Application of laser-driven circularly polarized femtosecond soft-x-ray pulse to time-resolved x-ray magnetic circular dichroism measurement

激光驱动圆偏振飞秒软X射线脉冲在时间分辨X射线磁圆二色性测量中的应用

• 批准号: 22H01197
• 负责人: 三浦 永祐
• 金额: $ 11.15万
• 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 Scientific Research (B)
• 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-22H01197/
• 关键词: レーザー加速; 円偏光レーザー; 円偏光フェムト秒軟X線パルス; X線磁気円二色性測定

超短パルス高強度レーザーとプラズマの相互作用を利用した電子加速であるレーザー加速では、加速電子群はレーザーとの相互作用により振動し、放射光の様に空間指向性の高いX線（ベータトロンX線）が同時に発生する。本研究では、磁性体の分析、評価を可能とする光子エネルギーが1 keV近傍の円偏光軟X線パルスを得るため、円偏光レーザーを用いたレーザー加速により円偏光のベータトロン軟X線パルスを発生する手法を提案し、その実証を目的としている。ベータトロンX線発生の理論モデルによると1 keV近傍の軟X線発生には、65 MeV以上のエネルギーを持つ電子線が必要である。2022年度は円偏光レーザーを用いたレーザー加速により65 MeV以上の高エネルギー電子線を発生することを目指した。レーザー電子加速に用いるチタンサファイアレーザーのパルスエネルギーを1 J（パルス幅40 fs）まで増強した。直線偏光のレーザーパルスをガス密度2E19 cm^-3のヘリウムガスジェットに集光照射し、最高エネルギーが 70 MeVで、ボルツマン分布状のエネルギー分布を持つ電子線を発生した。エネルギー分布の指標となる有効温度は15 MeV、50 MeV以上の電子数は1E6個と見積もられた。電子加速実験と並行して、円偏光軟X線発生を実証するためのX線磁気円二色性（XMCD）測定系の設計を行なった。また、軟X線パルス幅測定手法について検討を行なった。固体にフェムト秒レーザーを照射すると、固体密度を維持したまま電子系の温度だけが数万度の固体とプラズマの中間状態である Warm Dense Matter （WDM）が過渡的に形成され、吸収端のシフトが起こる。フェムト秒の時間スケールで起こる吸収端シフトを利用したX線パルス幅測定法を考案した。

激光加速是利用超短脉冲高强度激光与等离子体之间相互作用的电子加速，一组加速电子由于与激光的相互作用而振荡，与同步加速器辐射一样，高度空间定向的 X 射线（电子感应加速器） ）X射线）同时产生。在本研究中，为了获得光子能量在1 keV左右的圆偏振软X射线脉冲，从而能够对磁性材料进行分析和评估，我们将通过激光加速产生圆偏振电子感应加速器软X射线脉冲使用圆偏振激光的目的是提出一种产生这种现象并演示它的方法。根据电子感应加速器X射线产生的理论模型，需要能量为65 MeV或更高的电子束才能产生1 keV左右的软X射线。 2022年，我们的目标是使用圆偏振激光通过激光加速产生65 MeV或更高的高能电子束。用于激光电子加速的钛蓝宝石激光器的脉冲能量增加至1J（脉冲宽度40fs）。将线偏振激光脉冲聚焦在气体密度为2E19 cm^-3的氦气射流上，产生最大能量为70 MeV、具有类玻尔兹曼能量分布的电子束。作为能量分布指标的有效温度估计为15 MeV，超过50 MeV的电子数量估计为1E6。在电子加速实验的同时，我们设计了X射线磁圆二色性（XMCD）测量系统来演示圆偏振软X射线的产生。我们还研究了软X射线脉冲宽度测量方法。当用飞秒激光照射固体时，暖密物质（WDM）是瞬态的，它是固体和等离子体之间的中间态，其中电子系统的温度为数万度，同时保持固体密度。形成，导致吸收边发生偏移。我们设计了一种 X 射线脉冲宽度测量方法，该方法利用飞秒时间尺度上发生的吸收边位移。