Control of standing wave type hard x ray laser and their applications

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H04452
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: X線レーザー / X線自由電子レーザー / Bragg 回折 / 分布帰還型レーザー

Outline of Annual Research Achievements

X線自由電子レーザー（XFEL）励起X線レーザーは、X線領域の量子光学を進める最初の1歩と考えられている。これまで、ガスを使ったsub keV X線の発振実験や固体を使った8keVハードX線の発振実験などに成功している。しかし、レーザーの性能評価という点では、時間コヒーレンス性に改善が必要である。一般に光学レーザーの場合、共振器と分散素子を用いて行うことができる。しかし、ハードX線の領域では、限られた光学素子の条件や利得時間が1fs程度になってしまうことから通所のFabry Perot型の共振器を組むことは非常に困難で、これまでのレーザー技術の手法が使えていない。この問題を解決するために、分布帰還型ハードX線レーザーを提案し、実験的に原理実証を行った。その結果、5水和硫酸銅結晶を使った発振実験で、0.75eVまでの狭窄化された高い時間コヒーレンスレーザーの発振と、40ppm程度の絶対波長が決まったレーザー動作をハードX線の領域で初めて達成することに成功した。この達成のために、あたらしく結晶育成システム、角度切り出しシステム、真空内での使用のために表面コーティングなどができるように開発し、5cmを超える大型結晶育成、様々な角度での切り出し研磨、ディップコーティングによる蒸発保護のための処置ができるようになった。また、理論的にも原子物理学モデルと輻射輸送、X線の波動方程式を解ける計算機コードを開発し、発振スペクトルの予測ができるようになった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] SLAC/University of Wisconsin-Madison,/Lawrence Berkeley National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: SLAC/University of Wisconsin-Madison,/Lawrence Berkeley National Laboratory
  • # of Other Institutions: 5
• [Journal Article] Seeded stimulated X-ray emission at 5.9keV (2023)
  • Author(s): M.D.Doyle, A.Halavanau, Y.Zhang, Y.Michine, J.Everts, F.Fuller, R.Alonso-Mori, M.Yabashi, I.Inoue, T.Osaka, J.Yamada, Y.Inubushi, T.Hara, J.Kern, J.Yano, V.K.Yachandra, N.Rohringer, H.Yoneda, T.Kroll, C.Pellegrini, and U.Bergmann
  • Journal Title: Optica Volume: 10 Pages: 513-519
  • DOI: 10.1364/OPTICA.485989
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation of intense phase-stable femtosecond hard X-ray pulse pairs (2022)
  • Author(s): Y.Zhanga, T.Kroll, C.Weninger, Y.Michine, F.D.Fuller, D.Zhu, R.Alonso-Mori, D.Sokaras, A.A.Lutman, A.Halavanau, C.Pellegrini, A.Benediktovitch, M.Yabashi, I.Inoue, Y.Inubushi,T.Osaka, J.Yamada, G.Babu, D.Salpekar, F.N.Sayed, P.M.Ajayan, J.Kern, J.Yano,V.K.Yachandra, H.Yoneda, N.Rohringerh, and U.Bergmann
  • Journal Title: PNAS Volume: 119 Pages: 2119616119-1-5
  • DOI: 10.1073/pnas.2119616119
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Absolute wavelength stabilized laser in hard x ray region (2022)
  • Author(s): Hioki Yoneda
  • Organizer: Radiative properties and hot dense matter 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Frequency stabilized hard x ray lasers (2022)
  • Author(s): Hitoki Yoneda, Yurina Michine, Yuichi Inubushi, Makina Yabashi
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim2022
  • Int'l Joint Research