Dielectric Laser Acceleration fabricated by 3D imprinting method

3D压印法制造介质激光加速

• 批准号: 22K18133
• 负责人: 澁谷 達則
• 金额: $ 3万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18133/
• 关键词: 誘電体加速; レーザー; レーザー加工; レーザー加速; 中赤外線; 光電場アンジュレータ; コヒーレントX線

本研究の目的はレーザー化学エッチング加工技術を独自に展開することで、マイクロスケール加速構造を成形し、将来のテーブルトップ量子ビーム源の基盤となる高電界な完全光駆動電子加速を実現することである。研究初年度は、自主開発した中赤外OPAレーザー光源の光波長の最適化とレーザー加工による加速構造材料の加工を実施した。中赤外OPAレーザー光源の光波長の最適化では、当初問題となっていたビームプロファイルと出力を高出力化することに取り組んだ。ビームプロファイルの問題は光パラメトリック用非線形結晶の前段において白色光を発生するサファイア結晶の損傷という問題がありこれを最適化した。最適化としては、サファイア結晶の長さを徐々に変えながら光波長を計測するというもので、その結果7mm以上、入射のビームプロファイルを4mm以下にすることで、サファイア結晶での損傷を抑制しつつも発生する白色光を可能な限り長波長(約1400nm)まで生成でき、加速励振光の性能改善につながる結果を得られた。次に、レーザー加工による加速構造材料の加工では、まず赤外線領域の光透過性に優れた単結晶フッ化カルシウムを選んで加工を行った。損傷閾値からその100倍程度までの出力を用いて光照射を行ったところ、自己位相変調によるクラックの進展が損傷閾値の10倍以上の領域で明確に見られた。また、光照射によってボイドが形成されるとその周辺部は加工が促進しないという現象が見られた。これらの特性については今後調査し、対策を検討してゆく。

这项研究的目的是开发一种独特的激光化学蚀刻加工技术来模制微尺度加速结构并实现高场、完全光学驱动的电子加速，这将作为未来台式量子束源的基础。在研究的第一年，我们优化了自主研发的中红外OPA激光光源的光学波长，并利用激光加工对加速结构材料进行了加工。在优化中红外 OPA 激光光源的光学波长时，我们致力于增加光束轮廓和输出，这最初是有问题的。光束轮廓问题是由于光学参量非线性晶体前级产生白光的蓝宝石晶体损坏造成的，对此问题进行了优化。优化包括在逐渐改变蓝宝石晶体长度的同时测量光波长。因此，通过将入射光束轮廓保持在 7 毫米以上且 4 毫米以下，我们能够抑制对蓝宝石晶体的损坏。产生波长尽可能长（约1400 nm）的白光，从而提高加速激发光的性能。接下来，在使用激光加工来加工加速结构材料时，我们首先选择了单晶氟化钙，它在红外区域具有优异的光学透明度。当使用从损伤阈值到大约100倍损伤阈值的输出进行光照射时，在超过10倍损伤阈值的区域中清楚地看到由于自相位调制而导致的裂纹生长。此外，观察到当通过光照射形成空隙时，周围区域的加工不被促进的现象。今后我们将研究这些特点并考虑对策。