JP3241779B2 - Method and apparatus for generating high-brightness synchrotron radiation - Google Patents
Method and apparatus for generating high-brightness synchrotron radiationInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】開示技術は、医学,物理学,化学
等の研究部門や実用施設等で用いられるアンジュレータ
光等のフォトンを発生させる技術の分野に属する。BACKGROUND OF THE INVENTION The disclosed technology belongs to the field of technology for generating photons such as undulator light used in research divisions such as medicine, physics, and chemistry, and in practical facilities.
【0002】[0002]
【従来の技術】周知の如く、産業の隆盛は急速に発達し
た科学技術に負うところが大であり、特に、電子工学や
量子力学等の物理学に基礎をおく産業技術の発展に負う
ところが極めて大であり、巨大産業は勿論のこと、ミク
ロの世界にまで及ぶ先端産業において光やレーザの応
用,利用はめざましいものがある。2. Description of the Related Art As is well known, the rise of industry largely depends on rapidly developing science and technology, and in particular, the development of industrial technology based on physics such as electronics and quantum mechanics. There are remarkable applications and uses of light and laser in advanced industries that extend to micro-worlds as well as huge industries.
【0003】而して、近時コンピューター利用技術はあ
らゆる産業におよび、IC部品等の集積回路等の作成に
用いるリソグラフィー等にあっては微細な回路パターン
を形成するために光の波長が短ければ短いほど高精度の
パターンが描けることにより従来可視光線を使っていた
ものから紫外線を用いるようになり、更に、近時は電子
ビームを超えてサブミクロン単位の波長のX線を用いた
X線リソグラフィー等の技術も用いられるようになって
きている。[0003] Recently, computer technology has been applied to various industries, and in lithography used for producing integrated circuits such as IC parts, if the wavelength of light is short in order to form a fine circuit pattern, The shorter the distance, the more accurate patterns can be drawn, so that ultraviolet rays are used instead of those that used to use visible light, and recently, X-ray lithography using X-rays with a submicron wavelength beyond the electron beam. And other technologies are also being used.
【0004】一方では、金属の表面加工等の処理や医療
における外科手術にレーザメス等を用いたり、ホログラ
フィー等にレーザ利用技術が盛んに研究開発,利用さ
れ、高精度で高エネルギーを有し、しかも、経時的に高
頻度;長時間使用可能な秀れたレーザ技術が求められて
いる。On the other hand, laser scalpels and the like are used for treatments such as metal surface processing and medical surgical operations, and laser utilization techniques for holography and the like are actively researched, developed and used, and have high accuracy and high energy. There is a demand for an excellent laser technology that can be used for a long time.
【0005】かかる光学技術にあって、前述の如く、可
視光線の利用からX線リソグラフィー等の短い波長の光
を用いる技術については、例えば、原子力利用や素粒子
実験物理等に用いられてきてシンクロトロン等の電子ビ
ーム加速装置において、投入されてストレージリングを
周回飛翔する自由電子がその偏向部に於いて加速度を受
けて光を発生し、該偏向部にて取出した光を利用する
等、本来的な自由電子に対する加速機能とはかかわりの
ないはずである副次的な光学利用とされてきているが、
当該偏向部にて発生する光は連続波長であり、しかも、
白色光であるところから必要とする目的の波長の光の単
色光を選別するには分光器を必要とし、ストレージリン
グの偏向部に於けるベンディングマグネットの取り合い
等からシステム設計の制約を受け、構造や保守点検が著
しく複雑となり、結果的にコスト高になる不利点があ
り、又、偏向部で全方向に発生する光から所定の単色光
を選択して取出すために方向性の点で著しく空間的にロ
スがある不具合があり、又、それだけ投入されたエネル
ギーに損失が生ずるというデメリットがあった。Among such optical techniques, as described above, the technique of using short-wavelength light such as X-ray lithography from the use of visible light has been used for nuclear power and elementary particle experimental physics. In electron beam accelerators such as trons, free electrons that are injected and fly around the storage ring receive acceleration at the deflecting unit to generate light, and use the light extracted at the deflecting unit, etc. Secondary optics, which should have nothing to do with the acceleration function for free electrons,
The light generated by the deflecting unit has a continuous wavelength, and
A spectroscope is required to select monochromatic light of the required wavelength from white light, and the system design is limited due to the arrangement of bending magnets in the deflection part of the storage ring, etc. And the maintenance and inspection become extremely complicated, resulting in high cost. In addition, since a predetermined monochromatic light is selected and extracted from the light generated in all directions in the deflecting unit, the spatial direction is extremely large. There is a disadvantage in that there is a problem that there is a loss in terms of energy, and there is a loss in the energy input.
【0006】かかる分光器を利用するシステムにおいて
は、当該分光器の複雑な設置は勿論、その管理,制御,
調整等に長期間の経験と高度の熟練を要し、特殊技能が
求められ、そのため、汎用性に欠ける欠点があり、その
うえ、稼動に際しては当該分光器の特性上、シャープな
単色光が得られ難いという難点があった。[0006] In a system using such a spectroscope, not only the complicated installation of the spectroscope but also its management, control, and control.
It requires long-term experience and a high degree of skill to make adjustments and requires special skills.Therefore, there is a drawback that lacks versatility.In addition, sharp monochromatic light can be obtained due to the characteristics of the spectrometer during operation. There was a difficulty that it was difficult.
【0007】しかしながら、現実の産業上の要請として
は、例えば、金属産業等における試料分析等の技術分野
では異なる波長の光を連続的にスキャンニングする等の
操作が要求されるために、依然としてシンクロトロン放
射光の需要が潜在してはいる。However, as an actual industrial requirement, for example, in a technical field such as a sample analysis in a metal industry or the like, an operation such as continuous scanning of light having different wavelengths is required. The potential for synchrotron radiation is latent.
【0008】特に、近時、最先端の医療技術やIC技術
では、例えば、300 nm〜100 nm等の短波長の紫外光を用
いる技術がクローズアップされ、可視光線から当該短波
長の紫外光線までを選択的に抽出可能にするシステムの
現出が強く望まれてきた。In particular, recently, in the latest medical technology and IC technology, technologies using ultraviolet light having a short wavelength of, for example, 300 nm to 100 nm have been highlighted, and from visible light to ultraviolet light having the short wavelength. There has been a strong demand for the emergence of a system that enables selective extraction of scalp.
【0009】そして、小型電子蓄積リングにおいて、直
線部に所謂アンジュレータやウイグラーを設けて飛翔中
の自由電子にゆらぎを与えて発光させるものはあった
が、FELに比べると桁違いに出力が弱く、又、シンク
ロトロン放射光の発生とレーザ光の発生とを併せ有し、
選択的に利用出来る装置は存在してはいない。In some small electron storage rings, a so-called undulator or wiggler is provided in a linear portion to give fluctuation to free electrons in flight and emit light, but the output is weaker by orders of magnitude than FEL. In addition, it has both generation of synchrotron radiation and generation of laser light,
There is no device that can be used selectively.
【0010】又、これに対して特開昭63−35599
号公報発明に示されている如く複数のシンクロトロンを
構成し、ストレージリングを周回させるようにしたもの
があるが、該種技術では該複数のシンクロトロンがマト
リックス状の配列とされているために荷電粒子ビーム軌
道の偏向角度が皆同一であり、そのため、ダンピングタ
イムが長くなり、高輝度の単色光の放射光が得られると
いうネックがあった。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No.
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, there is a configuration in which a plurality of synchrotrons are configured to circulate around a storage ring. However, in the above-described technology, the plurality of synchrotrons are arranged in a matrix. Since the deflection angles of the charged particle beam trajectories are all the same, the damping time is lengthened, and there is a bottleneck in that monochromatic light with high luminance can be obtained.
【0011】又、ビーム軌道が分岐するので光の集散を
抑制する機構が必要である。Further, since the beam trajectory is branched, a mechanism for suppressing the divergence of light is required.
【0012】又、上述の如く、マトリックス状構造とな
るため、その製造は勿論のこと、管理制御の煩雑となる
不具合があった。Further, as described above, since the matrix structure is employed, there is a problem that the production and the management and control are complicated.
【0013】そして、単に、在来態様のストレージリン
グをサイズ的に小型にすれば、蓄積出来る電子のエネル
ギーレベルが下がりはするものの、充分な量の均一エネ
ルギーのフォトンを得ることが出来ないというネックを
有していた。If the size of the conventional storage ring is reduced in size, the energy level of electrons that can be stored is reduced, but a sufficient amount of photons of uniform energy cannot be obtained. Had.
【0014】一方、これまで広く用いられている化学レ
ーザは単色、或いは、数種の単色系のみを発光するだけ
なので、用途に応じて別々の装置が必要となり、経年的
に装置相互に劣化を生じ、又、発振波長はステップ的に
限られており、産業界からの要求に必ずしも合致しない
不都合さがあった。On the other hand, chemical lasers that have been widely used so far emit only a single color or only a few types of monochromatic systems. Therefore, separate devices are required depending on the application, and deterioration of the devices over time may occur. In addition, the oscillation wavelength is limited in steps, and there is a disadvantage that it does not always meet the demands of the industry.
【0015】又、各種の専用のフォトン発生装置を設け
ねばならず、上記X線リソグラフィー等に用いるシンク
ロトロン放射光等と共用出来ないマイナス点があった。In addition, various dedicated photon generators must be provided, and there is a disadvantage that they cannot be shared with the synchrotron radiation used for the X-ray lithography and the like.
【0016】これに対処するに、例えば、出願人の一人
の先願発明の特願平3−84391(特開平7−222
00号公報)号発明に示されている如く、相当サイズ大
型の自由電子レーザー光(FEL)発生装置が開発され
てはいる。To cope with this, for example, Japanese Patent Application No. 3-84391 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 7-222) of the prior application of one of the applicants.
As disclosed in the invention of No. 00, a free electron laser light (FEL) generator of a considerably large size has been developed.
【0017】そして、かかる自由電子レーザー光(FE
L)発生装置1について図9により略説すると、所定の
加速装置から投入された自由電子2はセプタマグネット
3とキッカーマグネット等により平衡軌道に沿うように
飛翔され、RFキャビティ4、そして、所定のベンディ
ングマグネット5,5…により周回しアンジュレータや
ウイグラーの挿入光源6にて交番磁界等により曲折され
るプロセスでアンジュレータ光を発生し、共振系7,7
で共振され選択自在な所定の波長のアンジュレータ光8
として取り出されるようにされている。The free electron laser beam (FE)
L) The generator 1 is briefly described with reference to FIG. 9. The free electrons 2 injected from a predetermined accelerator are flown along an equilibrium orbit by a septum magnet 3, a kicker magnet and the like, and the RF cavity 4 and a predetermined bending An undulator light is generated by a process of being turned by magnets 5, 5 and being bent by an undulator or wiggler inserted light source 6 by an alternating magnetic field, etc.
Undulator light 8 of a predetermined wavelength that is resonated at
As being taken out.
【0018】そして、RF系の作動については図10に
示す様に、RF発信器9がRFアンプ10を作動させて
RFキャビティ4を作動するようにされている。As for the operation of the RF system, as shown in FIG. 10, the RF transmitter 9 operates the RF amplifier 10 to operate the RF cavity 4.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】而して、上述した如く
アンジュレータ光8等の放射光を各種先端産業や実用的
な技術開発研究に利用するに際し、高輝度の放射光、即
ち、アンジュレータ光8以上の高輝度を有する単色光の
放射光に対する要望が強く、輝度が一定な波長の放射光
ばかりでなく、用途によってパルス波や繰り返し性を有
する放射光の潜在需要が高くなってきている。As described above, when radiated light such as the undulator light 8 is used for various advanced industries and practical technology development research, high-brightness radiated light, that is, the undulator light 8 is used. There is a strong demand for the emission of monochromatic light having high brightness as described above, and the potential demand for not only emission light having a constant brightness but also pulse waves and emission light having repetition is increasing depending on the application.
【0020】そこで、当該図9,図10に示した様な在
来タイプのアンジュレータ光発生装置1にあっては、R
Fキャビティ4やアンジュレータ,ウイグラー等の挿入
光源6を周回する自由電子2は当該周回プロセスに於い
て集散しようとする性質があり、該性質と逆にこれを抑
制するコントロール技術が開発されてはいる。Therefore, in the conventional type undulator light generating device 1 as shown in FIGS.
The free electrons 2 orbiting the insertion light source 6 such as the F cavity 4 and the undulator or wiggler have a property of being scattered in the orbiting process, and conversely, a control technique for suppressing the property has been developed. .
【0021】ところで、自由電子2が周回するプロセス
で拡散力が蓄積すると、該自由電子2の軌道からのはみ
出し現象が生じ(所謂不安定性)、これを抑制するには
所謂ダンピングタイムが短い方が良い。If the diffusing force accumulates in the process in which the free electrons 2 circulate, a phenomenon in which the free electrons 2 protrude from the orbit (so-called instability) occurs. To suppress this phenomenon, a shorter so-called damping time is required. good.
【0022】而して、該ダンピングタイムは自由電子2
のリング周回時間に比例することが知られており、同じ
エネルギーの電子を蓄積するリングでは、周長が短いほ
ど該ダンピングタイムが小さくなることが分かってはい
る。The damping time is equal to the free electrons 2
It is known that the damping time becomes shorter as the circumference becomes shorter in a ring storing electrons of the same energy.
【0023】ところで、ストレージリングのビームのエ
ミッタンスがエネルギーの二乗に比例することから、エ
ネルギーの高いストレージリングでは、低エミッタンス
を得る設計がし難いという難点がある。By the way, since the emittance of the beam of the storage ring is proportional to the square of the energy, it is difficult to design a storage ring having a high energy to obtain a low emittance.
【0024】又、単一の共振系では発生するアンジュレ
ータ光8の抑制パルスの長さや繰り返し姿勢が蓄積され
た自由電子ビームのバンチやバンチ数により決定され
る。In a single resonance system, the length of the suppression pulse of the undulator light 8 generated and the repetitive attitude are determined by the bunch and the number of bunches of the accumulated free electron beam.
【0025】而して、当該図9,図10に示す様な比較
的大型のアンジュレータ光発生装置1においては各機構
部が大きくなり、したがって、初期建造組立におけるス
トレージリングの設計等の点において確実な精度が出し
難いという不具合があった。In the comparatively large undulator light generating apparatus 1 as shown in FIGS. 9 and 10, the size of each mechanism is increased, and therefore, the design of the storage ring in the initial construction and assembling is ensured. There was a problem that it was difficult to obtain high accuracy.
【0026】そして、ダンピングタイムが長くなると、
挿入光源6に於ける光と自由電子2の共鳴により光がエ
ネルギーを得て増幅した後では、該自由電子2のエネル
ギー幅が広がるが、エネルギーの広がりを狭くするよう
に復原する場合は、その効果が弱められて結果的に高輝
度の単色光の放射光の発生が得られなくなるという不具
合が潜在的にはある。When the damping time becomes longer,
After the light gains and amplifies due to the resonance between the light and the free electrons 2 in the insertion light source 6, the energy width of the free electrons 2 is widened. There is a potential problem that the effect is weakened, and as a result, emission of monochromatic light of high luminance cannot be obtained.
【0027】そして、得られたアンジュレータ光8等の
放射光の波長の領域や輝度はストレージリングにより異
なりはするものの、短波長で高輝度の光ほどエネルギー
の高い大型のストレージリングにセットされた挿入光源
6から得られているが、それらの波長やパルス間隔や反
復度を自由に変えることが出来るようなシステムはこれ
まで得られておらず、産業界や研究界においてはその現
出が強く望まれていたものである。Although the wavelength region and the brightness of the radiated light such as the undulator light 8 vary depending on the storage ring, the shorter the wavelength and the higher the brightness of the light, the higher the energy inserted into the large storage ring. Although it is obtained from the light source 6, a system that can freely change the wavelength, pulse interval, and repetition rate has not been obtained so far, and its appearance is strongly expected in the industrial and research fields. It has been rare.
【0028】[0028]
【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づくRFキャビティやベンディングマグネット、更に
は挿入光源等のアンジュレータ発生装置の基本的機構を
具備しながら、コンパクトな構造の縦設した複数段のユ
ニット系を前段のユニット系の挿入光源と各ユニット系
の挿入光源とが共通の自由電子の平衡軌道を有し上流側
からのアンジュレータ光が次段の各ユニット系の挿入光
源に挿入されて光と電子が相互作用し、短波長で出力の
大きい高輝度の単色の放射光を得ることが出来るように
して各種先端産業研究におけるエネルギー技術利用分野
に益する優れた高輝度放射光発生方法、及び、該方法に
直接使用する装置を提供せんとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the invention of this application is to provide an undulator generating apparatus such as an RF cavity and a bending magnet based on the above-mentioned prior art and an insertion light source, etc. The unit light source of the preceding unit system and the insertion light source of each unit system have a common free electron equilibrium orbit, and the undulator light from the upstream side is inserted into the insertion light source of each next unit system. An excellent method of generating high-brightness synchrotron radiation that benefits the energy technology application field in various advanced industrial research by enabling light and electrons to interact and obtain high-brightness monochromatic synchrotron with a short wavelength and high output. And to provide a device for direct use in the method.
【0029】[0029]
【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、波長が短く、高輝度な
エネルギーの高い単色の放射光を得るに際し、周囲軌道
に挿入された自由電子に対するセプタムマグネットやキ
ッカーマグネットやRFキャビティに於けるベンディン
グマグネット、更には共振系を有するアンジュレータや
ウイグラーの挿入光源を具備しているアンジュレータ発
生装置を可及的にコンパクトにして直列的な縦設の複数
のユニット系に形成させ、各ユニット系の挿入光源を同
一直線上の軸芯に沿ってセットする等して併設し、前段
のユニット系の挿入光源からの光が、即ち、最上流側の
ユニット系の挿入光源にて発生したアンジュレータ光が
全てのユニットの挿入光源に順次貫通的に直列的に直に
挿入されて各挿入光源に於ける自由電子と共鳴し、該ア
ンジュレータ光がエネルギーを増幅し、自由電子のエネ
ルギー幅が広がった場合にもこれを元に戻してエネルギ
ーの広がりを狭くすようにし、ダンピングタイムを短く
し、高輝度のアンジュレータ光の単色の放射光を得るよ
うにし、而して、各ユニット系ごとにエネルギーの広が
りが変らないように共鳴することが出来ることによりア
ンジュレータ光の単色の放射光が得られ、又、各ユニッ
ト系のストレージリングのRFキャビティの位相を所定
の規則に従って調整することにより、多様な高輝度を発
生することが出来るようにし、又、上記各ユニット系が
規格的に量産的に組付け出来ることから設置や調整が正
確に出来、コストダウンも図れるようにした技術的手段
を講じたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the configuration of the invention of this application, which has the above-mentioned object and aims at the above objects, has a short wavelength, high luminance and high energy. In obtaining monochromatic radiation, septum magnets, kicker magnets for free electrons inserted in the peripheral orbit, bending magnets in RF cavities, and undulators equipped with undulators with resonance systems and wiggler insertion light sources Make the device as compact as possible and form it in a series of vertically arranged multiple unit systems, and set the insertion light source of each unit system along the same linear axis, etc. The light from the insertion light source of the system, that is, the undulator light generated by the insertion light source of the unit system on the most upstream side The undulator light resonates with the free electrons in each insertion light source and is inserted into the light source sequentially in series in series and resonates, and the undulator light amplifies the energy. Return to narrow the spread of energy, shorten the damping time, obtain monochromatic radiation of high-brightness undulator light, and resonate so that the spread of energy does not change for each unit system. By doing so, monochromatic radiation of the undulator light can be obtained, and various high brightness can be generated by adjusting the phase of the RF cavity of the storage ring of each unit system according to a predetermined rule. In addition, since the above-mentioned unit systems can be assembled as standard in mass production, installation and adjustment can be performed accurately and cost can be reduced. The one in which has taken the technical means.
【0030】[0030]
【実施例】次に、この出願の発明の1実施例を図1〜図
8を参照して説明すれば以下の通りである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0031】尚、図9,図10と同一態様部分は同一符
号を用いて説明するものとする。9 and 10 will be described using the same reference numerals.
【0032】図1に示す態様において、1´ はこの出
願の発明の1つの要旨の中心を成す高輝度放射光発生装
置であり、該高輝度放射光発生装置1´ は当該図1に
示す様に、図2に示すユニット系11,11…を同一構
造機構のユニット系として設定段数シリーズ的に複段に
縦設したものであり(勿論、当該実施例は単なる1実施
例に過ぎないものである。)、当該図2に示す様に、所
定の加速装置により加速された自由電子2を投入されて
平衡軌道に走行させるセプタムマグネット3やキッカー
マグネットを有するRFキャビティ4が各々四隅に直角
方向のベンディングマグネット5,5…を有しストレー
ジリング9を形成している。In the embodiment shown in FIG. 1, reference numeral 1 'denotes a high-brightness synchrotron radiation generator which forms the center of one aspect of the invention of the present application, and the high-brightness synchrotron radiation generator 1' is as shown in FIG. .. Shown in FIG. 2 are vertically arranged in multiple stages in series with the number of set stages as a unit system of the same structure mechanism (of course, this embodiment is merely one embodiment). 2), as shown in FIG. 2, RF cavities 3 having septum magnets 3 and kicker magnets into which free electrons 2 accelerated by a predetermined accelerator are injected and run on an equilibrium orbit are respectively provided at four corners in a direction perpendicular to each other. The storage ring 9 has bending magnets 5, 5,....
【0033】そして、所定の一対のベンディングマグネ
ット5,5の間にはアンジュレータやウイグラーの挿入
光源6が介装され、アンジュレータ光8を相隣る次段の
ユニット系11の挿入光源6に、又、前段からのアンジ
ュレータ光8を同軸的に次段の挿入光源6に直に挿入さ
れるようにされている。An insertion light source 6 of an undulator or a wiggler is interposed between a predetermined pair of bending magnets 5 and 5, and transmits the undulator light 8 to the insertion light source 6 of the next unit system 11 adjacent to the undulator light. The undulator light 8 from the previous stage is coaxially inserted directly into the insertion light source 6 in the next stage.
【0034】尚、図4に示す様に、高輝度放射光発生装
置1´ にはマスターRF発振器12が設けられて、そ
れぞれ各ユニット系11の位相調整器13,13…に接
続され、更に、RFアンプ14に接続されると共にRF
キャビティ4に接続されて各ストレージリング9の位相
を調整することが出来るようにされ、図5、乃至、図8
に示す様に、横軸に時間tを、縦軸に光の輝度Lを取る
と、RFキャビティ4の位相を変えることにより、図5
に示すスパイク状の高輝度を有するアンジュレータ光8
が、又、図6に示す様な低輝度を有するアンジュレータ
光8としての出力が得られるように、又、図7に示す様
に、パルス状のアンジュレータ光8の出力が得られるよ
うに、更には、図8に示す様に、パルス状の出力のバン
チ長で決まる繰り返し出力波が得られるようにすること
が出来る。As shown in FIG. 4, the high-brightness synchrotron radiation generator 1 'is provided with a master RF oscillator 12, which is connected to the phase adjusters 13, 13,... Of each unit system 11, respectively. Connected to RF amplifier 14 and RF
It is connected to the cavity 4 so that the phase of each storage ring 9 can be adjusted.
As shown in FIG. 5, when the time t is plotted on the horizontal axis and the luminance L of light is plotted on the vertical axis, the phase of the RF cavity 4 is changed to
Undulator light 8 having high brightness in a spike shape shown in FIG.
In order to obtain an output as the undulator light 8 having a low luminance as shown in FIG. 6, and to obtain an output of the pulse-shaped undulator light 8 as shown in FIG. As shown in FIG. 8, a repetitive output wave determined by the bunch length of the pulse-like output can be obtained.
【0035】尚、図5、乃至、図8におけるTは1ピッ
チのサイクル時間を示すものである。Note that T in FIGS. 5 to 8 indicates a cycle time of one pitch.
【0036】上述構成において、所定のユニット系11
のストレージリング9に自由電子2を投入し、セプタマ
グネット3により投入された自由電子2を平衡軌道に乗
せてストレージリング9を周回させ、各RFキャビティ
4の位相をマスターRF発振器12(図4参照)により
各位相調整器13を介しRFアンプ14にて同上最先端
(最上流)の挿入光源6からのアンジュレータ光8を合
わせるようにすることにより相互の干渉効果と光と自由
電子2との共鳴作用により光がエネルギーを得て増幅作
用を行い、該自由電子2のエネルギー幅が広くなるのを
ダンピングタイムが小さくされることによりエネルギー
の幅を狭くし、低エネルギーで短波長の単色の高輝度の
放射光のアンジュレータ光8が発生される。In the above configuration, the predetermined unit system 11
The free electrons 2 are injected into the storage ring 9 of FIG. 1, and the free electrons 2 injected by the septum magnet 3 are put on an equilibrium orbit to orbit the storage ring 9, and the phase of each RF cavity 4 is set to the master RF oscillator 12 (see FIG. 4). ), The undulator light 8 from the insertion light source 6 at the forefront (most upstream) is matched by the RF amplifier 14 via each phase adjuster 13, whereby mutual interference effect and resonance between light and free electrons 2 are caused. The light obtains energy by the action to perform amplification, and the widening of the energy width of the free electrons 2 is reduced by reducing the damping time to reduce the width of the energy. Undulator light 8 is generated.
【0037】当該プロセスにおいて図3に示す様に、自
由電子群15のバンチ長さで決定するアンジュレータ光
16が各ユニット11のストレージリングにおいてエネ
ルギーの広がりが変化しない自由電子と共鳴することに
より高輝度の光パルス17を現出することが出来る。In the process, as shown in FIG. 3, the undulator light 16 determined by the bunch length of the free electron group 15 resonates with the free electrons whose energy spread does not change in the storage ring of each unit 11, thereby increasing the brightness. Of the light pulse 17 can appear.
【0038】尚、この出願の発明の実施態様は上述実施
例に限るものでないことは勿論であり、例えば、上述実
施例の如く直列的に縦設する各ユニット系11の挿入光
源6を同軸線上に配列し最先端(最上流)からのアンジ
ュレータ光8を各ユニット系11の挿入光源6を流過さ
せて相互干渉と自由電子の共鳴をするようにせず、ユニ
ット系11相互は直列的にし、それらの間に反射ミラー
等を設け、各ユニット系11の挿入光源6に前段のユニ
ット系11からのアンジュレータ光8を挿通させるよう
にする等種々の態様が採用可能である。The embodiment of the invention of this application is not limited to the above-described embodiment. For example, the insertion light source 6 of each unit system 11 vertically connected in series as in the above-described embodiment is coaxial. And the undulator light 8 from the leading edge (most upstream) is not passed through the insertion light source 6 of each unit system 11 so that mutual interference and free electron resonance occur. Various modes can be adopted, such as providing a reflecting mirror or the like between them and inserting the undulator light 8 from the unit system 11 at the preceding stage into the insertion light source 6 of each unit system 11.
【0039】尚、各ユニット系におけるRF位相の構成
については既に開発されているリニアックのクライスト
ロンのRFと電子との位相調整して用いているもので設
計変更の範囲内である。The configuration of the RF phase in each unit system uses the RF and electron phases of the already-developed linac klystron, which are within the scope of design change.
【0040】[0040]
【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
に電子産業,医療産業、更にはこれらの研究機関等にお
いて極めて深い要望のある短波長で高エネルギーのアン
ジュレータ光等の高輝度放射光を発生させるに際し、最
大のアンジュレータ光を用いられる自由電子レーザー光
(FEL)発生装置等のシステムを直列的に所定段数縦
設し、前段の、即ち、上流側のユニット系からのアンジ
ュレータ光を各ユニット系のアンジュレータ等の挿入光
源に直に挿通させて相互干渉をさせ、又、周回する自由
電子と共鳴させ各ユニット系に於けるストレージリング
のRFキャビティを含む直線部の長さを短くし、ダンピ
ングタイムを小さくしてアンジュレータ光と自由電子の
共鳴による光の出力の増幅後にこれを戻してエネルギー
の広がりを狭くし、高輝度のアンジュレータ光等の放射
光を得ることが出来るという優れた効果が奏される。As described above, according to the invention of this application, high-intensity radiation such as undulator light having a short wavelength and high energy, which is extremely deeply demanded in the electronics industry, the medical industry, and even these research institutions, etc. In generating the light, a system such as a free electron laser light (FEL) generator using the maximum undulator light is vertically arranged in a predetermined number of stages, and the undulator light from the upstream unit system, that is, from the upstream unit system, is provided. Directly penetrate an inserted light source such as an undulator of each unit system to cause mutual interference, and also resonate with the circulating free electrons to shorten the length of the linear portion including the RF cavity of the storage ring in each unit system. After reducing the damping time and amplifying the light output due to the resonance between the undulator light and the free electrons, this is returned to narrow the energy spread. Excellent effect that it is possible to obtain the radiation undulator light such a high brightness are obtained.
【0041】そして、各リングの共振系の位相を調整す
ることにより蓄積された自由電子ビームのバンチ長さ、
及び、バンチ数によってパルス長さや繰り返し時間を規
制されることがないようにすることが出来、バンチ長で
決定するパルス幅まで多様にして高エネルギーの高輝度
放射光を得ることが出来るようにすることが出来、従来
の自由電子レーザー光(FEL)よりも高輝度の放射光
を得ることが出来、一定の輝度からさまざまな反復態様
を有する高輝度放射光をも現出させることが出来るとい
う優れた効果が奏される。The bunch length of the accumulated free electron beam by adjusting the phase of the resonance system of each ring;
Also, the pulse length and the repetition time can be prevented from being restricted by the number of bunches, and the pulse width determined by the bunch length can be varied to obtain high-energy high-intensity radiation. It is possible to obtain higher-intensity radiation light than conventional free electron laser light (FEL), and it is also possible to produce high-intensity radiation light having various repetition modes from a constant luminance. The effect is achieved.
【0042】そして、大型のストレージリングを有する
アンジュレータ光発生装置と小型のストレージリングの
直列的な縦設によるエネルギーで同一波長の高輝度放射
光を得ることが出来る効果もある。Further, there is also an effect that high-intensity radiated light of the same wavelength can be obtained with energy due to the series vertical arrangement of the undulator light generating device having a large storage ring and the small storage ring.
【図1】この出願の発明の装置の全体模式平面図であ
る。FIG. 1 is an overall schematic plan view of an apparatus of the present invention.
【図2】同、装置のユニットの模式平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a unit of the apparatus.
【図3】自由電子のバンチと高輝度放射光とパルスの対
応関係グラフ図である。FIG. 3 is a graph showing a correspondence relationship between a bunch of free electrons, high-brightness radiation, and a pulse.
【図4】RF位相調整システムの模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an RF phase adjustment system.
【図5】スパイク状の高輝度放射光のパルスのグラフ図
である。FIG. 5 is a graph of a spike-like pulse of high-intensity radiation.
【図6】同一高輝度の高輝度放射光のグラフ図である。FIG. 6 is a graph of high-brightness emitted light having the same high brightness.
【図7】パルス状態の高輝度放射光のグラフ図である。FIG. 7 is a graph of pulsed high-intensity radiation.
【図8】同、パルスの繰り返し発生のユニット図であ
る。FIG. 8 is a unit diagram showing repeated generation of pulses.
【図9】従来技術に基づくアンジュレータ光発生装置の
システム模式図である。FIG. 9 is a system schematic diagram of an undulator light generation device based on the prior art.
【図10】同、RF発振システムの模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of the same RF oscillation system.
2 自由電子 4 RFキャビティ 6 挿入光源 9 ストレージリング 7,7 共振系 1 高輝度放射光発生装置 Reference Signs List 2 free electron 4 RF cavity 6 insertion light source 9 storage ring 7,7 resonance system 1 high-brightness synchrotron radiation generator
Claims (2)
し挿入光源を通してストレージリングを周回させ低エミ
ッタンスで単色のアンジュレータ光を取り出すようにし
た高輝度放射光発生方法において、上記自由電子の投入
からストレージリング周回のプロセスを直列的に縦設す
る複数段のユニット系で行わせ、該各段ユニット系の挿
入光源に前段のユニット系からのアンジュレータ光を直
に挿入させて光と電子の相互作用を行わせるようにし
て、短波長で出力の大きな高輝度の単色の放射光を得る
ようにすることを特徴とする高輝度放射光発生方法。1. A high-brightness synchrotron radiation generating method in which injected free electrons circulate around a storage ring through an insertion light source through an RF cavity to extract monochromatic undulator light with low emittance. The process of the ring orbit is performed in a plurality of unit systems vertically arranged in series, and the undulator light from the preceding unit system is directly inserted into the insertion light source of each stage unit system, so that the interaction between light and electrons is performed. A high-brightness synchrotron radiation generating method characterized by obtaining high-brightness monochromatic synchrotron radiation having a short wavelength and a large output.
ットとRFキャビティそしてベンディングマグネットと
挿入光源が装備され、該挿入光源に共振系が配設されて
いるストレージリングを用いた高輝度放射光発生装置に
おいて、上記セプタムマグネットから共振系までの機能
を有するユニット系が直列的に複数段縦設されいてるこ
とを特徴とする高輝度放射光発生装置。2. A high-brightness synchrotron radiation generating apparatus using a storage ring provided with a septum magnet, an RF cavity, a bending magnet, and an insertion light source for free electrons to be injected, and a resonance system is provided in the insertion light source. And a unit system having a function from the septum magnet to the resonance system is vertically arranged in a plurality of stages in series.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35824991A JP3241779B2 (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Method and apparatus for generating high-brightness synchrotron radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35824991A JP3241779B2 (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Method and apparatus for generating high-brightness synchrotron radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05182798A JPH05182798A (en) | 1993-07-23 |
| JP3241779B2 true JP3241779B2 (en) | 2001-12-25 |
Family
ID=18458306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35824991A Expired - Fee Related JP3241779B2 (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Method and apparatus for generating high-brightness synchrotron radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3241779B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59140870A (en) * | 1983-02-01 | 1984-08-13 | 日本たばこ産業株式会社 | Method and apparatus for inspecting tobacco |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP35824991A patent/JP3241779B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05182798A (en) | 1993-07-23 |
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