フェムト秒時間分解・電子ビーム３次元バンチ形状モニターの研究開発

• 研究課題/領域番号: 23360045
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 公益財団法人高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 冨澤 宏光 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)
• 研究分担者: 出羽 英紀 (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) ; 鈴木 伸介 (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) ; 富樫 格 (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) ; 松原 伸一 (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) ; 岡安 雄一 (公財)高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 研究員 (90509910) ; 南出 泰亜 (南出 秦亜) (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) ; 谷内 努 (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) ; 伊達 伸 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 主幹研究員 (10372145)
• 連携研究者: 水野 明彦 (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) ; 柳田 謙一 (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)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円); 2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2012年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2011年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
• キーワード: 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 / ３次元バンチ形状モニター / フェムト秒バンチ計測 / XFEL / フェムト秒電子バンチ計測 / 非破壊計測 / 電気光学効果 / フェムト秒レーザー / スーパーコンティニュウム / ３次元電子バンチ形状モニター / 光タイミングシステム / 量子ビーム科学 / 非破壊型電子バンチ形状モニター / フェムト秒時間分解 / 加速器 / ラジアル・アジマス偏光 / X線自由電子レーザー(XFEL)

研究概要

EOサンプリング(EOS)の波長多重化により、単一のプローブ光で複数のEO信号を世界で初めて観測し、3次元バンチ計測の原理実証に成功した。また、第２世代XFEL光源と言われるシードXFELが発振し続けるには、互いにサブピコ秒の電子バンチとシード光パルスを６次元位相空間でオーバーラップさせて保持する必要がある。EOSでシード光に全同期した光タイミングシステムを実現し、オーバーラップを保持した高次高調波シードFELの発振に成功した。これにより諸外国の記録を２桁上回るヒット率を長期に保持できている。さらに、超高速応答の結晶開発を含むフェムト秒バンチ計測に必要なプローブ光源の要素技術開発にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Feasibility study of a single-shot 3D electron bunch shape monitor with an Electro-Optic sampling technique (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Phys. Rev. ST Accel. Beams 巻: Vol.16 号: 5 ページ: 52801-52812
  • DOI: 10.1103/physrevstab.16.052801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compact XFEL and AMO sciences: SACLA and SCSS (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yabashi, T. Togashi, T. Hara, M. Nagasono, Y. Otake, H. Tanaka, T. Tanaka, K. Togawa, H. Tomizawa, T. Ishikawa
  • 雑誌名: Journal of Physics B 巻: 46 号: 16 ページ: 164001-164019
  • DOI: 10.1088/0953-4075/46/16/164001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Full-coherent free electron laser seeded by 13th and 15th-order harmonics of near-infrared femtosecond laser pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, A. Iwasaki, S. Owada, K. Yamanouchi, E. J. Takahashi, K. Midorikawa, M. Aoyama, K. Yamakawa, T. Togashi, T. Hatsui, T. Hara, T. Kameshima, H. Kitamura, N. Kumagai, S. Matsubara, M. Nagasono, H. Ohashi, T. Ohshima, K. Tamasaku, H. Tanaka, T. Tanaka, K. Togawa, H. Tomizawa, T. Watanabe, M. Yabashi, T. Ishikawa
  • 雑誌名: Journal of Physics B 巻: 46 号: 16 ページ: 164006-164011
  • DOI: 10.1088/0953-4075/46/16/164006
  • 査読あり
• [雑誌論文] A picosecond thin-rod Yb:YAG regenerative laser amplifier with the high average power of 20 W (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Matsubara, M. Tanaka, M. Takama, H. Hitotsuya, T. Kobayashi, S. Kawato
  • 雑誌名: Laser Physics Letters 巻: 10 号: 5 ページ: 55810-55814
  • DOI: 10.1088/1612-2011/10/5/055810
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wave-vector and polarization dependence of conical refraction (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Turpin, Y. Loika, T. K. Kalkandjiev, H. Tomizawa, J. Mompart
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 21(4) 号: 4 ページ: 4503-4511
  • DOI: 10.1364/oe.21.004503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Beam monitor system for an x-ray free electron laser and compact laser (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Otake, H. Maesaka, S. Matsubara, S. Inoue, K. Yanagida, H. Ego, C. Kondo, T. Sakurai, T. Matsumoto and H. Tomizawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. ST Accel. Beams 巻: 16 号: 4 ページ: 042802-042816
  • DOI: 10.1103/physrevstab.16.042802
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高輝度光陰極電子銃を実現する先端レーザ技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ 巻: 55 号: 2 ページ: 50-58
  • DOI: 10.3131/jvsj2.55.50
  • NAID: 10030337185
  • ISSN: 1882-2398, 1882-4749
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design study of beam position monitors for measuring second-order moments of charged particle beams (2012)
  • 著者名/発表者名: 柳田謙一,鈴木伸介,花木博文
  • 雑誌名: Phys. Rev. ST Accel. Beams 巻: Vol.15 号: 1 ページ: 12801-12809
  • DOI: 10.1103/physrevstab.15.012801
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Japanese XFEL Facility SACLA (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, T. Hara, S. Matsubara, K. Sawada, S. Suzuki, H. Tanaka, T. Tanaka, T. Togashi, K. Togawa, H. Tomizawa, N. Kumagai,et al.
  • 雑誌名: Journal of the Japanese Society for Synchrotron Radiation Research 巻: 25(2) ページ: 53-100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple beam envelope equations for electron injectors using a bunch segmentation model (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Mizuno, H. Dewa, T. Taniuchi, H. Tomizawa, H. Hanaki, E. Hotta
  • 雑誌名: Phys. Rev. ST Accel. Beams 巻: 15 号: 6 ページ: 064201-064217
  • DOI: 10.1103/physrevstab.15.064201
  • NAID: 120006582189
  • 査読あり
• [雑誌論文] A compact X-ray free-electron laser emitting in the sub- a^^。ngstrom region (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, H. Aoyagi, T. Asaka, Y. Asano, N. Azumi, T. Bizen, H. Ego, K. Fukami, T. Fukui, Y. Furukawa, S. Goto, H. Hanaki, T. Hara, T. Hasegawa, T. Hatsui, A. Higashiya, T. Hirono, N. Hosoda, M. Ishii, T. Inagaki, Y. Inubushi, T. Itoga, Y. Joti, M. Kago, T. Kameshima, H. Kimura, Y. Kirihara, A. Kiyomichi, T. Kobayashi, C. Kondo, T. Kudo, H. Maesaka, X. M. Marechal, T. Masuda, S. Matsubara, T. Matsumoto, T. Matsushita, S. Matsui, M. Nagasono, N. Nariyama, H. Ohashi, T. Ohata, T. Ohshima, S. Ono, Y. Otake, C. Saji, T. Sakurai, T. Sato, K. Sawada, T. Seike, K. Shirasawa, T. Sugimoto, S. Suzuki, S. Takahashi, H. Takebe, K. keshita, K. Tamasaku, H. Tanaka, R. Tanaka, T. Tanaka, T. Togashi, K. Togawa, A. Tokuhisa, H. Tomizawa, K. Tono, S. Wu, M. Yabashi, M. Yamaga, A. Yamashita, K. Yanagida, C. Zhang, T. Shintake, H. Kitamura and N. Kumagai
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 6 号: 8 ページ: 540-544
  • DOI: 10.1038/nphoton.2012.141
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高輝度光陰極電子銃を実現する先端レーザ技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 雑誌名: Journal of the Vacuum Society of Japan 巻: Vol.55 No.2 ページ: 50-58
  • NAID: 10030337185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advanced metaheuristic algorithms for laser optimization in optical accelerator technologies (2011)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 雑誌名: Radiation Physics and Chemistry 巻: Vol.9 No.1 ページ: 1145-1149
  • 査読あり
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 岡安雄一,松原伸一,冨澤宏光,小川 奏,南出泰亜,松川健
  • 学会等名: 第68回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] The First Demonstration of EOS 3D-BCD Monitor to Maximize 3DOverlapping for HHG-Seeded FEL (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: IBIC2013
  • 発表場所: Oxford UK
• [学会発表] High intense full-coherent radiation of free electron laser seeded byhigh-order harmonics in extreme-ultraviolet region (2013)
  • 著者名/発表者名: 富樫格
  • 学会等名: The international Ultrafast Optics Conference (UFO) 2013
  • 発表場所: Davos, Switzerand
  • 招待講演
• [学会発表] EOS-locked seeding system toward FT-limited XFEL pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 学会等名: The High Brightness Electron Beams 2013: Toward to a fifth generation light source (HBEB 2013)
  • 発表場所: San Juan, Puerto Rico
  • 招待講演
• [学会発表] Operation and R&D Status of SXR-HHG-Seeding at SCSS and HXR-Self-Seeding at SACLA (2012)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 学会等名: Workshop of Seeding and Self-seeding at New FEL Sources (SSSFEL12)
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 招待講演
• [学会発表] Non-destructive real-time monitor to measure 3D-bunch charge distribution with arrival timing to maximize 3D overlapping for HHG-seeded EUV-FEL (2012)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 学会等名: The XXVI Linear Accelerator Conference
  • 発表場所: Tel-Aviv, Israel,
• [学会発表] Progress of soft X-ray free electron laser seeded by high order harmonics (2012)
  • 著者名/発表者名: 富樫格
  • 学会等名: The 5th Asian Workshop on Generation and Application of Coherent XUV and X-ray Radiation
  • 発表場所: Kashiwa, Chiba, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Seeding of extreme ultraviolet free electron laser with high-order harmonic (2012)
  • 著者名/発表者名: 富樫格
  • 学会等名: The 11th International School and Symposium on Synchrotron Radiation in Natural Sciences (ISSRNS 2012)
  • 発表場所: Krakow-Tyniec, Poland
  • 招待講演
• [学会発表] Non-Destructive, Shot-by-Shot Real Time Monitor to Measure 3D Bunch Charge Distribution (2012)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 学会等名: 2012 Beam Instrumentation Workshop (BIW12)
  • 発表場所: Newport News, VA, USA
  • 招待講演
• [学会発表] The first observation of the electron bunch measurement by means of DAST organic EO crystals (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡安雄一
  • 学会等名: The 1st International Beam Instrumentation Conference (IBIC2012)
  • 発表場所: Tsukuba, Ibaragi, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] The features and design overview of state-of-the-art XFEL (2012)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 学会等名: The 11th International School and Symposium on Synchrotron Radiation in Natural Sciences (ISSRNS 2012)
  • 発表場所: Krakow-Tyniec, Poland
  • 招待講演
• [学会発表] R&D for a 3D bunch charge distribution monitor for the electron beam (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡安雄一
  • 学会等名: The 2nd International Conference on Frontiers in Diagnostics Technologies (ICFDT2)
  • 発表場所: Frascati, Italia
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] The accelerator of SACLA (2011)
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 学会等名: The 4th Workshop on FEL Science : "Science Challenges of XFEL"
  • 発表場所: Palm Cove, Cairns, Queensland, Australia
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] 電子ビーム用三次元バンチ電荷分布モニターの設計開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡安雄一
  • 学会等名: The 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2011-08-03
• [学会発表] EO方式・HHG シード型フルコヒーレント EUV自由電子レーザーの実現と高度利用に関する総合技術の確立
  • 著者名/発表者名: 冨澤宏光
  • 学会等名: 第 7 回大阪大学近藤賞 技術貢献賞 受賞講演
  • 発表場所: 大阪大学 吹田キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Stable Operation of HHG-Seeded EUV-FEL at the SCSS Test Accelerator
  • 著者名/発表者名: H. Tomizawa
  • 学会等名: Free Electron Laser Conference 2013
  • 発表場所: Manhattan, USA
• [学会発表] The First Demonstration of EOS 3D-BCD Monitor to Maximize 3D-Overlapping for HHG-Seeded FEL
  • 著者名/発表者名: H. Tomizawa
  • 学会等名: The 2nd International Beam Instrumentation Conference
  • 発表場所: Oxford, UK
  • 招待講演
• [学会発表] The operation status and future plans of SACLA accelerator
  • 著者名/発表者名: H. Tomizawa
  • 学会等名: The 6th Workshop on FEL Science
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
  • 招待講演
• [学会発表] Progress Report of the Spectral Decoding Based EOS with Organic Pockels EO Crystals
  • 著者名/発表者名: Y. Okayasu, S. Matsubara, K. Ogawa, T. Matsukawa, H. Minamide, H. Tomizawa
  • 学会等名: The 2nd International Beam Instrumentation Conference
  • 発表場所: Oxford, UK
• [備考] 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
• [備考] 研究分担者の岡安雄一が、国際学会(The 2nd International Conference on Frontiers in Diagnostics Technologies (ICFDT2) Nov.28-30, 2011)において、本研究課題である3次元EOサンプリングでポスター賞を受賞した。
• [産業財産権] 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)
  • 発明者名: 冨澤宏光
  • 権利者名: (公財)高輝度光科学研究センター
  • 産業財産権種類: 特許
  • 取得年月日: 2012-12-28