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

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H00691
• Research Institution: High 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, その他部局等, シニアフェロー (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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: X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 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

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。

Research Products

• [Journal Article] Harmonically mode-locked laser pulse accumulation in a self-resonating optical cavity (2022)
  • 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 Pages: 43888～43888
  • DOI: 10.1364/OE.472917
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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
• [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