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【発明の名称】 自由電子レーザ発生装置
【発明者】 【氏名】西原 進
【目的】
【構成】
【特許請求の範囲】
【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。
【発明の詳細な説明】【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。
【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、４ａ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ｍ0 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、synchrotoronradiation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λR 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、３ａ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ＧNuは次式のように理論的にも求められる。
ＧNu ∝λ02Ｎ3 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ＦＥＬ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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２８５６ＭＨｚ，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。
【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。
【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。ＦＥＬ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。
【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Ｂ0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ＦＥＬの波長λは短くなる。このようにアンジュレータ２ｂ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。
【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１０ａ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１４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１０ａ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１１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１６ａ、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１９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ＦＥＬ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２ＭｅＶ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。
【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。
【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。
【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ＦＥＬ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【出願人】 【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】 平成８年（１９９６）２月２８日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外３名）
【公開番号】 特開平９−２３２６９３
【公開日】 平成９年（１９９７）９月５日
【出願番号】 特願平８−４１３１５