電子蓄積リングにおけるバンチ長の極短化とその自由電子レーザーへの応用

分子科学研究所極端紫外光実験施設(UVSOR)の電子蓄積リングを用いた自由電子レーザー(FEL)の基礎研究実験は1992年に最初の発振実験成功からこれまで500MeVの電子ビームエネルギーにおいて行われてきた。電子蓄積リングのパラメータの一つであるMOMENTUM COMPACTION FACTOR(α)を操作し、電子ビームバンチを極端に短くする研究は、加速器としての特性がよく分かっている600MeVのエネルギーを用いて行ってきたので、そのままFEL実験に持ち込むことができない。またFELの増幅率はエネルギーの3乗に反比例することから、600MeVでの発振実験は非常に難しいことが予想されていた。このため、まず600MeVにおいて通常のリングパラメータでのアンジュレータからの自発放射を測定し、αを変えてバンチ長が短くなった条件での自発放射の特性変化を観測することとした。実験ではαを通常の約1/2、バンチ長にして約30%短い条件での自発放射光のスペクトルを観測した。アンジュレータ中心波長を300nm近傍に設定し、アンジュレータによるベータトロン振動の歪みを4極磁石のグローバル補正で正常に近付け、電子ビームの蓄積が可能となった。低α運転下においても自発放射のモジュレーション(2つのアンジュレータ部から放射される光の干渉程度)は500MeVの場合とくらべても変化は見受けられなかった。これは低αの運転モードがビームの質(エネルギー広がり、不安定性)に与える悪影響がほとんどないことを示すもので、レーザー発振実験への障害が現段階では現れていないと結論できることである。今後加速器利用時間が与えられた場合、さらにバンチ長を短くした状態(少なくともαで1/4、バンチ長で50%)の様子を探り、実際の発振実験の条件を整えてゆく予定である。

分子科学研究所極端紫外光実験施設(UVSOR)の電子蓄積リングを用いた自由電子レーザー(FEL)の基礎研究実験は1992年に最初の発振実験成功からこれまで500MeVの電子ビームエネルギーにおいて行われてきた。電子蓄積リングのパラメータの一つであるMOMENTUM COMPACTION FACTOR(α)を操作し、電子ビームバンチを極端に短くする研究は、加速器としての特性がよく分かっている600MeVのエネルギーを用いて行ってきたので、そのままFEL実験に持ち込むことができない。またFELの増幅率はエネルギーの3乗に反比例することから、600MeVでの発振実験は非常に難しいことが予想されていた。このため、まず600MeVにおいて通常のリングパラメータでのアンジュレータからの自発放射を測定し、αを変えてバンチ長が短くなった条件での自発放射の特性変化を観測することとした。実験ではαを通常の約1/2、バンチ長にして約30%短い条件での自発放射光のスペクトルを観測した。アンジュレータ中心波長を300nm近傍に設定し、アンジュレータによるベータトロン振動の歪みを4極磁石のグローバル補正で正常に近付け、電子ビームの蓄積が可能となった。低α運転下においても自発放射のモジュレーション(2つのアンジュレータ部から放射される光の干渉程度)は500MeVの場合とくらべても変化は見受けられなかった。これは低αの運転モードがビームの質(エネルギー広がり、不安定性)に与える悪影響がほとんどないことを示すもので、レーザー発振実験への障害が現段階では現れていないと結論できることである。今後加速器利用時間が与えられた場合、さらにバンチ長を短くした状態(少なくともαで1/4、バンチ長で50%)の様子を探り、実際の発振実験の条件を整えてゆく予定である。