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High Quality X-ray Generation with 10 MW Self-Resonating Enhancement Optical Cavity

Research Project

Project/Area Number 19H00691
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

大森 恒彦  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 協力研究員 (80185389)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 徹  広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 特定教授 (50253050)
上杉 祐貴  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60780682)
鷲尾 方一  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70158608)
照沼 信浩  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (70237014)
Aryshev Alexander  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (70801588)
保坂 勇志  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 次世代放射光施設整備開発センター, 主任研究員(任常) (90645558)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥44,720,000 (Direct Cost: ¥34,400,000、Indirect Cost: ¥10,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Fiscal Year 2020: ¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2019: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
KeywordsX線イメージング / 偏光X線源 / レーザー・電子衝突 / コンプトン散乱 / 偏極ガンマ線源
Outline of Research at the Start

レーザー・電子衝突により逆コンプン散乱で生成されるX線/γ線は準単色性、偏光制御、エネルギー可変など優れた特徴を持つ。レーザー光を光共振器空洞中に蓄積し、元の強度を何桁も上回る高強度のレーザー光を作る事ができる。そこに電子ビームを通し衝突させX線/γ線を生成する。我々は、(1) 自発共鳴・レーザー発振蓄積空洞、(2) 4枚ミラー空洞、(3)バーストアンプ技術、この3つを融合し大強度蓄積と極小スポットを同時に実現する究極の蓄積空洞を開発する。これを小型加速器と組み合わせ高品質・大強度X線を発生し、従来大型の放射光施設でのみ可能であった高度な X線イメージングを小型の装置で実現する。

Outline of Annual Research Achievements

自発共鳴・レーザー発振光蓄積空洞の高性能化のための研究を行った。

具体的には小型の大気中試作空洞を用いた、高フィネス化、パルス化の研究を行った。特にそれらが安定性と両立する条件を研究した。光蓄積空洞のモード、モード間の関係、それが安定性に及ぼす影響を研究した。装置の温度管理が重要であることがわかったので、昨年に引き続きその強化を行なった。具体的には空洞本体に温度管理のための水パイプを巡らせる、レーザーの入っている箱の断熱を強化するなどの対策を行なった。

本光蓄積空洞の加速器への組み込みをめざして加速器との同期の研究行なった。各種の方式を比較検討し、レーザーコンプトン散乱のためのレーザー光を発生するレーザー発振器、すなわち本研究のレーザー装置自身を加速器のマスターオシレーターとして使用する方法を採用することとした。理由はこの方式では同期のためのフィードバック機構を用いる必要がなく、最も簡便で、それでいて高い同期精度が得られるからである。この方式の実現のためにレーザー光周回路から光シグナルを取り出して加速器に送る方式の研究を始めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

自発共鳴発振による光蓄積という全く新しい方式のレーザーを開発しているが、その発振の安定性を確保することに時間がかかっている。温度管理が重要であることがわかってきたが、温度管理の方式の研究は、条件を変化させてから結果を得るまでの1ランウンドに時間がかかり、そのことも時間のかかる要因になっている。また光路の中で特に発振の安定性に重要な部分をわり出そうとしているが、その特定にも時間がかかっている。本研究ではレーザーパルスを衝突の相手である電子ビームを生成する加速器の運転用マスターオシレーターとしても使用する。そのためレーザー発振の安定性は特に重要であり、時間がかかっても丁寧に研究する必要がある。

コロナ禍とロシアによるウクライナ侵略戦争のために多くの製品の納期が従来よりも大幅に長くなっている。これも遅れの原因となっている。

Strategy for Future Research Activity

温度管理をさらに徹底して安定度を向上させる。レーザーのハイパワー化の研究に進む。大型のレーザー空洞を用いる研究に進む。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Harmonically mode-locked laser pulse accumulation in a self-resonating optical cavity2022

    • Author(s)
      Koshiba Yuya、Otsuka Seiya、Yamashita Koki、Fukushima Chikara、Araki Sakae、Aryshev Alexander、Omori Tsunehiko、Popov Konstantin、Takahashi Tohru、Terunuma Nobuhiro、Uesugi Yuuki、Urakawa Junji、Washio Masakazu
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 30 Issue: 24 Pages: 43888-43888

    • DOI

      10.1364/oe.472917

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] レーザーコンプトン散乱に向けた自発共鳴型光蓄積共振器の開発2021

    • Author(s)
      山下洸輝, 小柴裕也, 鷲尾方一, Aryshev Alexander, 浦川順治, 大森恒彦, 照沼信浩, 福田将史, 本田洋介, 上杉祐貴, 菅原直人, 坂上和之, 高橋 徹, 保坂勇志
    • Journal Title

      Proceedings of the 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan

      Volume: 18th Annual Meeting

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Mode-locked pulse oscillation of a self-resonating enhancement optical cavity2019

    • Author(s)
      Y. Hosaka, Y. Honda, T. Omori, J. Urakawa, A. Kosuge, K. Sakaue, T. Takahashi, Y. Uesugi, and M. Washio
    • Journal Title

      IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series (JPCS)

      Volume: 1350 Issue: 1 Pages: 012028-012028

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1350/1/012028

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] レーザーコンプトン散乱に向けた自発共鳴型光蓄積共振器の開発 (TUP057)2022

    • Author(s)
      福島 千夏良,小柴 裕也,山下 洸輝,鷲尾 方一(早大・理工総研),アリシェフ アレキサンダー,浦川 順治,大森 恒彦,照沼 信浩,福田 将史,本田 洋介,ポポフ コンスタンティン(高エネ研),上杉 祐貴(東北大・多元研),坂上 和之(東大・光量子研),高橋 徹(広大・先進理工),保坂 勇志(量研)
    • Organizer
      第19回日本加速器学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザーコンプトン散乱のための自発共鳴型光共振器の開発2022

    • Author(s)
      福島千夏良, 山下洸輝, 小柴裕也, 鷲尾方一, Aryshev Alexander, 浦川順治, 大森恒彦, 照池信浩, 福田将史, 本田洋介, 上杉祐貴, 菅原直人, 坂上和之, 高橋徹, 保坂勇志
    • Organizer
      日本物理学会「第77回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザーコンプトン散乱のための自発共鳴型光共振器の開発2022

    • Author(s)
      福島 千夏良
    • Organizer
      日本物理学会 第 77 回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザーコンプトン散乱のための自発共鳴型光共振器の開発2022

    • Author(s)
      福島千夏良, 山下洸輝, 小柴裕也, 鷲尾方一, Aryshev Alexander, 浦川順治, 大森恒彦, 照池信浩, 福田将史, 本田洋介, 上杉祐貴, 菅原直人, 坂上和之, 高橋徹, 保坂勇志
    • Organizer
      日本物理学会 第 77 回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on a Self-Resonating Optical Cavity for Laser-Compton Sources (THPAB059)2021

    • Author(s)
      Y. Koshiba, S. Otsuka, M. Washio, N. Sugawara, Y. Uesugi, T. Takahashi, Y. Hosaka, K.Sakaue, A. Aryshev, M. Fukuda, Y. Honda, T. Omori, N. Terunuma, and J. Urakawa
    • Organizer
      IPAC21, 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] KEK-LUCX施設のレーザーからRFおよびRFからRFへの安定性の研究(MOP043)2021

    • Author(s)
      ポポフ コンスタンチン
    • Organizer
      第18回 日本加速器学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザーコンプトン散乱に向けた自発共鳴型光共振器の開発(WEOA08)2021

    • Author(s)
      山下 洸輝
    • Organizer
      第18回 日本加速器学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザーコンプトン散乱に向けた自発共鳴型光蓄積共振器の開発2021

    • Author(s)
      山下洸輝 , 小柴裕也 , 鷲尾方一 , Aryshev Alexander , 浦川順治 , 大森恒彦 , 照沼信浩, 福田将史 ,本田洋介 ,上杉祐貴 ,菅原直人 ,坂上和之 ,高橋 徹 ,保坂勇志
    • Organizer
      第18回・日本加速器学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on a Self-Resonating Optical Cavity for Laser-Compton Sources2021

    • Author(s)
      Y. Koshiba, S. Otsuka, M. Washio, N. Sugawara, Y. Uesugi, T. Takahashi, Y. Hosaka, K.Sakaue, A. Aryshev, M. Fukuda, Y. Honda, T. Omori, N. Terunuma, J. Urakawa
    • Organizer
      IPAC21, THPAB059, 2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レーザーコンプトン散乱光源に向けた自発共鳴型光共振器の現状2020

    • Author(s)
      大塚 誠也,小柴 裕也,鷲尾 方一(早大理工総研),アリセフ アレクサンダー,浦川 順治,大森 恒彦,照沼 信浩,福田 将史,本田 洋介(高エ研),上杉 祐貴,菅原 直人(東北大多元研),坂 上 和之(東大光量子研),高橋 徹(広大先進理工),保坂 勇志(量研)
    • Organizer
      17 回日本加速器学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザーコンプトン散乱光源の高輝度化へ向けた自発共鳴型光共振器の開発2020

    • Author(s)
      大塚誠也, Aryshev Alexander,上杉祐貴,浦川順治,大森恒彦,小柴裕也,坂上和之,高橋徹,照沼信浩,福田将史,保坂勇志,本田洋介,鷲尾方一
    • Organizer
      日本物理学会 第75回年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Mode-Locked Pulse Oscillation of a Self-Resonating Enhancement Optical Cavity2019

    • Author(s)
      Y. Hosaka, Y. Honda, T. Omori, J. Urakawa, A. Kosuge, K. Sakaue, T. Takahashi, Y. Uesugi, and M. Washio
    • Organizer
      10th International Particle Accelerator Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-12-25  

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