(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの進行方向をz軸方向とし、z軸と同じ平面上で電子ビーム進行方向と直交する方向をx軸方向とし、前記平面に直交する方向をy軸方向とし、x軸方向に磁場を作用させるために所定方向に磁化された2以上の磁石をx軸方向に並列配置して構成するx軸方向磁場発生用磁石列とy軸方向に磁場を作用させるために所定方向に磁化された3以上の磁石をx軸方向に並列配置して構成するy軸方向磁場発生磁石列とを電子ビーム進行方向に交互に配列してなる一対の磁石列を電子ビームが進行する空隙を形成してy軸方向にて対向配置するとともに、前記一対の磁石列の各々においてx軸方向磁場発生用磁石列とy軸方向磁場発生磁石列とのx-y軸断面形状が異なることを特徴とする挿入型偏光発生装置。
【請求項２】
請求項1において、x軸方向磁場発生用磁石列をx軸方向に並列配置する3個の磁石にて構成し、当該磁石列の中央磁石のx軸方向の寸法を両外側磁石のx軸方向の寸法よりも小さくした形状からなる挿入型偏光発生装置。
【請求項３】
請求項1において、x軸方向磁場発生用磁石列をx軸方向に並列配置する3個の磁石にて構成し、当該磁石列の中央磁石のy軸方向寸法が両外側磁石のy軸方向の寸法よりも小さく、かつ、中央磁石の空隙対向面上で両外側磁石の空隙対向面側部分がx軸方向に拡大され、該拡大部が磁石列の空隙対向面中央部にて対向配置する挿入型偏光発生装置。
【請求項４】
請求項1において、x軸方向磁場発生用磁石列をx軸方向に並列配置する3個の磁石にて構成し、当該磁石列のうち中央磁石x-y軸断面形状が、空隙対向面側を空隙対向面と対向する面側よりも長さの短い上底とした台形である挿入型偏光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シンクロトロン放射光発生装置に用いられるヘリカルアンジュレータなどの挿入型偏光発生装置の改良に係り、電子ビーム進行方向(z軸方向)の直交方向(x軸方向)に磁石を配列する水平(x軸方向)磁場用磁石列と垂直(y軸方向)磁場用磁石列の各磁石形状を磁石列ごとに専用に選定した形状を有する構成となして、周期長を短くしても水平(x軸方向)磁場及び垂直(y軸方向)磁場の強度及び均一度の低下がない、あるいは磁場のピーク値を任意の比率に設定可能な挿入型偏光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の電子ストレージリングには、より高いビーム電流、小さなビーム断面積による高輝度光源であるウィグラーまたはアンジュレータと呼ばれる挿入型光源が複数用いられている。
【０００３】
電子ビームは偏向磁石の作る磁場を垂直に感じると一定曲率で曲がり、軌道の接線方向に放射光を放出するもので、SORと呼ばれ、LSIの製作などに利用することが試みられている。ウィグラーでは、上下一対の永久磁石列が作る一定ピッチで方向が反転する周期磁場を電子ビームに負荷する構成からなる。
【０００４】
アンジュレータは、ウィグラーより比較的弱い磁場を持つもので、全ての磁石同期ユニットから同時に干渉性の放射光が放出され、かつコヒーレント化されたビームであり、多くの特性においてレーザーに匹敵するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平10-116700号に開示される挿入型偏光発生装置の磁気回路は、従来多用されるヘリカルアンジュレータ(円又は楕円偏光アンジュレータ)のもので、所要方向に進行する電子ビームの進行方向に直交する方向に磁石を上下3対あるいは上下左右1対で配列する垂直磁場の形成用磁石列と水平磁場の形成用磁石列を交互に電子ビーム進行方向に連結配列して同進行方向にも所要の磁石列を形成したものである。
【０００６】
ここで、上記挿入型偏光発生装置の磁気回路の各磁石は、それぞれ所要のホルダーに支持され、偏光のモードを変えることが可能となるよう電子ビーム進行方向に所要の磁石列が相対的に移動可能に支持されたりするが、この磁石ホルダーやその固着方法、支持装置などについては公知の種々の構成が採用されるもので、以下の説明では磁石自体の配列についてのみ記述する。
【０００７】
図9に示す従来の挿入型偏光発生装置の磁石列について説明すると、ここでは、電子ビーム進行方向をz軸方向(水平方向)、z軸と同じ水平面上で電子ビーム進行方向と直交する方向をx軸方向、先の水平面に直交する垂直方向をy軸方向とし、電子ビームが通過するz軸方向の所要の空隙を介してy軸方向に相対する下側磁石列1と上側磁石列2が対向配置される。
【０００８】
下側の磁石列1は、2個のブロック磁石で空隙対向面に溝を設けた磁石を電子ビーム進行方向と直交するx軸方向に挟む、3個の磁石からなる同一形状の磁石列を電子ビーム進行方向のz軸方向に配列形成したもので、z軸方向に見ると、同方向に溝を形成した磁石列Bの両側に平端上面を形成する磁石列A,Cがあり、各磁石は図に細矢印で示す種々の方向に磁化されて丸印に点で示すN極、丸印にXで示すS極をそれぞれ形成することにより、x軸方向の各磁石列は、図の手前より、垂直磁場用磁石列V1、水平磁場用磁石列H2、垂直磁場用磁石列V3、水平磁場用磁石列H4……と、垂直(y軸方向)磁場用と水平(x軸方向)磁場用の各磁石列が交互に形成され、z軸方向に交互に磁石列Vnまたは水平磁石列Hnが配列される。また、磁石列1はz軸方向に3つの磁石列A,B,Cとなるため、構成単位の各磁石はV1A,V1B,V1C……と符号を付ける。
【０００９】
電子ビームが通過するz軸方向の所要の空隙を介して上側に配置される磁石列2は、下側の磁石列1と同一の配列であって、z軸方向に3つの磁石列a,b,c、x軸方向に単位磁石が配列される垂直磁場用磁石列vまたは水平磁場用磁石列hがz軸方向に交互に現れるため、同様に構成単位の各磁石はv1a,v1b,v1c……と符号を付ける。また、各磁石は図に細矢印で示す種々の方向に磁化され、丸印に点で示すN極、丸印にXで示すS極をそれぞれ形成する。
【００１０】
従って、上下の磁石列1,2で見ると、図の手前の上側の磁石v1a,v1b,v1cで構成される垂直磁場用磁石列v1と、下側の磁石V1A,V1B,V1Cで構成される垂直磁場用磁石列V1が上下方向(垂直方向、y軸方向)に対向して、図に白抜き太矢印で示すような上側への垂直(y軸方向)磁場を発生する。同様に図示の磁化、磁極配置とした2列目の一対の水平磁場用磁石列h2,H2にて図の磁石列A側へ向く水平(x軸方向)磁場を発生し、3列目の一対の垂直磁場用磁石列v3,V3にて図の下側への垂直(y軸方向)磁場を発生し、4列目の一対の水平磁場用磁石列h4,H4にて図の磁石列C側へ向く水平(x軸方向)磁場を発生する。z軸方向にはこの4列の磁場用磁石列にて4方向の垂直磁場及び水平磁場を1セットとして、繰り返し現れるように構成してある。
【００１１】
上記の磁石列構成のヘリカルアンジュレータにおいて、z軸方向の周期長を短くすると、水平磁場及び垂直磁場の強度(周期的に変化する磁場のピーク値)及び均一度(磁気回路中心のビーム軌道上での水平方向でのばらつき)が低下する問題があった。
【００１２】
そこで、図示の構成のままで上記問題を改善するには、例えば、磁石特性が同一の材料を用いて水平磁場の磁気特性を上げる場合、上下の磁石列1,2のうちz軸方向の両側の磁石列A,C、a,c各磁石をx軸方向に拡大、すなわち磁石列A,C、a,c間の距離を短くしてやればよいが、それは同時に中央の磁石列B,bのx軸方向の幅を狭くすることになり、垂直磁場の特性を低下させてしまい、また、同手法で垂直磁場の特性を向上させる逆の場合も同様の問題を生じることになる。
【００１３】
この発明は、ヘリカルアンジュレータなどの挿入型偏光発生装置において、周期長を短くしても水平(x軸方向)磁場及び垂直(y軸方向)磁場の強度及び均一度の低下がなく、例えば水平、垂直磁場のピーク値の差を極小として優れた円偏光アンジュレータが得られるなど、該ピーク値の比率を任意に設定できる構成からなる挿入型偏光発生装置の提供を目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上述のごとく優れた特性の円偏光アンジュレータが得られる構成からなる挿入型偏光発生装置を目的に種々検討した結果、図9などのヘリカルアンジュレータの構成において、垂直(y軸方向)磁場用磁石列並びに水平(x軸方向)磁場用磁石列の垂直方向(y軸方向)に磁化された磁石を大きく、逆に電子ビーム進行方向である水平方向(z軸方向)に磁化された磁石を小さくし、さらに均一磁界を得るために所要の磁石に各々溝を設ける手段を用いるなど、垂直磁場用と水平磁場用の各磁石列毎に最適の磁石構成や形状を採用することにより、強磁場でかつ水平方向に均一度の高い磁気回路が得られ、例えば水平、垂直磁場のピーク値の差を極小にしたり、目的に応じて該ピーク値の比率を任意の値に設定できることを知見し、この発明を完成した。
【００１５】
すなわち、この発明は、電子ビームの進行方向をz軸方向とし、z軸と同じ平面上で電子ビーム進行方向と直交する方向をx軸方向とし、前記平面に直交する方向をy軸方向とし、x軸方向に磁場を作用させるために所定方向に磁化された2以上の磁石をx軸方向に並列配置して構成するx軸方向磁場発生用磁石列とy軸方向に磁場を作用させるために所定方向に磁化された3以上の磁石をx軸方向に並列配置して構成するy軸方向磁場発生磁石列とを電子ビーム進行方向に交互に配列してなる一対の磁石列を電子ビームが進行する空隙を形成してy軸方向にて対向配置するとともに、前記一対の磁石列の各々においてx軸方向磁場発生用磁石列とy軸方向磁場発生磁石列とのx-y軸断面形状が異なることを特徴とする挿入型偏光発生装置である。
【００１６】
また、この発明は、上記構成の挿入型偏光発生装置において、x軸方向磁場発生用磁石列をx軸方向に並列配置する3個の磁石にて構成するに際し、当該磁石列の中央磁石のx軸方向の寸法を両外側磁石のx軸方向の寸法よりも小さくした構成、また磁石列の中央磁石のy軸方向寸法が両外側磁石のy軸方向の寸法よりも小さく、かつ中央磁石の空隙対向面上で両外側磁石の空隙対向面側部分がx軸方向に拡大され、該拡大部が磁石列の空隙対向面中央部にて対向配置する構成、さらに当該磁石列のうち中央磁石x-y軸断面形状が、空隙対向面側を空隙対向面と対向する面側よりも長さの短い上底とした台形である構成、z軸方向の磁石列を任意に相対的に移動可能として偏光のモードを変える構成の他、ビーム方向の磁石列の駆動を考慮する必要がない真空封止型アンジュレータやリボルバ式アンジュレータの用途で、強磁場でかつ水平方向に均一度の高い特性を発揮できる挿入型偏光発生装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図1〜図3に示す挿入型偏光発生装置は、図9と同様に電子ビーム進行方向(水平方向)として、これに直交するx軸方向に3個ずつの磁石を配置した水平(x軸方向)磁場用磁石列と垂直(y軸方向)磁場用磁石列をz軸方向に交互に配置し、x軸方向の各磁石はz軸方向の磁石列A,B,Cとなって形成される下側磁石列11と、同様に配置されたz軸方向の磁石列a,b,cからなる上側磁石列12を所要空隙を介してy軸方向に対向配置した構成である。ここでは同一の磁石特性を有する磁石材料を用いる。
【００１８】
しかし、図9の従来の構成と異なり、この発明による垂直磁場用磁石列(V1,v1)(V3,v3)……、水平磁場用磁石列(H2,h2)(H4,h4)……は、図1、図2に示すごとく各構成磁石の形状が相互に異なることを特徴とする。
【００１９】
詳述すると、図2(A)に示すように水平磁場用磁石列(H2,h2)は、水平磁場に関与する図で上下方向(y軸方向)に磁化された両サイドの磁石(H2A,H2C)(h2a,h2c)が空隙側で幅方向(x軸方向)に拡大されて中央部で当接する構成を採用している。一方、z軸方向の磁石列B,bに相当する中央の磁石H2B,h2bは、磁化方向がz軸方向で図の上下方向(y軸方向)の寸法が小さくされている。
【００２０】
また、垂直磁場用磁石列V1,v1は図2(B)に示すごとく、垂直磁場に関与する図で上下方向(y軸方向)に磁化された中央の磁石(V1B,v1b)はy軸方向に拡大されて磁力が増強されている。一方、これを挟むz軸方向に磁化された両サイドの磁石(V1A,V1C)(v1a,v1c)は図2(A)に比べて相対的に空隙側のx軸方向寸法が小さくされた構成からなる。
【００２１】
なお、図示しないが、図2(B)の構成において、中央の磁石(V1B,v1b)はx軸方向に拡大したり、x軸とy軸の両方向に拡大することができ、その結果、両サイドの磁石(V1A,V1C)(v1a,v1c)を相対的に小さくすることも可能である。
【００２２】
さらに、水平磁場用磁石列(H2,h2)では両サイドの磁石(H2A,H2C)(h2a,h2c)の空隙対向側x軸方向に拡大されて当接した中央部にz軸方向の溝部を設けてあり、また、垂直磁場用磁石列V1,v1の中央の磁石(V1B,v1b)は、その中央部の空隙対向側にz軸方向の溝部を設けて磁界均一度の向上を図っている。
【００２３】
要するに、垂直磁場用磁石列V1,v1で垂直磁場に関与する上下方向(y軸方向)に磁化された磁石(V1B,v1b)をy軸方向に寸法を拡大し、同様に水平磁場用磁石列H2,h2で水平磁場に関与する上下方向(y軸方向)に磁化された磁石(H2A,H2C)(h2a,h2c)をx軸方向に拡大し、さらに均一磁界を得るためにx軸方向の中央部に位置する各磁石に溝形状を採用したことにより、強磁場でかつ水平方向に均一度の高い磁気回路が得られ、水平、垂直磁場のピーク値を任意に設定でき、例えば前記ピーク値の差を極小にした円偏光アンジュレータを作製できる。
【００２４】
図4及び図5に示す磁気回路は、図1の構成において、垂直磁場用磁石列V1,v1で両側の磁石を省略して上下方向(y軸方向)に磁化された中央の磁石V1B,v1bのみで構成し、同様に水平磁場用磁石列H2,h2で中央の磁石を省略して両側の磁石(H2A,H2C)(h2a,h2c)のみで構成したことを特徴としている。
【００２５】
この発明の磁気回路において、水平磁場用磁石列H2は、図6(A)に示すごとく、上述の水平磁場に関与する上下方向(y軸方向)に磁化されたH2A,H2Cのみで構成するほか、図2(A)に示す両サイドの磁石H2A,H2Cが中央の磁石H2B上で当接するか、図6(B)に示すように中央の磁石H2B上で近接する構成とすることが可能である。
【００２６】
さらには、図6(C)に示すように水平磁場用磁石列H2の中央の磁石H2Bの上下方向(y軸方向)の高さは同じでx軸方向を狭くして両サイドの磁石H2A,H2Cの幅を拡大する構成、図6(D)に示すように中央の磁石H2Bを台形状にしかつ高さを少し低めて両サイドの磁石H2A,H2Cの間と中央の磁石H2B上面とで溝部を形成する構成など、要求される磁場強度、均一度などの磁気回路特性に応じて種々の構成を採用することができる。
【００２７】
この発明の挿入型偏光発生装置は、公知のいずれの用途にも適用でき、例えば偏光モードを変える構成の場合、図6(D)に示す磁石列の構成を水平磁場用と垂直磁場用にそれぞれ採用することが可能であり、例えば、磁石H2AとH2B及びH2CとH2Bとの当接面のテーパー度合いを各磁石列毎に同一にしておき、さらに各磁石列毎に中央の磁石のy軸方向の寸法を変化させるなどの構成を採用することにより可能である。
【００２８】
また、この発明の挿入型偏光発生装置は、磁石列A,B,C、a,b,cの水平方向の移動を必要としない構成、例えば磁石列全体を真空チャンバー内に入れる真空封止型アンジュレータや、磁石列をビーム軌道に対して回転移動させるリボルバ式アンジュレータの用途にも適用でき、同一の磁石特性の磁石の場合、水平磁場用と垂直磁場用の各磁石列で磁場発生に寄与する磁石を相対的に拡大することにより、容易に強磁場でかつ水平方向に均一度の高い磁気回路を設計できる。
【００２９】
この発明において、電子ビームの進行方法(z軸方向)を水平方向で説明したが、当該進行方法が垂直方向などいずれの方向であってもよく、また、磁気回路の各磁石並びに磁石列の保持、固着など、あるいは前記のリボルバ式の駆動方法などに関しては、公知のいずれの構成、手段、方法をも採用できる。
【００３０】
【実施例】
実施例
図1に示すこの発明による挿入型偏光発生装置と図9に示す従来の挿入型偏光発生装置を、同一磁石特性のNd-Fe-B系磁石を用い、同一の目標特性値を設計基準としてそれぞれヘリカルアンジュレータを作製した。この発明では真空封止型円偏光アンジュレータとして作製した。
【００３１】
従来の磁気回路における磁石形状では、垂直磁場用磁石列(V1,v1)(V3,v3)……、水平磁場用磁石列(H2,h2)(H4,h4)……は、その形状が同一であり、z軸方向の磁石列A,B,C、a,b,c方向に同一形状の磁石が連続配置されている。この発明の場合、垂直磁場用磁石列(V1,v1)(V3,v3)……、水平磁場用磁石列(H2,h2)(H4,h4)……は、その形状が異なり、z軸方向に交互に変化する構成となっている。
【００３２】
各アンジュレータにおいて、水平磁場及び垂直磁場の強度(磁束密度)及び均一度を同一の測定方法で測定し、測定結果をこの発明の場合を図7(A),(B)に、従来の場合を図8(A),(B)にそれぞれ示す。空隙(gap)は磁石対向面の最短距離であり、誤差は空隙中心より水平方向に1mmずれた位置での磁場強度の差を%で示すものである。
【００３３】
図7と図8の比較により明らかなように、従来の磁気回路ではBx,Byの値に差があり、均一度もギャップによりかなりばらつきがあったが、この発明による磁気回路ではBx,Byはほとんど同じ値で均一度もかなり低く抑えることができた。
【００３４】
【発明の効果】
この発明による挿入型偏光発生装置は、垂直磁場用磁石列と水平磁場用磁石列の各磁石列毎に最適の磁石構成や形状を採用することにより、強磁場でかつ水平方向に均一度の高い磁気回路が得られ、円偏光アンジュレータを目的に水平、垂直磁場のピーク値の差を極小にするなど、このピーク値の比率を任意に設定することが可能であり、例えば、真空封止型アンジュレータやリボルバ式アンジュレータの用途などに強磁場でかつ水平方向に均一度の高い構成を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による挿入型偏光発生装置の磁石列の構成を示す斜視説明図である。
【図2】この発明による挿入型偏光発生装置の磁石列の説明図であり、(A)は水平磁場用磁石列の場合、(B)は垂直磁場用磁石列の場合を示す。
【図3】図1の挿入型偏光発生装置の下側磁石列の上面説明図である。
【図4】この発明による挿入型偏光発生装置の他の磁石列構成を示す説明図であり、(A)は垂直磁場用磁石列の場合、(B)は水平磁場用磁石列の場合を示す。
【図5】この発明による挿入型偏光発生装置の他の構成を示す下側磁石列の上面説明図である。
【図6】(A)〜(D)はこの発明による挿入型偏光発生装置における水平磁場用磁石列の下側磁石列の説明図である。
【図7】この発明による挿入型偏光発生装置における磁場強度の測定結果を示すもので、(A)はGap(空隙)とピーク磁場強度との関係を示すグラフであり、(B)はGap(空隙)と磁場強度の誤差(空隙中心より水平方向に1mmずれた位置での磁場強度の差)との関係を示すグラフである。
【図8】従来の挿入型偏光発生装置における磁場強度の測定結果を示すもので、(A)はGap(空隙)とピーク磁場強度との関係を示すグラフであり、(B)はGap(空隙)と磁場強度の誤差(空隙中心より水平方向に1mmずれた位置での磁場強度の差)との関係を示すグラフである。
【図9】従来の挿入型偏光発生装置の磁石列を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
1,11  下側磁石列
2,12  上側磁石列
A,B,C,a,b,c  磁石列
H2,H4,h2,h4  水平磁場用磁石列
V1,V3,v1,v3  垂直磁場用磁石列
V1A,V1B,V1C…… 磁石
v1a,v1b,v1c…… 磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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