2021 Fiscal Year Research-status Report

Development of simplified electron energy measurement method for laser electron accelerator

Research Project

Project/Area Number	20K12505
Research Institution	National Institutes for Quantum Science and Technology
Principal Investigator	森道昭国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所光量子科学研究部, 上席研究員 (10323271)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	高強度レーザー / 超高速計測 / 電子ビーム / レーザーウェーク場 / レーザー加速
Outline of Annual Research Achievements	本年度は同軸入射に向けたラインの整備を行った。具体的には、前年度に行った２ライン化の整備を踏まえ電子線発生の最適化とプローブラインの高度化整備を行った。この立ち上げ過程で診断光源として用いる予定の9fsの超短パルス光に直線偏光以外に円偏光も含まれていることが分かった。円偏光の混在は本研究課題を進めるに当たり支障が生じる。調査の結果、中空ファイバー内での非線形効果による広帯域化に合わせて副次的に発生していることが分かった。またこの円偏光成分は、ファイバーから出射する光に薄膜ポラライザーを用いることにより、超短パルス光のパルス幅の伸張を低減しつつ効率的に除去できる事が分かったため、薄膜ポラライザーを導入した。さらに、この大幅に直線偏光の純度が上がった超短パルス光を利用し、横方向（90度）からの入射によるSN比の高いウェーク場の計測に成功した。具体的には、直線偏光の純度が向上した超短パルス光を、同じ材料・厚みの2つの複屈折性を有する透過媒質に入射することで、ダブルパルスの発生と結合を行い、ダブルパルスの時間間隔内で変化するレーザーウェークを選択的に高精度で抽出することで大幅にSNが向上する手法を開発した。この手法は、従来の微分干渉顕微鏡における空間的微分化処理を、時間微分化処理に置き換えた世界で初めてのものである。この高SN比により従来10～30%だったレーザーウェーク場の計測再現性がほぼ100%に向上した。このように本研究課題遂行による副次的な成果も得られている。現在本研究課題遂行のため同軸構成でのセットアップの変更を中心に整備を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初予期しなかった円偏光の存在と対策で時間が掛かったが、対策を終えたため当初の予定に従った達成は可能であると考えられる。
Strategy for Future Research Activity	同軸入射構成以外のセットアップ構築は終えており今後は同軸入射の実験に向けたターゲット周辺の光学配置の最適化を速やかに行う予定である。
Causes of Carryover	僅かな透過媒質や薄膜コートによってパルス幅が変化する超短パルスを扱っているため、都度確認を行いながら実験セットアップの構築に必要な光学部品の調達を進めている。そのため、後方のファイバー分光器に入射する光学系の取り回しやビームダンプ、またモニター用のX線検出素子などの調達を年度内に完了することが困難となり、次年度での使用が生じた。3年目の早期にはこれらを調達する予定である