Development of the time-resolved photoemission measurement using the laser third harmonics generated by high efficient rare gas cell.

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K03702
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: 東 純平 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 准教授 (40372768)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: レーザー / 非線形光学現象 / 光電子分光 / 装置開発

Outline of Annual Research Achievements

LiF窓を使用した希ガス三次高調波発生用ガスセルにXeガスを100Torr以上充填し，三次高調波発生の位相整合条件を満たす420nmのフェムト秒レーザーを100mW以上入射する事により，光電子分光で十分実用に耐える強度の三次高調波発生を光電板モニターにより確認できた．この時の光電流は100pA以上で有り，光子数に直すと毎秒6×10の8乗個以上である．超短パルス光を用いた光電子分光では瞬間的に発生した光電子同士のクーロン反発による分解能悪化いわゆる空間電荷効果が問題となるが，使用したレーザーシステムの繰り返し100KHzでは光電流3pA以上でレーザーのエネルギー幅（～20meV）＜空間電荷効果であることが実験で判明している．よって実際の時間分解光電子分光実験では3pAの光電流を得られる三次高調波の強度で十分であり，発生直後の光電流が100pAあれば仮に後段の光学系のスループットが10％以下であっても十分な光強度が得られる．
製作したガスセルとしては二種類の希ガスを圧力調整して充填可能な設計がなされているが，420nmの基本波を数nm程度変化させても三次高調波の明らかな強度変化すなわち波長依存性は見られず，Xe単体でのテストで十分であった．レーザーのパルス幅が200fsであり，時間とエネルギーの不確定性による波長の広がりが10nm程度ある為，位相整合条件からは外れなかったと考えられる．このガスセルはベーキングによる真空立ち上げを行う事で壁面からの水や一酸化炭素といったコンタミの放出を抑える事ができ，ガスを入れ替えずに長期間安定に使用可能である事も確認できた．光源としての完成を見たので，今後のビームラインの停止期間中に光電子分析装置への希ガス三次高調波発生用ガスセルの組み込みを行い，時間分解光電子分光の実験を行って論文化を行う予定である．