Dielectric Laser Acceleration fabricated by 3D imprinting method

• Project/Area Number: 22K18133
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 澁谷 達則 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (50874525)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 誘電体加速 / レーザー / レーザー加工 / レーザー加速 / 中赤外線 / 光電場アンジュレータ / コヒーレントX線

Outline of Research at the Start

X線自由電子レーザーに代表されるコヒーレントX線光源の登場により、生命科学や材料科学は大きな発展を遂げている。本研究では、このようなコヒーレントX線源をテーブルトップサイズにまで小型化することを目指し、レーザー光と誘電体加速構造を組み合わせた小型の電子加速器システムを開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はレーザー加工技術により、マイクロスケール加速構造を成形し、将来のテーブルトップ量子ビーム源の基盤となる高電界な完全光駆動電子加速を実現することである。研究2年目には、時間領域差分法による電子加速器構造の計算を行うことで、電子加速が可能な構造を決定した。計算構造は計算コストを軽減するために2次元的に行った。まず、設定空間は25μm×100μmの空間を用意し、波長10.6μmの光が屈折率2.0の媒質に入射することを仮定した。2対の回折格子構造における回折構造部を向かい合わせに4μmの距離に配置し、２つの回折格子構造の背面方向からそれぞれレーザー光パルスを入射した際、２つのパルスが格子対の中心で重ね合わさった際の結果を示した。格子数が4つの回折格子全てにおいて、電場が反転して加速位相が可視化されている。これにより、波長10.6μm近傍で回折格子型光加速構造が機能することが確認できた。また、フェムト秒レーザー加工技術により、サファイア、ダイヤモンド(HPHT)、フッ化カルシウム、シリコン、塩化ナトリウムに対して、レーザー加工を行い、塩化ナトリウム以外の材料に対して中赤外線領域で有効な電子加速構造を作成することに成功した。また、サファイアに対して更なる高度化に向けたレーザー科学エッチング法を検討し、サブミクロン以下の精度で加工を実現することができた。これらの知見により、電子加速に有効な技術を確立することができた。

Research Products

• [Presentation] フェムト秒光加工によるレーザー誘電体加速構造の製作 (2023)
  • Author(s): 澁谷達則
  • Organizer: 日本加速器学会年会