Phase shift induced by free electron laser interaction

共鳴エネルギーをもつ電子との相互作用による自由電子レーザーの位相シフト

西森 信行; 羽島 良一; 永井 良治

Nishimori, Nobuyuki; Hajima, Ryoichi; Nagai, Ryoji

共鳴エネルギーを持つ電子と自由電子レーザー(FEL)との相互作用ではゲインが0となるため、ゲインを得るには共鳴エネルギーよりわずかに高いエネルギーで入射する必要があることはMadey理論として知られている。一方で、FELパラメーターの大きい(波長単位での電子密度が高い)FELでは、共鳴エネルギーでもゲインを持つことが、collective instabilityとして知られている。FELとの相互作用で波長単位でバンチされた電子と、FELが相互作用することにより生じるFELの位相シフトから、この一見相反する2つの事実を説明できる。

Free-Electron Laser (FEL) interaction with unbunched electrons at resonant energy induces a positive phase shift of the FEL field relative to the input phase. The positive phase shift corresponds to giving electrons positive energy detuning, and results in the FEL amplification. The zero small signal gain on resonance in low gain regime is related to the exponential growth in high gain regime by the positive phase shift.