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2. 15 eV

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. Travier et al.
Nucl. Instr. And
Meth. In Phys. Res.
A340 (1994) 26-39

B-1.  B-2-1. #)!26;1"'SP8a/c9"'3=4

Cs2Te on Mo cathode plug
RF contact (Cu-Be)

Kovar Foil

Vacuum Bellows#)!2CUa)&*%12]TI-V

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→ 小型化・アライメント簡素化に有利→ 低エミッタンス化で有利
３次元レーザーパルス形状整形可能（光ファイバーバンドルで整形した場合）
短所：

技術的課題が多い
・製造工程がまだ十分に確立していない（透過型ダイヤ、 透過型Cs2Te等）
・高電界印加にはメタルマスク構造が必要（エミッタンス劣化、メタルマスクの透過率のためQE減少）
・透明基板が必要（帯電による光電面薄膜のダメージの問題）

B-3-1. Cs2Te%(+



4JCs

Eg:3.3eV
Ea:<0.5eV
Cesium-Tellulide and Magnesium for high quality photocathodes
Preparation and diagnostics R.A.Loch(Univ of Twente) Master Thesis June2005

Cs2Te%(+m k:^V266nm(YAG:4- 263nm(Ti:Al2O3:3-
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C.K.Sinclair et.al.

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A63: 780860nm (NEA GaAsQE5% 1)
B1&(; : CWA-1. ERL47;J5/.(L0+C>="
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Ga
As
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laser

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E5'9*
B26

A-2-1. Driven Laser for ERL (100 mA mode)
CW

0.77ns 0.77ns

0.77ns 0.77ns

1.3 GHzMicro bunch Charge: 77 pC0& ,: 1020ps!" 
1&  : 12 nJ-$(/15.6 W
2+*: 780nm (NEA GaAsQE 5% 1'")3)# %. : CW

A-2-2. Driven Laser for ERL (100 fs mode)
CW

7.7ns 7.7ns

7.7ns 7.7ns)+%B/1<7
9?;'-#204  < 0.13 GHz"*$! Micro bunch Charge: 1 nC 
G8(,"C: < 10ps
H8(,"&,: 155 nJ D5=F< 20 W
IA@: 780nm (NEA GaAsQE5%1 :.)J>3(,"6E: CW

A-2-3. Driven Laser for ERL ( 0.1 mm-mrad mode)
CW

0.77ns 0.77ns

0.77ns 0.77ns

1.3 GHzMicro bunch Charge: 7.7 pC8)!1: 1020ps9)!!: 1.2 nJ2&+71.6 W
:0.: 780nm (NEA GaAsQE 5% 1*# )/ "$860nm '3.0.- 56 QE/;,%!(4 : CW

B. Linear Collider ]BULF'GaAs&( & X-FEL(SASE)D)^
0.9 msNG E?
4;1P  D)^  

332ns

332ns

332ns

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4;1P D)^ 
ILCQTVLC
2004X&ICFA#QTV
LC%=_>!*$
JKS%I<

2800H
062.Micro bunch Charge: 6.4 nC
aH&580&[: 10ps (Cs2Te+RF-Gun); 1ns (GaAs/GaAsPQ@L+DC-Gun)bH&580&,38-(Cs2Te: QE1%): 3.2J7.:580W\C9 J \\CM` 45  
 GaAs/GaAsPQ@L&9/&,38-'N&3.3ZQE+0.1%$ "OIcYR: 266nm (Cs2Te); 780nm (GaAs/GaAsPQ@LPol~85%)
dNA7.:580D)^ : 5 Hz

B-1. Linear Collider : DC-GUN)
E=70-100 MeV
Positron-style room-temperatureaccelerating section

laser

diagnostics
sectionsub-harmonicbunchers + solenoids

Parameter
Electrons per bunch1

Symbolbn
NbBunches per pulse

Value
4x1010(2x1010)†

Units
Number2820 (5640) †NumberMicrobunch repetition rate
Pulse Repetition Rate

fepmicro
f

3 (6)
5

DR energy Acceptance
DR Transverse AcceptanceElectron Energy
Electron Polarization

E/E
A=2J
E0
Pe

1
0.09
5
>80

1
†

standard ILC
SCRF modules

†

MHz
Hz
% (FW)
m-rad
GeV%

twice IP requirement
Low charge parameters

Cautesty of :
C-1 &2

B-2. Linear Collider :  GUN)

Strawman BCD (Baseline Configuration Document)
http://lcdev.kek.jp/GDE/library.php

Primary e source

Beam Delivery System

eDR

Positron Linac
150 GeV

100 GeV
HelicalUndulator
In By-Pass
Line

IP

250 GeVe+DR

Photon Collimators
Target e - Dump

Photon Beam Dump

PhotonTargetAuxiliary e - Source

Adiabatic Matching
Devicee+ pre-accelerator ~5GeV

bg2  2o^.3,}ia#f?JSA}iMP<=UDQTF1x&8;:@UOp"8{w.2unm179}i<nmkq2}iMP<h(:2.}i
2IR>K30 %2+/{42 Z#y$!8;",`{1\6X_|3}iMP#0 /}i6,$;0 %/)2*52KHB=HN#0 /Y#v1yV(:l 2}iMP<{1j&)2unm17:}i<hKHB=H
N/e!8;- :}ia/p]Wt["80:IR>K#KUGd
r3}is/'.}Z~3z~nmc3IR>K2?JSA17:#TCLSE?JSA3   z~B-3. Drive Laser for KEK-ATF RFGun )-.LC3

Up to 20 pulses
GLC/NLC)-.LC

2.8ns 2.8ns

2.8ns 2.8ns

 : 1.4 or 2.8
ns+
%&,1.4ns 192

=< 12.5 HzMicro bunch Charge: < 4.8 nC
5$  0: ~ 10ps
6$  : 2-4 uJ1"'4< 0.1 mW
7/*: 266nm (CsTeQE 1)laser media Nd:YVO48(!#2 : 12.5Hz 

C. Inverse Compton Scattering & X-FEL (SASE) :&G#6=
100 ms (10 Hz)    ;8 1 mm-mrad @1nC
0.5 nC%A"?C$!;@<7"'-2.*Bunch Charge:nC)H>%14-%F: 10 ~ 20 ps
I>%14-%(04): >2.5 J (Cs2TeQE < 1%): >20 J (MgQE<0.1%): >250 J (CuQE < 0.01%)
JED: 266 nm(YAG:FHG), 263 nm(TiSa:THG), 258 nm(YbYAG:FHG)
KB914-:&G#: 10 Hz,5+43/C-1. X-FEL (SASE)

C-2. X-FEL (SASE)

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C-3. $;$;
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0 (1 + K 2 / 2 +  2 2 )2 2 (1  cos  ) +X%

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 m 0c 2

D. Laser Accelerator

36*5$+.
100 ms (10 Hz))4,&
`C27)Z:<50 fs (30fs:)4&-7/8"9' \LY_)
aC27)#07%: >10 TW(X]\LJE@V<;W
=QB> :UV;W)
bXT: 800 nm 19.ZRZDI GK_
cN?27)A[: 10 Hzd(9-6)-: <10-6 ~ 10-7
eQE HFS :36*5PO#07%!M^3.9E-9

D-1-1. Laser AcceleratorAWNESJ;K>C>QUX
 T
10-20 MeVZ:GLH, 1
8E/E ~10%
N<Y ~10-25 pC/shot
0'$7" ~0.059mmmrad
NE*7&M < 200 fs;K=.3#/PR[T % &27)5@I2-34 VN-7&
FBD?O6 !+5"
(7 

D-1-2. Laser AcceleratorWave-breaking 

D-2-1. Laser Accelerator



D-2-2. Laser Accelerator

Ti:Sapphire17 TW, 37 fsDazzler.
 
フォトカソード電子銃においてはレーザとＲＦは同期をとる必要がある。
この理由はレーザがカソードに当たると光電子が発生するが、この瞬間の空
洞内のＲＦの位相が最適位相で安定していければならないからである。

ＲＦの周波数 2856MHz （Ｓbandの場合）
レーザオシレータの周波数
79.33 MHz (RF周波数の36分周＠東京大学)
89.25 MHz (RF周波数の32分周＠Spring-8)
119 MHz (RF周波数の24分周＠住友重機械) など
レーザオシレータの周波数 f はオシレータの共振器長 L 、光速 c により、c次式で与えられる

f =2L

共振器端の一方のミラーを高速制御可能なピエゾ素子で動かすことにより、共振器長Lを調整する。通常ＰＬＬ回路をもちいて、レーザ周波数をＲＦにロックすることにより高精度な同期が可能となる。

A. f^¯2-!.
f^¯3~z@ SPring-8
左の例でＲＦとレーザ間のr.m.sジッターは550fs程度

Laser Osc @89.25MHz
PiezoTU

同期回路の低ジッター化のポイント

WGQVJq
Photo Diode¢u¡PXOQJR@VL
BNEAX
Loop on/off
Phase Detecter@357 MHz

2856 MHz RF OSCLoop BW
Loop Gain
8¦PXOQJR@VL

HV Amp

位相比較周波数
位相比較回路方式
ループフィルターの最適化
分周器
バンドパスフィルター
ピエゾ素子の応答速度など^¯Ya3IMLrYa3¨©
WGBHWL$:3qQVJ?¬!.?x*<0x)=+0WGc3IM
L4o*<r.m.sIML%230 fs5/o/&<(0?ny6ring-

-3WG?f*<+72dq?¬!<¨©
iFXSNX{®29<£2#!.4| CKO¬3WG0iFXSNXq£¬WG33WG3f?<¥­% <(3v24PLL?¬!1!f¨©%] /<-3WGq?}2p!272¤lm2 ..&+dq3j§$:}cw%>$<(=?¬!.Z¨3WG£e2R@OPMD?$'<(029;3WGc3u3f?#(1"(=29; Y[3IML%] / <iFXSNX{®3v24
~z24| CKO¬3WG4|\e3 08f?<¥­% <3/bWG?
2.|\¬ 0f?,+/dq29<f?t" ªg_sk«3¨©/3r.m.sIML`h°40.3 fs (MIT)/ <B-1. 

!  #'%,-SPring-8
Ti:Sa amplifier @10Hz

Laser Pulses @ 89.25 MHz

Laser Osc @89.25MHz

!

Photo Diode

Fast
Photo
Diode

Piezo

Timing signal Pump laser@ 10Hz@ 10Hz*"()
(&
Loop on/off
Phase Detecter@357 MHz

2856 MHz RF OSCLoop BW
Loop Gain
8+$

YAG laser@ 10HzTiming signal@ 10Hz

HV Amp8.95 M+$
RF amplifier

2856 MHz bandpass filter

Pulse signal @ 89.25 MHz

Laser Pulses@ 790nm,10 Hz

RF signal @ 2856 MHz
RF GUN

Klystron

RF modulation amplifier

Phase shifter
Laser Pulses@ 263nm, 10 Hz

B-2. !%&"SPring-8

RF signal #$200( 
' r.m.s 230fs

THG

&."#   !
$%ULeJ@ZEOeV"X[OeVX[#M`A@Z'`nKl 6E/E,R*%":Y7^=']8`m="F_Pk*

1.3 GHz

2.856 GHz

11.4 GHz5.712 GHz

9<#Nd•:Y7^a#0-45./10
++"OeV!g?

+$

)

%



:YC0.1a(X-FEL"kW)!Yb*/10"Ijf;#

L240 fs  S100 fs  C50 fs 

25 fs :YC10a(ILC"kW)!Yb*/10"Ijf;#
L23 ps  S10 ps  C5 ps  2.5 ps • &>!HQDT
9<"( \]/10
&BOeV!cGi*" L3521.3GHz)S!h:¢¢(¢(·f(v¹½  LHSF-#(¹»X{#&-v_)<;SBS=#r54¢)o¾)¨r&¨v&4$[t 0®¸ ¾(r_2v_r54h¤#)}y²'14r/[64• RFV)M?NQAvTp(OCKP,%¯U¢h£)¢'¬+"f(k)v(#Filling timek&3
JL(VG:@(Zg7k )§.'T¡¹½
X-FEL'­¼&8S?NQA#(l) 0.5 nC @100 fs time width !
RFy(10 ps2x-4$4$100 fs'4')T 1/100
HSB71/100'T$'RF(VU (eº)0.01 °Á*X-FEL'd.254RFVU )`j](¥(t°'13
TESLAj](¢Va  °  LCLS¢Va  . ° • ¨v·v_['¹½#>SI<E$Wm4q&h¤#(v_zn#)L S CHSF+"50 MV/m
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