The development of 3D electron bunch monitor with femtosecond resolution

2013 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 23360045
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Applied physics, general
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: TOMIZAWA Hiromitsu 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 副主幹研究員 (40344395)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): DEWA Hideki (公財)高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 副主幹研究員 (20360836) ; SUZUKI Shinsuke (公財)高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 主幹研究員 (00416380) ; TOGASHI Tadashi (公財)高輝度光科学研究センター, XFEL 利用研究推進室, 研究員 (60415239) ; MATSUBARA Shinichi (公財)高輝度光科学研究センター, XFEL 利用研究推進室, 研究員 (90532135) ; OKAYASU Yuichi (公財)高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 研究員 (90509910) ; MINAMIDE Hiroaki (独)理化学研究所, テラヘルツ光源研究チーム, チームリーダー (10322687) ; TANIUCHI Tsutomu (公財)高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 副主幹研究員 (60360822)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): MIZUNO Akihiko (公財)高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 副主幹研究員 (30360829) ; YANAGIDA Kenichi (公財)高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 主幹研究員 (10529564)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: EOサンプリング / 有機EO結晶 / シードFEL / 3次元バンチ形状モニター / シングルショット・フェムト秒バンチ計測 / EOサンプリングの空間多重化 / EOサンプリングの波長多重化 / 電荷モーメント

Research Abstract

3D-BCD monitor enables non-destructive measurements of the longitudinal and transverse BCD at the same time. We verified this transverse detection with multiple EO crystals at SPring-8 photoinjector test accelerator. In the high-order harmonics (HH) FEL seeding, it is required to maximize and keep 6D-phase-space overlapping between HH-laser pulse and electron bunch. We constructed a relative timing drift monitor based on EO-sampling, which measured the timing differences between the seeding HH-laser pulse and the electron bunch, using a common external laser source of both HH-driving and EO-probing pulses. Keeping the peak wavelength of EO signals at the same wavelength with our feedback system, we provided seeded FEL pulses with a 20-30% hit rate during pilot user experiments. For achieving the upper limit of temporal resolution, we developed high-temporal-response EO-detector crystals and an octave broadband probe laser pulse with a linear chirp rate of 1 fs/nm (flattop spectrum).

Research Products

• [Journal Article] Feasibility study of a single-shot 3D electron bunch shape monitor with an Electro-Optic sampling technique (2013)
  • Author(s): 岡安雄一,冨澤宏光,松原伸一,熊谷教孝, 前川陽, 上坂充, 石川哲也
  • Journal Title: Phys. Rev. ST Accel. Beams Volume: Vol.16 Pages: 052801-052812
  • DOI: 10.1103/PhysRevSTAB.16.052801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高輝度光陰極を実現する先端レーザ技術 (2012)
  • Author(s): 冨澤宏光
  • Journal Title: Journal of the Vacuum Society of Japan Volume: Vol.55 No.2 Pages: 50-58
  • DOI: 10.3131/jvsj2.55.50
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design study of beam position monitors for measuring second-order moments of charged particle beams (2012)
  • Author(s): 柳田謙一,鈴木伸介,花木博文
  • Journal Title: Phys. Rev. ST Accel. Beams Volume: Vol.15 Pages: 012801-012809
  • DOI: 10.1103/PhysRevSTAB.15.012801
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The First Demonstration of EOS 3D-BCD Monitor to Maximize 3DOverlapping for HHG-Seeded FEL (2013)
  • Author(s): 冨澤宏光,富樫格,小川奏,田中均,矢橋牧名,松原伸一,岡安雄一,石川哲也
  • Organizer: IBIC2013
  • Place of Presentation: Oxford UK
  • Year and Date: 20130916-19
• [Presentation] 表面プラズモン共鳴を介した電子バンチのEO計測技術の展望 (2013)
  • Author(s): 岡安雄一,松原伸一,冨澤宏光,小川 奏,南出泰亜,松川健
  • Organizer: 第68回日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 20130327-30
• [Remarks] 受賞等(計2件) 名称:第7回大阪大学近藤賞 技術貢献賞 受賞者:冨澤宏光,青山誠,岩崎純史,高橋栄治,富樫格 受賞年月日:平成25年5月8日
• [Patent(Industrial Property Rights)] ビーム測定装置,ビーム測定方法,及びそれを用いたポンプ・プローブ測定方法 (2012)
  • Inventor(s): 冨澤宏光
  • Industrial Property Rights Holder: (公財)高輝度光科学研究センター
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特許第5165278号
  • Acquisition Date: 2012-12-28