極短パルス高出力自由電子レーザー技術

Technology of the ultra-fast pulse and high-power FELs driven by a superconducting rf linac

峰原 英介

Minehara, Eisuke

われわれは超伝導リニアックによるFELに着目して開発を進め、平成10年2月に当時世界最高出力の0.1kW(キロワット)を記録した。その2年後、電子銃,高周波源,光共振器等の改良により、電流値,パルス幅,電流密度が桁違いに改善され、変換効率も7%になり、出力は、2.34kWとそれぞれ世界最高の値を達成した。この発振では、従来の常電導リニアックより1000倍以上長い時間の電子ビームを発生させ、ピーク出力1ギガワット(GW)の赤外光(22ミクロン)を得た。この効率と出力の増加は、超伝導リニアックにより初めて実現された高密度電流高精度加速による新しい「高縮重度超放射」発振の発見によるもので、理論限界を大きく越える高い効率と3.4サイクル250fsの極短パルスが得られた。この極短パルス高出力自由電子レーザー技術を簡潔に解説する。

We have developed free-electron lasers driven by a superconducting rf linac to demonstrate a powerful and efficient FEL, and the prototype of the FEL has successfully lased to get 0.1kW as the world-strongest FEL average power in February 1998. Two years after the first lasing, the second world-records of ultra-fast pulse of 250fs, efficiency of 7%, and average and peak power of 2.34kW and 1GW at 22 micron have successfully been obtained using a well-improved FEL and superconducting rf linac driver. The breakthrough of ultra-short pulse, efficiency and power in FELs has been realized using the improved driver performance of high density current and high-quality acceleration, and a discovery of sustained superradiance FEL oscillation. Resultantly, we have been successfully able to demonstrate high-efficiency larger than the theoretical limit and ultra-fast pulse of 3.4cycles, and 250fs. In the text, the novel technology of FELs driven by a superconducting rf linac will be briefly reported.