2020 Fiscal Year Annual Research Report
Control of standing wave type hard x ray laser and their applications
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20H04452
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
米田 仁紀 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (00210790)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | X線レーザー / 定在波型レーザー / ブラッグ共鳴 / コヒーレントX線光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
定在波型ハードＸ線レーザーの高精度制御とその応用を目指し、まずは、その動作機構の解明を狙ったシュミレーションコードの開発を行った。ここでは、実験で得られているブラッグ共鳴に一致した場合での発振スペクトルに表れる特徴的なスペクトル構造に注目し、それが説明できる計算機モデルを構築した。具体的には、動的な要素を持つ分布帰還形レーザーで使用されている、初期にバースト的に発生した種光が、いくつもの格子の等間隔な回折現象を受けながら利得を持って増幅されていくモデルとなっている。一般に、光の領域では、ミクロン程度の格子状態とμm程度の波長の光の相互作用を考えればいいが、X線の場合には、その周波数も２ｘ10^18[Hz]で、格子間隔も0.15nmと3桁以上精度が高いものが必要となり、そのままでは膨大な計算時間になってしまう。そこで、実際には、利得幅が1μm程度で、その領域が励起レーザーの進展とともに前進していくことを、原子準位のレート方程式と1次元のX線の伝播方程式を基としたコードで、明らかにし、その利得の時間・空間分布を使って、X線の波動方程式を解く方式を採用した。これにより、実験のパラメータ程度の大きさでのスペクトル計算が可能になった。
また、実験では、これまで行われていた5水和硫酸銅結晶のhkl=(5, 0, -7)の方位に対するブラッグ条件だけではなく、(2, 7, -6), （6、0、3)といった条件でも同様な共鳴状態を表すスペクトルが観測できることを突き止めた。
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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
コロナの影響もあり、また、計算機コードの開発には、その計算時間の多さから最適化するのに数週間を要している状況であり、その意味ではモデル完成に時間はかかっているが、前述したような単純化を行うことで、ようやくスペクトルが計算できるようになり、実験との比較が議論できるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
この研究では、コヒーレンスの高い、時間周波数領域で制御されたハードX線レーザーの発振方法の開拓を目指している。その意味で、より干渉性の高いスペクトル狭窄を目指したレーザー発振を目指しているが、そのためには、ターゲット物質の探索と幾何学形状も制御した媒体を開発することが必要である。特に、現在、Cuを基準として行っているが、共同研究ではMn原子でのレージングも成功していることから、新たな原子で、高密度な材料かつ結晶の180°ブラッグ条件が達成できるものを探索していく。
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