略する。 図８において、２１は熱
電子によるピアス型の電子銃、２２は電子銃２１からの
電子をサブハーモニックバンチャで前段バンチさせ更に
定在波加速管により電子ビームのエネルギーを約２Ｍｅ
Ｖまで事前加速する入射器である。上述の構成とする
と、図いに示すＲＦ電子銃８に代わって、ピアス型の電
子銃２１と電子をサブハーモニックバンチャで前段バン
チさせ、更に、定在波加速管により加速する入射器と組
み合わせて、電子ビームを加速することにより、ＲＦ電
子銃８と同等のエネルギーの電子ビームをより低コスト
で発生することができる。
を発生する電子銃にＲＦ電子銃８を用いた例を示した
が、実施の形態６では電子銃の他の形態について説明す
る。図８は実施の形態６による自由電子レーザ装置を示
す構成図である。図中、図１と同一符号は同一又は相当
部分を示し説明を省略する。 図８において、２１は熱
電子によるピアス型の電子銃、２２は電子銃２１からの
電子をサブハーモニックバンチャで前段バンチさせ更に
定在波加速管により電子ビームのエネルギーを約２Ｍｅ
Ｖまで事前加速する入射器である。上述の構成とする
と、図いに示すＲＦ電子銃８に代わって、ピアス型の電
子銃２１と電子をサブハーモニックバンチャで前段バン
チさせ、更に、定在波加速管により加速する入射器と組
み合わせて、電子ビームを加速することにより、ＲＦ電
子銃８と同等のエネルギーの電子ビームをより低コスト
で発生することができる。
【００２４】実施の形態７．上記例では、熱電子による
ピアス型の電子銃２１を利用したものについて述べた
が、実施の形態７では電子銃の他の形態について説明す
る。図９は実施の形態７による自由電子レーザ装置を構
成図である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分
を示し説明を省略する。 図９において、２３は他のレ
ーザ装置からのレーザ光２４をＲＦ電子銃のフォトカソ
ードに照射して、このレーザ光の周波数に同期して電子
を発生するＲＦ電子銃であり、レーザ光２４の周波数は
ＲＦ周波数の整数倍に設定されている。上述の構成とす
ると、ＲＦ周波数の整数倍のレーザ光２４に同期して電
子が発生するので、電子量が増加し、自由電子レーザ装
置が発振し易くなる。
ピアス型の電子銃２１を利用したものについて述べた
が、実施の形態７では電子銃の他の形態について説明す
る。図９は実施の形態７による自由電子レーザ装置を構
成図である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分
を示し説明を省略する。 図９において、２３は他のレ
ーザ装置からのレーザ光２４をＲＦ電子銃のフォトカソ
ードに照射して、このレーザ光の周波数に同期して電子
を発生するＲＦ電子銃であり、レーザ光２４の周波数は
ＲＦ周波数の整数倍に設定されている。上述の構成とす
ると、ＲＦ周波数の整数倍のレーザ光２４に同期して電
子が発生するので、電子量が増加し、自由電子レーザ装
置が発振し易くなる。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば自由電
子レーザ発生装置を、加速管による第１の加速電子と第
１の加速電子を再加速した第２の加速電子とをアンジュ
レータにより蛇行させてＦＥＬを発振するようにする
と、コンパクトな装置により第２の加速電子のエネルギ
ーを容易に増加できるので、短波長のＦＥＬを発振でき
る効果を奏する。
子レーザ発生装置を、加速管による第１の加速電子と第
１の加速電子を再加速した第２の加速電子とをアンジュ
レータにより蛇行させてＦＥＬを発振するようにする
と、コンパクトな装置により第２の加速電子のエネルギ
ーを容易に増加できるので、短波長のＦＥＬを発振でき
る効果を奏する。
【００２６】また、次の発明によれば自由電子レーザ発
生装置を、第１の加速電子と第２の加速電子のエネルギ
ーに応じた異なる波長の自由電子レーザを発振するよう
にすると、コンパクトな装置により、同時に、異なる波
長の自由電子レーザを発振できる効果を奏する。
生装置を、第１の加速電子と第２の加速電子のエネルギ
ーに応じた異なる波長の自由電子レーザを発振するよう
にすると、コンパクトな装置により、同時に、異なる波
長の自由電子レーザを発振できる効果を奏する。
【００２７】また、次の発明によれば自由電子レーザ発
生装置を、周回軌道上に直列に配置され、加速電子を異
なる波長で蛇行させる複数のアンジュレータによりＦＥ
Ｌを発振させるようにすると、アンジュレータのＫ値に
応じた、異なった波長のＦＥＬを発生することができる
効果を奏する。
生装置を、周回軌道上に直列に配置され、加速電子を異
なる波長で蛇行させる複数のアンジュレータによりＦＥ
Ｌを発振させるようにすると、アンジュレータのＫ値に
応じた、異なった波長のＦＥＬを発生することができる
効果を奏する。
【００２８】また、次の発明によれば自由電子レーザ発
生装置を、アンジュレータ内に配列され加速電子を蛇行
させる電磁石の磁場強度を変化するようにすると、磁場
強度に応じて異なった波長のＦＥＬを発生することがで
きる効果を奏する。
生装置を、アンジュレータ内に配列され加速電子を蛇行
させる電磁石の磁場強度を変化するようにすると、磁場
強度に応じて異なった波長のＦＥＬを発生することがで
きる効果を奏する。
【００２９】また、次の発明によれば自由電子レーザ発
生装置を、周回軌道上の電子の速度を可変に加速する加
速管により速度を変えられた電子をアンジュレータによ
り所定の波長で蛇行させてＦＥＬを発振するようにする
と、加速電子の速度に応じて異なった波長のＦＥＬを発
生することができる効果を奏する。
生装置を、周回軌道上の電子の速度を可変に加速する加
速管により速度を変えられた電子をアンジュレータによ
り所定の波長で蛇行させてＦＥＬを発振するようにする
と、加速電子の速度に応じて異なった波長のＦＥＬを発
生することができる効果を奏する。
【００３０】また、次の発明によれば自由電子レーザ発
生装置を、アンジュレータを真空チエンバーに内包する
ことにより、電子を蛇行させるアンジュレータの磁石の
間隙を狭く設定することが可能となり、Ｎ極、Ｓ極の間
隔を狭めることが可能となり、より短波長のＦＥＬを発
生することができる効果を奏する。
生装置を、アンジュレータを真空チエンバーに内包する
ことにより、電子を蛇行させるアンジュレータの磁石の
間隙を狭く設定することが可能となり、Ｎ極、Ｓ極の間
隔を狭めることが可能となり、より短波長のＦＥＬを発
生することができる効果を奏する。
【００３１】また、次の発明によれば自由電子レーザ発
生装置を、ピアス型の電子銃とサブハーモニックバンチ
ャーと定在波加速管の組み合わせるて電子を発生するよ
うにすると、ＲＦ電子銃と同等のエネルギーの電子ビー
ムをより低コストで発生することができる効果を奏す
る。
生装置を、ピアス型の電子銃とサブハーモニックバンチ
ャーと定在波加速管の組み合わせるて電子を発生するよ
うにすると、ＲＦ電子銃と同等のエネルギーの電子ビー
ムをより低コストで発生することができる効果を奏す
る。
【００３２】更に、次の発明によれば自由電子レーザ発
生装置を、ＲＦ電子銃のフォトカソードにＲＦ周波数の
整数倍の周波数の他のレーザ装置が出力するレーザ光を
照射し、レーザ光の周波数に同期して電子を発生するよ
うにすると、電子量が増加し、自由電子レーザ装置が発
振し易くなる効果を奏する。
生装置を、ＲＦ電子銃のフォトカソードにＲＦ周波数の
整数倍の周波数の他のレーザ装置が出力するレーザ光を
照射し、レーザ光の周波数に同期して電子を発生するよ
うにすると、電子量が増加し、自由電子レーザ装置が発
振し易くなる効果を奏する。
【図１】 この発明の実施の形態１による自由電子レー
ザ発生装置を示す構成図である。
ザ発生装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による自由電子レー
ザ発生装置を示す構成図である。
ザ発生装置を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態３による自由電子レー
ザ発生装置を示す構成図である。
ザ発生装置を示す構成図である。
【図４】 図３に示すパルス電源が電磁石の励磁コイル
に供給するパルス電流とＦＥＬの波長との関係を説明す
る説明図である。
に供給するパルス電流とＦＥＬの波長との関係を説明す
る説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態４による自由電子レー
ザ発生装置を示す構成図である。
ザ発生装置を示す構成図である。
【図６】 図５に示すＲＦ電子銃の電子出力位相と加速
管に印加する電流位相と加速管の加速電界の関係を説明
する説明図である。
管に印加する電流位相と加速管の加速電界の関係を説明
する説明図である。
【図７】 この発明の実施の形態５による自由電子レー
ザ発生装置におけるアンジュレータを示す構成図であ
る。
ザ発生装置におけるアンジュレータを示す構成図であ
る。
【図８】 この発明の実施の形態６による自由電子レー
ザ発生装置を示す構成図である。
ザ発生装置を示す構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態７による自由電子レー
ザ発生装置を示す構成図である。
ザ発生装置を示す構成図である。
【図１０】 従来の自由電子レーザ発生装置を示す構成
図である。
図である。
【図１１】 従来の自由電子レーザ発生装置のＳＲの特
徴を示す説明図である。
徴を示す説明図である。
２ アンジュレータ、４ 偏向電磁石、５ 電子ビー
ム、７ 自由電子レーザ、８、２１、２３ 電子銃、９
アルファ電磁石、１０ 加速管、１１ 周回軌道 １
９真空チェンバ、１７ 間隙調整手段
ム、７ 自由電子レーザ、８、２１、２３ 電子銃、９
アルファ電磁石、１０ 加速管、１１ 周回軌道 １
９真空チェンバ、１７ 間隙調整手段
Claims (8)
- 【請求項１】 電子を発生する電子銃と、前記電子を周
回軌道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加
速する加速管と、加速された電子を所定の波長で蛇行さ
せるアンジュレータと、前記加速管による第１の加速電
子の進行方向を偏向して前記アンジュレータに導く第１
の加速電子偏向手段と、前記アンジュレータを通過した
前記第１の加速電子の進行方向を偏向して前記加速管に
導く第２の加速電子偏向手段と、前記加速管により前記
第１の加速電子を再加速した第２の加速電子を前記アン
ジュレータに導く第３の加速電子偏向手段とを備えた自
由電子レーザ発生装置。 - 【請求項２】 第１の加速電子と第２の加速電子のエネ
ルギーに応じた異なる波長の自由電子レーザを発振する
ことを特徴とする請求項１に記載の自由電子レーザ発生
装置。 - 【請求項３】 電子を発生する電子銃と、前記電子を周
回軌道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加
速する加速管と、周回軌道上に配置され、加速された電
子を異なる周波数で蛇行させる複数のアンジュレータ
と、前記加速管による加速電子の進行方向を偏向して前
記アンジュレータに導く第１の加速電子偏向手段とを備
えた自由電子レーザ発生装置。 - 【請求項４】 電子を発生する電子銃と、前記電子を周
回軌道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を加
速する加速管と、加速された電子を所定の波長で蛇行さ
せるアンジュレータと、前記加速管による加速電子の進
行方向を偏向して前記アンジュレータに導く第１の加速
電子偏向手段と、前記アンジュレータ内に配列され前記
加速電子を蛇行させる電磁石の磁場強度を変化する電源
とを備えた自由電子レーザ発生装置。 - 【請求項５】 電子を発生する電子銃と、前記電子を周
回軌道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子の速
度を可変に加速する加速管と、加速された電子を所定の
波長で蛇行させるアンジュレータと、前記加速管による
加速電子の進行方向を偏向して前記アンジュレータに導
く第１の加速電子偏向手段とを備えた自由電子レーザ発
生装置。 - 【請求項６】 電子を発生する電子銃と、前記電子を
周回軌道に入射する電磁石と、周回軌道上の前記電子を
加速する加速管と、真空チエンバーに内包されて加速さ
れた電子を蛇行させるアンジュレータと、このアンジュ
レータ内に周回軌道に面して対向して配置された磁石の
間隙を調整する間隙調整手段と、前記加速管による加速
電子の進行方向を偏向して前記アンジュレータに導く第
１の加速電子偏向手段とを備えた自由電子レーザ発生装
置。 - 【請求項７】 電子銃は、ピアス型の電子銃とサブハー
モニックバンチャーと定在波加速管の組み合わせによる
ものであることを特徴とする請求項１乃至５に記載の自
由電子レーザ発生装置。 - 【請求項８】 電子銃は、ＲＦ電子銃のフォトカソード
に、他のレーザ装置が出力するＲＦ周波数の整数倍の周
波数のレーザ光を照射し、レーザ光の周波数に同期して
電子を発生するものであることを特徴とする請求項１乃
至５に記載の自由電子レーザ発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04131596A JP3346155B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 自由電子レーザ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04131596A JP3346155B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 自由電子レーザ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232693A true JPH09232693A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3346155B2 JP3346155B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=12605088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04131596A Expired - Fee Related JP3346155B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 自由電子レーザ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3346155B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017788A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Japan Atom Energy Res Inst | 自由電子レーザー装置において、電子ビームからレーザー光への高い引出効率とフェムト秒領域極短パルスを実現する方法及び装置 |
| WO2018198227A1 (ja) * | 2017-04-26 | 2018-11-01 | ギガフォトン株式会社 | Ｅｕｖ光生成装置 |
-
1996
- 1996-02-28 JP JP04131596A patent/JP3346155B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017788A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Japan Atom Energy Res Inst | 自由電子レーザー装置において、電子ビームからレーザー光への高い引出効率とフェムト秒領域極短パルスを実現する方法及び装置 |
| US6970483B2 (en) * | 2001-07-03 | 2005-11-29 | Japan Atomic Energy Research | Method and a device for realizing both high extraction efficiency of laser light from electron beams and femto-second ultra-short in free-electron lasers pulses |
| WO2018198227A1 (ja) * | 2017-04-26 | 2018-11-01 | ギガフォトン株式会社 | Ｅｕｖ光生成装置 |
| JPWO2018198227A1 (ja) * | 2017-04-26 | 2020-05-14 | ギガフォトン株式会社 | Ｅｕｖ光生成装置 |
| US10863613B2 (en) | 2017-04-26 | 2020-12-08 | Gigaphoton Inc. | EUV light generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3346155B2 (ja) | 2002-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6774934B2 (ja) | 放射源 | |
| US20050175042A1 (en) | Method for enabling high-brightness, narrow-band orbital radiation to be utilized simultaneously on a plurality of beam lines | |
| JP3736343B2 (ja) | 直流電子ビーム加速装置およびその直流電子ビーム加速方法 | |
| Pellegrini et al. | The development of X-ray free-electron lasers | |
| US5363054A (en) | Double beam cyclotron maser | |
| JP3346155B2 (ja) | 自由電子レーザ発生装置 | |
| US5280490A (en) | Reverse guide field free electron laser | |
| JP2002280200A (ja) | Ｘ線発生装置及び発生方法 | |
| US4939740A (en) | Cyclotron autoresonance maser with helical electron guiding center | |
| US6137811A (en) | System for conditioning an electron beam for improved free-electron laser operation | |
| Yamada | Novel free electron laser named photon storage ring | |
| US4988956A (en) | Auto-resonant peniotron having amplifying waveguide section | |
| JP3943579B2 (ja) | 円形粒子加速器 | |
| JPH07111199A (ja) | 加速器とそのビーム出射方法並びに医療用装置 | |
| Otake et al. | Overview of SACLA machine status | |
| Petelin | Mode selection in high power microwave sources | |
| JP3594406B2 (ja) | 自由電子レーザ装置 | |
| JP2625062B2 (ja) | 自由電子レーザ発生装置 | |
| JP4431723B2 (ja) | 長波長コヒーレント光発生装置 | |
| JPH05160525A (ja) | 自由電子レーザーの発振方法 | |
| Giovenale | Free electron laser: operating principles | |
| Xia et al. | Design of a megawatt superradiant terahertz source for FELiChEM | |
| Oda | High-Power Beam Source and Beam Transmission | |
| Vinokurov | Low-gain free electron lasers | |
| Pellegrini et al. | Lasers, free-electron |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |