高効率レーザーシンクロトロン光源の研究

• Project/Area Number: 07780439
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: エネルギー学一般・原子力学
• Research Institution: Himeji Institute of Technology
• Principal Investigator: 天野 壮 姫路工業大学, 高度産業科学技術研究所, 助手 (50271200)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 1995: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: レーザーシンクロトロン / モードロックパルス / ピーク強度 / 共焦点共振器

Research Abstract

「レーザーシンクロトロン光源」によって発生されるピークX線強度を上げる(高効率化)ためには、できるだけレーザー電磁場を強くしなければならない。そこで、「複数のレーザーパルスからなるレーザー光(モードロックパルス)を用い、同一時間同一空間でその各々レーザーパルスを重ねる事により、電子と相互作用する実効的なピーク電磁場強度を上げる方法」を考え、次のような共焦点光学系を検討した。
曲率半径R_1、R_2の2枚の凹面ミラーを(R_1+R_2)/2の距離だけ離して対向させる。この共振器の軸に平行に距離y_0だけずらしてレーザービームを入射すると、そのビームは共焦点を必ず通りながら共振器内を異なった光路を通って往復する。この1往復光路を入射レーザーのモードロックパルスの時間間隔と等価にとれば、共焦点において同時刻に各パルスがそこを通過する。すなわち、共焦点でN個のレーザーパルスが重なれば、N倍のピーク強度が期待できる。
この光学系を具体的に最適設計し、どれくらいのNが稼げるか調べるため計算機シミュレーションを行った。レーザーパルスの条件としては、パルス繰り返し数89.25MHz、パルス幅10ps、ビーム径1mm。また、共焦点での時間的ずれが1ps以内、ビームどうしが重ならないという条件をつけた。その結果、R_1=1.6375m、R_2=1.7237m、y_0=0.02mの時、一平面内で最大N=28回が可能な事がわかった。さらに、この系を実現するには、ミラーのR精度が10^<-5>程度必要な事もわかった。この研磨仕様のミラーを入手し、本方式を立体的に展開すれば、数十〜数百倍レーザーのピーク強度を上げる事が可能であろう。それによって、「レーザーシンクロトロン光源」の高効率化も図れる。