JPH04134300A - 偏光発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、挿入型光源や自由電子レーザーに用いられ
るウィグラーまたはアンジュレータ−と呼ばれる偏光発
生装置の改良に係り、各磁石列の±ＹＸ方向磁化方向を
有する磁石のＸ方向の磁場分布を、±Ｘ方向の一方に高
くなるようにしてＺ方向に交互に配置することにより、
通過電子ビームを収束させてエネルギーロスを低減した
偏光発生装置に関する。

従来の技術 光速に近い電子ビームが磁界中を通過すると電磁波、す
なわちシンクロトロン放射光を発生ずるが、異磁極磁石
を交互に配置して磁界方向が交互に変化する磁界中にこ
の電子ビームを通過させると、相互に干渉し合いより輝
度の高い光が得られる。（特開昭６１−１９１００号公
報）かかる干渉性放射光発生装置は挿入型光源と呼ばれ
、例えば、電子蓄積リングに用いられ、偏光特性の違い
から、磁界の周波数（Ｎ）の２Ｎ倍の光が得られるタイ
プがウィグラー、これより磁界が弱く電子軌道の振幅が
極めて小さいがＮ２の強度の光が得られるタイプがアン
ジュレータ−と呼ばれている。

偏光発生装置の構成は、所要寸法の多数個の磁化方向が
異なる磁石を、磁界方向が交互に変化するように所要パ
ターンで配列ニーだ一月の磁石列を、垂直支柱に種々の
機械的支持機構を用いて相対向させてあり、所要の高輝
度放射光を得るためには磁界強度を変化させる必要があ
り、この磁石列間を所要のギャップ（Ｌｇ）寸法に調整
位置決めできるように構成しである。

発明が解決しようとする課題 例えば、磁場の強度及び周期を変えることにより発振波
長を連続的に変化させることができる自由電子レーザー
に用いられるウィグラーの磁気回路の構成には、第５図
に示す如く、所要寸法の多数個の磁化方向が異なる磁石 （２ａ、ｂＸ３ａ、ｂＸｌｌａ、ｂＸ１２ａ、ｂ）を、
電子の通過するギャップ中心の水平方向を２方向、２方
向に直交する水平方向を±Ｘ方向、２方向に直交する垂
直方向を±ＹＸ方向した場合、磁界方向が交互に変化す
るように所要パターンで２方向に配列した一対の磁石列
（ＩＸＩＯ）を、ギャップ調整可能に機織的支持機構を
用いて相対向させた構成がある。

かかる磁石列の構成において、ビームが拡赦しビームエ
ネルギーが低下して目的とする自由電子レー廿−が得ら
れない問題があった。

そこで、ビームの収束度を高めてビームエネルギーロス
を防ぐため、第７図に示す如く、一対の磁石列（ＩＸＩ
Ｏ）の周囲にギャップ中心方向に磁化方向を有する八重
極磁石（２０）を配置した磁気回路を製作したが、回路
が複雑かつ大型化になると共に製作費用が高くつく問題
があった。

この発明は、電子ビームを収束させてビームエ、ネルギ
ーの低下が少ない構成からなる偏光発生装置の提供を目
的としている。

課題を解決するための手段 この発明は、 磁化方向が異なる複数の磁石を所要パターンで水平配列
した一対の磁石列を相対向して、磁石列間に所要ギャッ
プを形成し、該ギャップ内を通過する電子に磁界を作用
させる偏光発生装置において、 電子の通過するギャップ中心の水平方向を２方向、２方
向に直交する水平方向を±Ｘ方向、２万同に直交する垂
直方向を±ＹＸ方向しまた場合、各磁石列の±ＹＸ方向
磁化方向を有する磁石が、Ｘ方向の磁場分布がＸ方向の
一方端へ高く傾斜した特性を有し、 該特性を有する磁石を２方向に配列するに際し、Ｘ方向
の磁場分布のピークが２方向にＸ方向の子方向、一方向
と交互に現れるよう配置したことを特徴とする偏光発生
装置である。

作　　用 この発明は、偏光発生装置において、電子ビム収束度を
向上させ得る構成を目的に磁石列について種々検討した
結果、前述した第５図の磁石列の構成において、Ｘ方向
の磁場分布を測定すると、第６図に示す如く、空隙幅方
向の中心（Ｘ　＝　０）でＢ（磁場強度）が最大となり
、中心からずれるにしたがって磁場強度は低下しており
、電子ビームを２軸方向へ流すと電子ビームは蛇行しな
がら進もか、中心以外は磁場強度が低いためビームか拡
赦しエネルギーロスが大きくなることに着目し、各磁石
列の±Ｙ力方向磁化方向を有する磁石のＸ方向の磁場分
布を、±Ｘ方向の一方に高くなるようにしてＺ方向に交
互に配置することにより、通過電子ビームを収束させて
エネルギーロスを低減できることを知見し、この発明を
完成したものである。

この発明において、各磁石列の±Ｙ力方向磁化方向を有
する磁石のＸ方向の磁場分布をＸ方向の一方端へ高く傾
斜した特性とする手段には、後述する如く、Ｘ方向に大
きさを変化させたり、またはＹ方向に大きさを変化させ
てＸ方向の一方端へ高く傾斜したＸ方向の該磁場分布特
性を持たせるか、あるいは配向方向をＸ方向−万端部は
通常配向で、他方端部は故意に配向を乱して変化させる
手段がある。

図面に基づく開示 第１図ａ、ｂ、ｃは二の発明による偏光発生装置の磁石
列の構成を示す斜視説明図であり、いずれも下側磁石列
を示すが上側も同様構成である。

第２図ａ、ｂはＸ方向の磁場分布を示す説明図である。

構成１ 第１図ａに示すこの発明による磁石列の構成は、昇降可
能に水平支持されて対向路＃（空隙）を調整できる一対
の磁石保持板（図示せず）にそれぞれ磁石を配列するも
のであるが、下側磁石列（１０）で明らかなように、磁
界方向が交互に変化するように所要パターンで２方向に
各種寸法及び磁化方向の磁石（１３ａ、ｂＸ１４ａ、ｂ
）が配列しである。

詳述すると、磁石列（１０）を構成する磁化方向がＹ方
向の２種類の磁石（１４ａＸ１４ｂ）は、他磁石（１３
ａＸ１３ｂ）と同様に厚み（Ｙ方向）及び長さ（Ｘ方向
）が一定であるが、幅（Ｚ方向）が長さ（Ｘ方向）に変
化しており、上面（Ｙ方向）から見れば台形を形成した
同一形状寸法からなり、配列に際して磁化方向の±Ｙ力
方向交互に逆になるようにしてあり、当該磁石（１４ａ
Ｘ　１４ｂ）間に上面（Ｙ方向）から見れば平行四辺形
を形成し磁化方向か±２方向の磁石（１３ａＸ１３ｂ）
を配設して、磁界方向が交互に変化する所要パターンを
形成しである。

すなわち、磁化方向が−Ｙ力方向磁石 （１４ａ）は＋Ｘ方向に大きくなっているため、Ｘ方向
の磁場分布は第２図ａに示す如く、＋Ｘ方向端へ高く傾
斜した特性となり、また、磁化方向が＋Ｙ力方向磁石（
１４ｂ）は−Ｘ方向に大きくなっているため、Ｘ方向の
磁場分布は第２図すに示す如く、−Ｘ方向端へ高く傾斜
した特性となる。

かかる構成からなる上下一対の磁石列間に電子ビームが
通過すると、２方向にみれば、Ｘ方向の一方端へ高く傾
斜した磁場分布の傾斜方向が交互に逆向きに現れるため
、電子ビームの拡散が防止されて電子ビームが収束し、
ビームエネルギーのロスを低減できる。

第２図に示すＸ方向の一方端へ高く傾斜した磁場分布の
傾斜度合いは、要求される電子ビームの収束度に応じて
適宜選定され、磁石形状、寸法も磁石特性と該要求に応
じて適宜選定される。

構成２ 第１図すに示すこの発明による磁石列の構成は、前述の
第１図ａに示す構成と同様の技術手段からなり、磁界方
向が交互に変化する同様のパターンを有する磁石列（１
０）において、磁化方向がＹ方向の２種類の磁石（１５
ａＸ１５ｂ）は、農政磁石（１５ａＸ１５ｂ）間に配列
される他磁石（１１ａＸ１１ｂ）と同様に長さ（Ｘ方向
）及び幅（２方向）か°一定であるが、厚み（Ｙ方向）
が長さ（Ｘ方向）に変化しており、Ｚ方向から見れば台
形を形成した同一形状寸法からなり、配列に際して磁化
方向の±Ｙ力方向交互に逆になるようにしてあり、２方
向にみれば、Ｘ方向の一方端へ高く傾斜した磁場分布の
傾斜方向が交互に逆向きに現れ、第１図ａに示す構成と
同様の作用効果を奏する。

構成３ 第１図Ｃに示すこの発明による磁石列の構成は、前述の
第５図に示す磁石列と全く同様であるが、磁化方向がＹ
方向の磁石（１６ａＸ１６ｂ）に、磁石内部の粒子配向
をＸ方向−万端部は通常配向で、他方端部は故意に配向
を乱して磁場分布が第２図。、ｂと同様となるよう構成
してあり、２方向にみれば、Ｘ方向の一方端へ高く傾斜
した磁場分布の傾斜方向が交互に逆向きに現れ、第１図
ａに示す構成と同様の作用効果を奏する。

上述の何れの構成においても、各々上述の磁石列を有す
る一対の磁石保持板を昇降可能に水平支持して対向距離
（空隙）を調整する機械的機構には、磁石列を装着した
支持ビームを直動型軸受を介在させて垂直支柱に当接さ
せるが、所要形状の垂直支柱を内挿した構成、あるいは
ボールスクリューを用いた公知の構成などを採用するこ
とができる。

あるいは、立設された支柱に一対の水平ビームを昇降ブ
ラケットを介して昇降可能に支持し、水平ビームに磁石
列を支持させ、昇降ブラケットを位相調整機構を有する
カップリングで１本となした相互に逆ねじが螺刻された
１対のスクリューシャフトに螺合させて、相対向させた
一対の磁石列のキャップを極めて高精度かつ高平行度で
調整位置決めできる偏光発生装置（特願平１−２５７３
３７号）としたり、さらに昇降支持機構に、昇降ブラケ
ットの垂直摺動面をテーパー面となしてこれと逆テーパ
ー面の低摩擦係数スライダ一部材を用い、支柱垂直面と
昇降ブラケットの当該所定面との間の隙間をなくするな
ど、μｍ単位の変位を取り扱う高精度の機械的機構を採
用することができる。

実施例 第１図に示すこの発明による磁石列の構成において、 磁石材料にＮｄ−Ｂ−Ｆｅ系永久磁石を用い、磁化方向
がＹ方向の磁石寸法を、輻＝４ｍｍ（−万端）、８ｍｍ
（他方端）、厚み＝１５ｍｍ、長さ＝８０ｍｍの上面を
台形状とし、磁化方向が２方向の磁石寸法を、幅＝４ｍ
ｍ、厚み＝１５ｍｍ、長さ＝８０ｍｍの上面を平行四辺
形状として、 磁石列全長を１８００ｍｍに設定し、上面がらみた下磁
石列が第３図すに示す如きウィグラーを作製した。

また、比較のため、上記条件で全磁石寸法を同一の４ｍ
ｍ（幅）Ｘ１５ｍｍ（厚み）Ｘ８０ｍｍ（長さ）にした
第５図に示す磁石列で、第７図に示す四重極を配設した
ウィグラーを作製した。

得られたこの発明によるウィグラーのビーム入口から出
口のＸ＝０位置における磁場強度を測定したところ、第
３図ａに示す結果を得た。

また、第４図すに示す如＜Ｘ＝２０ｍｍの位置における
磁場強度を測定したところ、第４図ａに示す結果を得た
。

この発明によるウィグラーでは、第４図ａに示すとおり
Ｘ＝０での磁場強度よりもＸ＝２０のほうが磁場強度が
高く、Ｘ方向へ向かう電子ビームを収束させ、電子ビー
ムの拡散及びビームエネルギーのロスを防ぐことができ
、四重極を配設したウィグラーと比較しても同等であっ
た。

発明の効果 この発明による偏光発生装置は、各磁石列の±Ｙ方向に
磁化方向を有する磁石のＸ方向の磁場分布を、土Ｘ方向
の一方に高くなるようにして２方向に交互に配置するこ
とにより、装置を複雑かつ大型化することなく通過電子
ビームを収束させてビームエネルギーを低下させること
がない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂ、ｃはこの発明による偏光発生装置の磁石
列の構成を示す斜視説明図であり、いずれも下側磁石列
を示すが上側も同様構成である。 第２図ａ、ｂはこの発明による磁石列のＸ方向の磁場分
布を示す説明図ある。 第３図ａ、ｂ、第４図ａ、ｂはこの発明による偏光発生
装置の電子ビーム入口から出口における磁界強度分布図
と上面からみた下磁石列の説明図である。 第５図は従来の偏光発生装置の磁石列の構成を示す斜視
説明図である。 第６図は従来の磁石列のＸ方向の磁場分布を示す説明図
ある。 第７図は従来の偏光発生装置の磁石列の構成を示す説明
図である。 １．１０・・・磁石列、 ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、ｌｌａ、ｌｌｂ、１２ａ、１
２ｂ−磁石、１３ａＪ３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａＪ
５ｂ、１６ａ、１６ｂ磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁化方向が異なる複数の磁石を所要パターンで水平配列
   した一対の磁石列を相対向して、磁石列間に所要ギャッ
   プを形成し、該ギャップ内を通過する電子に磁界を作用
   させる偏光発生装置において、 電子の通過するギャップ中心の水平方向をＺ方向、Ｚ方
   向に直交する水平方向を±Ｘ方向、Ｚ方向に直交する垂
   直方向を±Ｙ方向とした場合、各磁石列の±Ｙ方向に磁
   化方向を有する磁石が、Ｘ方向の磁場分布がＸ方向の一
   方端へ高く傾斜した特性を有し、 該特性を有する磁石をＺ方向に配列するに際し、Ｘ方向
   の磁場分布のピークがＺ方向にＸ方向の＋方向、−方向
   と交互に現れるよう配置したことを特徴とする偏光発生
   装置。 ２ 各磁石列の±Ｙ方向に磁化方向を有する磁石が、Ｘ方向
   に大きさを変化させてＸ方向の一方端へ高く傾斜したＸ
   方向の磁場分布を持たせたことを特徴とする請求項１記
   載の偏光発生装置。 ３ 各磁石列の±Ｙ方向に磁化方向を有する磁石が、Ｙ方向
   に大きさを変化させてＸ方向の一方端へ高く傾斜したＸ
   方向の磁場分布を持たせたことを特徴とする請求項１記
   載の偏光発生装置。 ４ 各磁石列の±Ｙ方向に磁化方向を有する磁石が、粒子配
   向を変化させてＸ方向の一方端へ高く傾斜したＸ方向の
   磁場分布を持たせたことを特徴とする請求項１記載の偏
   光発生装置。