2011 Fiscal Year Annual Research Report
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
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23360045
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
冨澤 宏光 財団法人 高輝度光科学研究センター, XFEL研究推進室, 副主幹研究員 (40344395)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
出羽 英紀 財団法人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 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 (00416380)
富樫 格 財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL研究推進室, 研究員 (60415239)
岡安 雄一 財団法人高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 研究員 (90509910)
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)
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| Keywords | 量子ビーム科学 / 非破壊型電子バンチ形状モニター / フェムト秒レーザー / EOサンプリング / 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) |
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| Research Abstract |
現状で、SPring-8内の2つの先端加速器であるVUV FELでの加速器とRF電子銃試験施設において、EOサンプリングによる超短バンチ計測に成功し、常時モニターとして利用できており、長期安定度に関するデータについても蓄積されていく状態にある。特に、その有用性から、シードVUVFELの標準モニターとして採用されたため、ビーム試験の時間枠を多く割り当てられている。このため、各種EO結晶に関して十分な基礎データを取得できている。これにより、今後の各開発段階の数値目標を明確化できるようになった。既に3次元EOサンプリング化のための各種光学素子の開発にも成功しており、後は組み合わせるだけである。
プローブレーザ光源の開発では、コンパクトな固体レーザベースでの開発案を採用し、フォトニック結晶LMAファイバーを用いて、スペクトル帯域幅が300nm[FWHM]を達成した。また、その矩形パルス化にも成功している。このプローブパルス光源を線形チャープ化することで、30fs[FWHM]の時間分解能が実現し、3次元EOサンプリングでのトランスバース計測が可能であることを計算機シミュレーションで確認をした。
特筆すべきことは、世界初の有機EO結晶(DAST結晶)でのEOサンプリングに成功したことである。2012年度に完成予定の超高速時間分解能用のプローブ用レーザパルスが完成する前に成功したので、同結晶での最高時間分解能を確認する手段がまだないが、本研究における最大の難関はこれによって突破したと言える。同じ電子バンチ計測条件で、一般に広く用いられている無機EO結晶であるZnTe結晶と比較したときに、このDAST結晶では約4-2倍の信号強度が得られている。これは3次元EOサンプリングでの分光器エンコーダーにおけるS/Nの改善に寄与する。
1オクターブ級の広帯域のプローブ光を円環化するのに、アキシコンミラー(レンズ)・ペアでの開発を進めてはいるが、別途、円錐屈折による円環ビーム発生をバルセロナ大学と共同で研究開発を開始した。ほぼ、必要な大きさの円環ビームの生成に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
世界でまだ成功していない有機EO結晶であるDAST結晶を用いてのEOサンプリ』ングに成功した。来年度に完成予定の超高速時間分解能用のプローブ用レーザパルスが完成する前に成功したので、同結晶での最高時間分解能を実現出来ていないが、本研究における最大の難関はこれによって突破した。また、SPring-8内の2つの先端加速器でのEOサンプリングによる超短バンチ計測に成功し、常時モニターとしてユーザ運転中にも利用できている。
以上の成功によって半年ほど計画を前倒しにして計画を進行している状態にあるため、評価区分を(1)とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
プローブレーザ光源の開発では、既に開発した3次元EOS化のための各種光学素子を組み合わせて、光学系全体の分散の非線形性についてはAO変調器とグリズムペアで補償したフーリエ限界パルスをまず実現する。それをゼロ点としてAO変調器でGDDを加えていき、30fs[FWHM]の時間分解能のEOサンプリングた最適な線形チャープ・プローブパルスを用意する(設計および計算機シミュレーションは既に実施済み)。
放射線下での耐久性に優れた材料を追及するため、DAST以外での有機EO結晶でのEOサンプリングの開発も推進する。2012年度に完成予定である超高速時間分解能用のプローブ光パルスにより、DAST結晶での最高時間分解能を実現する。計測用に電子バンチ長を30fs[FWHM]で用意することが重要であるので、併せて検討する。
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