2016 Fiscal Year Annual Research Report
テラヘルツ帯高強度コヒーレントエッジ放射の利用による自由電子レーザー制御の研究
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16H03912
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
清 紀弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 分析計測標準研究部門, 主任研究員 (20357312)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
境 武志 日本大学, 理工学部, 助手 (20409147)
田中 俊成 日本大学, 理工学部, 教授 (30155147)
小川 博嗣 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 分析計測標準研究部門, 主任研究員 (60356699)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子ビーム計測手法 / コヒーレントエッジ放射 / 自由電子レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本大学量子科学研究所の電子線利用研究施設LEBRAにて、コヒーレントエッジ放射の特性解明を行った。LEBRAには自由電子レーザー発生装置とパラメトリックX線発生装置の二つの直線部があり、何れも同じ電子収束系を有している。パラメトリックX線発生装置の直線部では、既存の真空容器を使用して広い立体角のコヒーレントエッジ放射を観測できるため、今年度の実験はこの直線部を利用して実施した。コヒーレント遷移放射はコヒーレントエッジ放射と同様の空間分布及び偏光特性を有しているので、まず、チタン薄膜を用いたコヒーレント遷移放射光源を開発した。この光源は4.5マイクロ秒のマクロパルスあたりの出力が約1mJであり、広帯域加速器THz光源としては国内最高強度である。この光源について報告した論文は、JJAPのSpotlightsに選定された。下流偏向磁石で発生したコヒーレントエッジ放射を真空中で輸送するシステムが別予算にて構築されているので、これを利用して放射線の影響を受けない実験室にてコヒーレントエッジ放射を観測した。真空容器による反射を含めた放射強度は、マクロパルスあたり0.2mJあり、電子バンチ長計測を行うのに充分な出力が得られることが分かった。高速応答の検波器を用いた2次元空間分布測定では、反射成分のために対称的な同心円分布は得られなかったが、放射中心に低強度な領域があることを確認できた。
これら二つのコヒーレント放射源の観測を参考に、自由電子レーザー直線部における下流偏向磁石の真空容器設計を行った。コヒーレント遷移放射の空間分布測定結果から、10-30mradの立体角の真空容器外へ取り出せれば、コヒーレントエッジ放射出力の約30%を利用できるので、この条件を満たす中空放物面鏡の作成を計画している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の当初目標は、コヒーレントエッジ放射の2次元空間分布の解明と下流偏向磁石の真空容器の設計であった。2次元空間分布については、放射線の影響を受けない実験室までコヒーレントエッジ放射を真空中にて輸送し、高速応答の検波器を使用して測定することができた。真空容器の反射の影響は受けたが、中空構造の分布が得られており、目標を遂げている。
真空容器設計においては、コヒーレントエッジ放射およびコヒーレント遷移放射の2元空間分布測定の結果から、10～30mradの立体角を真空外へ輸送できれば全放射強度の約30%が得られることを明らかにしている。LEBRAの赤外FELの最長波長は6ミクロンであり、10mradのアパーチャがあれば回折損失を0.5%以下に抑えることができる。この方針の下に真空容器製作業者との打ち合わせも進めており、目標には充分に到達している。
さらに、コヒーレント放射や自由電子レーザーに関する成果を論文にまとめ、国際誌に3報掲載された。そのうちの1報はJJAP編集者からSpotlihgtsに選定された。国内最高強度の広帯域加速器THzの開発が評価されており、当初計画を上回る成果を出せていると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 自由電子レーザー直線部におけるコヒーレントエッジ放射の特性解明
当初予定通り、コヒーレントエッジ放射反射用真空容器を製作し、日本大学電子線利用研究施設LEBRAの自由電子レーザー直線部下流偏向磁石に設置する。赤外線自由電子レーザーの発振を抑制することなくコヒーレントエッジ放射を光共振器から取り出せる中空反射鏡をこの真空容器内に設置し、コヒーレントエッジ放射を大気中へ射出する。本装置から大気に取り出したコヒーレントエッジ放射について、既設のMartin-Puplett型干渉計を利用してスペクトルを測定する。取得したスペクトルからミクロパルスのバンチ長を概算し、バンチ長の微小な変化を捉えるのに最適な周波数を評価する。
２．コヒーレントエッジ放射を利用したバンチ長評価
日本大学の赤外自由電子レーザーは、バーストモード運転時のミクロパルス間隔が22.3nsであり、干渉計ではミクロパルス毎のバンチ長変化を観測することは不可能である。そこで、ワイヤーグリッドを使用してコヒーレントエッジ放射を分割し、2種類のバンドパスフィルターにより狭帯域化した各々の成分を高速応答広帯域検波器にて観測する。高周波数側の周波数は、干渉計を使用して評価した値を採用する。2帯域成分の出力比検出に対して、研究代表者が開発した高速バンチ長測定法を適用し、ミクロパルス毎のバンチ長評価を行う。
ただし、コヒーレントエッジ放射反射用真空容器の設置が遅れる場合は、パラメトリック直線部にて開発したビームラインを利用し、この直線部にて発生したコヒーレントエッジ放射を放射線の影響を受けない大実験室に輸送して計測することとする。
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[Journal Article] Project of the superposing beamline for parametric X-ray radiation and coherent transition radiation in THz region at LEBRA2016
Author(s)
Y Hayakawa, K Hayakawa, M Inagaki, T Kaneda, K Nakao, K Nogami, T Sakae, T Sakai, N Sei, Y Takahashi, T Tanaka
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 732
Pages: 012013
DOI
Peer Reviewed
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