JPH0442988A - 自由電子レーザ用ウィグラ - 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］ 本発明は、ノンクロトロンや線形加速器にて１７−ザ光
や放射光を得るために電子ヒームに周期磁場を与えるた
めの自由電子レーザ用ウィグラに関する。

「従来の技術」 シンクロトロンや線形加速器内に蓄積される電子の飛行
方向を蛇行させ放射光を発生させると同時にその放射光
と磁場の共鳴現象によりレーザ発振を生じさせる自由電
子レーザ用ウィグラについて、例えばＮｕｃｌｅａｒ　
Ｉ　ｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ａｎｄＭｅｔｂｏｄｓ　　ｉ
ｎ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　　Ａ２５
０（１９８６）の１２０頁ないし１２４頁には、第７図
に示すように、Ｎ極とＳ極とを周期配列させた一対の永
久磁石を異極どうしが対向するように設けることにより
、電子ビームに対して周期磁場を発生させる旨が開示さ
れている。

又、上述した文献の１００頁ないし１０９頁には、第８
図に示すように、永久磁石と磁性体磁極とを交互に配置
しそれぞれの磁石どうしでは異極が対向するように設置
することで、電子ビームに対して周期磁場を発生させる
旨が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の自由電子レーザ用ウィグラは、第７図及び第８図
からも分かるように、電子が飛行している軌道を挟み、
上記軌道に対して直角方向に延在する矩形状の磁石１０
０を配列させた構成を有する。よって電子軌道を挟んだ
上下の磁極１０１におけるそれぞれの対向面１０２の磁
石１００の断面形状はそれぞれ矩形状であり、それぞれ
の磁石１００の延在方向（園内ａ部に相当）において磁
石１００のｂ方向寸法が一定であった。よってそれぞれ
の磁石１００のａ方向にわたって磁場強度は一定であっ
た。

したがって第９図の電子ビーム軌道のンミュレーション
に示すように、電子ビームの入射位置（こよっては電子
ビームはウィグラから外に飛び出してしまう結果となり
、レーザ発振が形成されな１，１という問題点があった
。尚、第９図に示すそれぞれの波線は、電子の飛行軌跡
を表しており、Ｃ方向に示すように電子の入射位置によ
っては上述のごとく電子ビームがウィグラから外れるこ
と力くある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、形成される電子ビームがウィグラより外れずレー
ザ発振が行なわれる自由電子レーザ用ウィグラを提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、磁場を発生する対面した二つの磁極間に真空
ダクトが備わり該真空ダクト内に電子ビ“−ムが形成さ
れる自由電子レーザ用ウィグラであって、 電子の進行方向に対して直角方向に磁場方向及び磁力強
度分布が異なるように上記進行方向に適宜な間隔をおい
て配列される磁性体磁極と、上記磁性体磁極を挟み上記
磁性体磁極のそれぞれに上記磁場方向及び磁力強度分布
を発生させるように上記磁性体磁極を磁性化する永久磁
石と、を備えたことを特徴とする。

［作用］ このように構成することで、磁性体磁極は、互いに磁場
方向及び磁力強度分布が逆である磁場を形成する。よっ
て磁性体磁極は飛行する電子の発散を防止するように作
用し電子ビームの形成を容５にする。

［実施例］ 本発明の自由電子レーザ用ウィグラの一実施例を示す第
１図において、円筒形であり空胴的中央部に電子ビーム
が形成される真空ダクトｌは、平坦な表面２ａを有する
二つの磁極２によって挟まれる。このとき上記表面２ａ
は真空ダクトｌの外周面に接しかつ互いに平行となるよ
うに設置される。このような磁極２は、方形状の断面形
状てあり、磁極２のそれぞれかコ字形で非磁性体よりな
る支持体３の凹部３ａの底面３ｂに固定される。尚、磁
極２の表面２ａは、上記凹部３ａより突出するものでは
なく、又、それぞれの上記表面２ａのほぼ中央部に真空
ダクト１が位置し、又、磁極２は上記凹部３ａのほぼ中
央部に設けられる。

このような上下二つの磁極２は、第２図に示すように電
子ビームを形成する電子の進行方向に対して直角方向に
おいて幅か異なるように、上記表面２ａにおいて台形状
の断面形状をなす磁性体にてなる磁極４と、磁性体磁極
４における電子ビーム方向側の側面に平行で適宜な厚さ
を有する永久磁石５とが交互に設けられる。尚、隣接す
る磁性体磁極４は、表面２ａにおける台形状の断面形状
が互いに１８０度反転したように配列される。又、第１
図において磁極２のＡにて示す部分が第２図にＡにて示
す部分に相当する。又、真空ダクト１をはさむ上下の磁
極２において、磁性体磁極４どうしが対面し、永久磁石
５どうしが対面するように両磁極２は設けられ、又、そ
れぞれ対向する磁柱体磁極４及び７に久磁石５との向き
は同一である。

即ｌ：′）、対向する上下の磁性体磁極４において幅狭
部４ａどうしが対向し、幅広部４ｈどうしが対向してい
る。

このように磁性体磁極４が永久磁石５にて挟まれること
により磁性体磁極４は磁性化される。又、隣接する永久
磁石５ど一′＋１７は、互いに異なった磁極である。（
７７′二がって永久磁石５によって磁性化Ｈ′Ｋｇる磁
性体磁極４においても隣接するものと５１、は互いに異
なった磁極が形成される。さらに、対向する上下の磁性
体磁極４及び永久磁石５においてもこれらは互いに異な
る磁極となるように配置される。

このようにそれぞれの磁性体磁極４において、電子の進
行方向ど直角方向に磁性体磁石４の幅の大きさを変化さ
刊たことより、第４図に示すように磁性体磁極４の幅狭
部４ａより幅広部４ｂに向かい磁場強度が増大する。尚
、第４図内において、Ｘ＝０にて示される部分が第２図
に示す、電子・ピーＪ・形成位置（Ａ／２の位置）にほ
ぼ相当する。よって磁性体磁極４のへ方向（幅方向とす
る）において磁場強度が一定でなくなり、かつ磁場強度
分布が隣接する磁性体磁極４において反転１．ているこ
とより、磁性体磁極４の幅狭部４ａ及び幅広部４ｈにお
ける磁場強度分布は、電子の進行方向に向かいそれぞれ
強、弱が交互に形成され、磁性体磁極４の幅方向の中央
部付近がいずれの磁性体磁極４においても平均化された
磁場強度となる。よってウィグラの幅方向に外れようと
する電子があっても磁性体磁極４の幅方向の中央部に収
束させることができる。

したがって、電子ビームをウィグラの幅方向中央部に形
成することができるので、レーザ発振を生じさせること
ができる。又、電子ビーム軌道のシミコ１ノージョンに
おいても第５図に示すようにウィグラへの電子の入射位
置に拘わらず電子ビームが収束することが確認されてい
る。

第６図は、本発明の自由電子１ノーザ用ウイグラの他の
実施例を示しており、本実施例に示すウィグラは、上記
第１の実施例にて上下に１分されていた磁極２か継鉄＋
ｏ−＋、ｕ＋−２，ｔｏ３−（代表しで継鉄１０と記す
）にて結合され一体的に形成さ矛−た形状をなオもので
ある。

継鉄１０は第６図に示すよ・）にＣ字形をなし、Ｃ字形
の切欠部に形成される対向部１１−４．１ｌ−２（代表
し２て対向部１１と記す）を除き一定の厚さにてなるも
のである。対向部＋１は、継鉄ｌＯの外面１１ａの幅が
継鉄ｌＯの内面１１１〕の幅より摩く形成され、図示す
るように対向部１１にお１十ろ水平断面形状が台形状と
なるものである。このような形状を白オる対向部１１−
１と１ｌ−２とは、継鉄ｌＯの中央部にて互いに水平で
平行に対面する対向面１１ｃ、ｌｌｄを有している。

このような形状を有する継鉄１０−１．１０−２、・は
、図示するように隣接Ａる継鉄１０においてそれぞれの
柱部１０ａが左右に振り分けられ、かつそれぞれの対向
部１１が同列状に並ぶように設置＋られる。又、隣接す
る継鉄１０の対向部１１には上記対向面１１ｃ、ｌＩｄ
と表面を同一とｊ２一定厚にて形成される永久磁石５か
挟まイボろ１゜よって継鉄ｌＯ及び永久磁石５にて形成
される継鉄ｌＯの対向面部分は、上述した第１の実施例
と同様で第２図に示すように台形状断面を（’ＴＬ、磁
性体磁極となる対向部１１と永久磁石５とが交互に配列
されノー構成となる。そして二のように構成される継鉄
１０及び永久磁石５とは適宜な不図示の支持体にて支持
され、さらに、各継鉄ｌＯの柱１（１０ａには導線１４
が巻かれる。よ−、て導線１４を通電することて各継鉄
１０の対向部１１は磁極となる。尚、隣接する対向部１
１と１〕シては互いに異なった磁極となるように導線１
４に通電される。

モし、て、上述した対向面部分にて挟まれた空間１３に
対向面部分に沿って真空ダクト１（不図示）が設置＋ら
れ、この真空ダクト１内を電子か飛行し電子ビー１、が
形成される。

このように構成される第２の実施例におけるウィグラは
、対向Ｉ１１が台形状の断面形状を有することより、対
向部１１に発生ずる磁力強度は、第１の実施例と同様に
電子の進行方向と直角方向に対して変化を設けることが
でき、上述したように形成される電子ビームを対向部１
１の幅方向中央部に収束させることができる。

さらに本実施例では、各継鉄１０に巻かれた導線１４に
供給する電流あるいは電圧を制御することで各継鉄ＩＯ
毎に発生する磁場強度を制御することができる。したが
って電子の進行方向に沿って所望の磁場分布を形成する
ことが可能となる。

このことは、以下の効果を生ずる。即ち、ウィグラ中を
進行する電子は光を発生することによりエネルギを除徐
に失うので電子より発生する光の波長は変化する。よっ
て常に同一の波長の光を得るためには電子のエネルギの
減少に伴い磁場の強度を下げていく必要がある。上述し
たように本実施例ではそれぞれの継鉄１０の導線１４に
供給する電流あるいは電圧を制御することで継鉄１０の
対向部１１に形成される磁場分布を制御することか可能
であるので、ウィグラの全長にわたり同一波長の光を得
ることができ、レーザの高効率化を図ることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、磁性体磁極は電子
の進行方向に対して直角方向において磁場方向及び磁力
強度分布が異なるように磁場を形成することより、形成
される電子ビームがウィグラより外れず、電子の進行方
向に対して直角方向に電子ビームを収束させることがで
きレーザ発振が容易に行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自由電子レーザ用ウィグラの第１の実
施例における構造を示す断面図、第２図は第１図に示す
磁極の表面における構成を示す平面図、第３図は第２図
に示す磁極の側面図、第４図は第１図に示す磁極におけ
る磁場分布を示すグラフ、第５図は第１図に示すウィグ
ラによる電子ビームの形成状態をシミュレーションした
グラフ、第６図は本発明の自由電子レーザ用ウィグラの
第２の実施例における構造を示す斜視図、第７図は従来
のウィグラを構成する磁極を示す斜視図、第８図は従来
のウィグラを構成する磁極を示す平面図、第９図は従来
のウィグラにより形成される電子ビームの形成状態をシ
ミュレーションしたグラフである。 第６図 ２・・磁極、４・・磁性体磁極、５・・・永久磁石、Ｉ
Ｏ・継鉄、１４・・・導線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁場を発生する対面した二つの磁極間に真空ダク
   トが備わり該真空ダクト内に電子ビームが形成される自
   由電子レーザ用ウィグラであって、電子の進行方向に対
   して直角方向に磁場方向及び磁力強度分布が異なるよう
   に上記進行方向に適宜な間隔をおいて配列される磁性体
   磁極と、上記磁性体磁極を挟み上記磁性体磁極のそれぞ
   れに上記磁場方向及び磁力強度分布を発生させるように
   上記磁性体磁極を磁性化する永久磁石と、を備えたこと
   を特徴とする自由電子用ウィグラ。
2. （２）上記磁性体磁極は、電子ビームの進行方向に対し
   て直角方向において磁力強度が異なる磁場を形成する第
   １の磁性体磁極と、第１の磁性体磁極が形成する磁場方
   向と逆方向の磁場を形成し第１の磁性体磁極が形成する
   磁力強度分布と逆の磁力強度分布を形成する第２の磁性
   体磁極と、を備えた請求項１記載の自由電子レーザ用ウ
   ィグラ。
3. （３）対面する二つの上記第１の磁性体磁極及び上記第
   ２の磁性体磁極をそれぞれ別個に継鉄にて一体的に形成
   し磁場を発生させるために該継鉄に導線を巻いた、請求
   項２記載の自由電子レーザ用ウィグラ。