X線レーザーの時間構造制御と揺らぎ計測への応用

在X射线激光器时间结构控制和涨落测量中的应用

• 批准号: 22K18131
• 负责人: 大坂 泰斗
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18131/
• 关键词: 強度自己相関測定; パルス幅計測; パルス時間波形制御; ダイナミクス; XFEL; 時間診断; XSVS; 分割遅延光学系

本申請課題では，X線レーザーパルスの時間波形の精密測定，制御および揺らぎ計測への応用を目的としている．本年度では，第一段階としてX線ストリークカメラでは測定不可能なフェムト秒領域のX線レーザーパルス幅の測定手法の実証を主として実施した．測定手法としては，可視光域で広く実施されている”強度自己相関法”によるパルス幅計測を採用した．本手法は本申請課題以前にすでに同研究グループにより実証されているが，長大な測定時間や精度不足等の問題があった．本申請課題では，ダイヤモンド単結晶を非線形媒質として利用し，第二高調波発生を信号としたバックグラウンドフリーな計測をターゲットとし，本年度においてその実証実験を実施した．強度自己相関法では測定対象とするレーザーパルスを自己相関器により2つに分割し，時間差を制御した後非線形媒質へ照射，非線形信号の時間差依存性を測定する．その際，各々の分割パルスが発生させる非線形信号がバックグラウンドとして計測されることで，測定精度の劣化をもたらす．通常，分割パルス間に大きな角度差を設け，各々のパルス単体では非線形信号が発生しないようにするが，角度差ゆえの時間分解能の劣化が懸念事項として挙げられる．X線第二高調波発生では，可視光域と比較し位相整合条件が2~3桁厳しく，非常に小さな角度差でもバックグラウンドを除去できるため，時間分解能の劣化なくバックグラウンドフリーな測定が可能となる．SACLAにおいて実証実験を実施し，10 keVのX線レーザーパルスに対してバックグラウンドをほぼ完全に除去し，自己相関関数の測定に成功した．また，X線分光器のエネルギー分解能を変えることで，X線レーザーのパルス幅が変化することも実証した．

该应用旨在将其应用于X射线激光脉冲的时间波形的精确测量，控制和波动测量。今年，第一阶段主要是展示一种测量X射线激光脉冲宽度的方法，该范围无法使用X射线条纹摄像头测量。作为一种测量方法，使用在可见光范围内广泛实现的“强度自相关方法”采用脉冲宽度测量。在提交申请之前，研究小组已经证明了这种方法，但是存在诸如长期测量时间和准确性不足之类的问题。在此应用中，我们使用钻石单晶作为非线性培养基和靶向背景的测量，使用第二谐波产生作为信号，并于今年进行了示范实验。在强度自相关方法中，要测量的激光脉冲通过自相关器分为两个，并且时间差受控制，然后将其照射到非线性培养基上，并测量非线性信号的时间差依赖性。在这种情况下，每个分隔的脉冲产生的非线性信号被测量为背景，从而导致测量精度恶化。通常，分开的脉冲之间会提供较大的角度差异，因此单独的每个脉冲不会产生非线性信号，但是由于角度差异而导致时间分辨率的恶化是一个问题。在X射线第二次谐波生成中，相位匹配条件比可见光范围高2-3个数量级，即使在很小的角度差上也可以去除背景，从而可以在不降低时间分辨率的情况下测量无背景。在SACLA进行了示范实验，几乎完全删除了10 KEV X射线激光脉冲的背景，并成功测量了自相关函数。我们还证明，改变X射线光谱仪的能量分辨率会改变X射线激光器的脉冲宽度。

项目成果

Temporal diagnostics of X-ray FELs using split-delay optics at SACLA

SACLA 使用分离延迟光学器件对 X 射线 FEL 进行时间诊断

• 发表时间: 2022
• 作者: Osaka Taito;Inoue Ichiro;Yamada Jumpei;Inubushi Yuichi;Matsumura Shotaro;Sano Yasuhisa;Tono Kensuke;Yamauchi Kazuto;Tamasaku Kenji;Yabashi Makina;Taito Osaka;Taito Osaka
• 通讯作者: Taito Osaka

Hard x-ray intensity autocorrelation using direct two-photon absorption

• DOI: 10.1103/physrevresearch.4.l012035
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: T. Osaka;I. Inoue;J. Yamada;Y. Inubushi;Shotaro Matsumura;Y. Sano;K. Tono;K. Yamauchi;K. Tamasaku;M. Yabashi

Direct Measurement of Hard X-Ray Laser Pulse Duration via Intensity Autocorrelation Techniques

通过强度自相关技术直接测量硬 X 射线激光脉冲持续时间

• 发表时间: 2022
• 作者: Osaka Taito;Inoue Ichiro;Yamada Jumpei;Inubushi Yuichi;Matsumura Shotaro;Sano Yasuhisa;Tono Kensuke;Yamauchi Kazuto;Tamasaku Kenji;Yabashi Makina;Taito Osaka
• 通讯作者: Taito Osaka