2019 Fiscal Year Research-status Report
Generation of attosecond electron beam pulse using laser modulator
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19K05331
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
菅 晃一 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60553302)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザー変調 / 電子ビーム / 電子加速器 / アンジュレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子炉水化学、重粒子線治療、ナノテクノロジー等の量子ビーム応用分野では、量子ビームによるイオン化直後の現象の解明の重要性が指摘されている。そこで、本研究では、量子ビーム誘起による超高速反応の測定を実現するために、レーザー変調電子ビーム圧縮方式を開発し、アト秒の時間分布を有する電子ビームの発生を目指す。レーザー変調電子ビーム圧縮方式では、アンジュレータ周期磁場および短波長・高電界であるレーザー電場により、入射電子ビームのエネルギーを変調することで、アト秒電子ビームの密度変調へ変換する。令和元年度（2019年度）は、電子ビーム評価のための電気光学結晶を用いた電子ビーム測定およびレーザー変調の最適化に関する研究を行った。
レーザー変調を効率よく行うためには、電子ビームとレーザー変調で用いるフェムト秒レーザーの同期時刻を測定する必要がある。そのため、電子ビーム評価のための電気光学結晶を用いた電子ビーム測定を行った。電気光学結晶とほぼ同軸にフェムト秒レーザーを通過させ、レーザーの偏光変化を測定した。その結果、電子ビームとレーザーをピコ秒オーダーで同期した時刻を測定可能となった。この手法は、電子ビームのパルス幅計測にも応用可能である。
レーザー変調の最適化に関する研究では、シミュレーションコードelegantを用いて数値計算を行った。アンジュレータの磁場周期長6.6 mmとして、磁場強度、周期数、レーザー強度等を変化させた場合の、変調された時間分布の幅およびバンチング因子の最適化を行った。磁場強度0.25 T、レーザー強度4 GWとしたときに、時間分布233 as (rms)およびバンチング因子0.41を達成できることが数値計算により明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電気光学結晶を用いて、電子ビームとレーザー変調で用いるフェムト秒レーザーの同期時刻をピコ秒オーダーで測定する事が可能となった。光学系内にNDフィルターを設置することにより、レーザー変調に使用するレーザー強度を可変も可能となる。レーザー光を高効率で輸送すると同時に、レーザー強度を数GWオーダーに調整し、この測定手法により同期時刻を調整することも可能であり、レーザー変調実験に応用できると考えられる。
シミュレーションコードelegantにより、レーザー変調に必要なアンジュレータ等の条件を明らかにした。最適な条件を設定することにより、レーザー変調の度合いを示すバンチング因子を増大させ、アト秒の時間分布の電子ビームを発生することができると考えられる。実験用アンジュレータの製作に向けて、必要な設計値が明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、電気光学結晶を用いて、電子ビームとレーザー変調で用いるフェムト秒レーザーの同期時刻をピコ秒オーダーで測定する。また、レーザー光を高効率で輸送すると同時に、光学系内にNDフィルターを設置することにより、レーザー変調に使用するレーザー強度調整が可能な系を構築する。場合によっては、レーザー光強度の増強の検討を行う。
引き続き、シミュレーションコードelegantにより、アンジュレータの磁場周期と達成可能な磁場強度を考慮しながら、レーザー変調に必要なアンジュレータ等の条件を再検討する。具体的には、アンジュレータの磁場周期長や周期数、レーザー強度、電子ビームエネルギー調整の検討も行う。また、レーザー変調用アンジュレータを導入し、電子ビーム圧縮実験へ展開する。
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