サブフェムト秒電子線計測法の開発

亚飞秒电子束测量方法的发展

基本信息

批准号：
21K21344
负责人：
森本裕也
金额：
$ 34.44万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Home-Returning Researcher Development Research)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-02-18 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では、アト秒域の極めて短い時間幅を有する電子ビームを利用した超高速イメージング手法の開発を行う。初年度である2022年度は、今後行う実験の準備として、独自のアト秒電子ビーム装置の設計および開発を行った。高いコヒーレンスを有する電子ビーム発生のため、タングステン針を線源とする冷陰極電解放出型の電子銃を製作した。また、電子銃内でのビーム強度の低減を抑え高い電流値を得るために、電子ビームの飛行軌道シミュレーションを行って設計された複数の静電レンズを電子銃に組み込んだ。電子ビームを電子銃から試料まで導くために使用する磁場レンズも飛行軌道シミュレーションを行って設計・製作した。サブフェムト秒電子線イメージングのためには、電子ビームの時間変調用と測定用の2つの試料を高い精度で位置決めする必要があるが、本課題では、3方向の位置および2方向の角度を精密に制御できる試料ステージを構築した。さらに、電子ビームの時間変調およびサブフェムト秒ポンプ・プローブ測定のための中赤外レーザー光源の開発も行った。高強度中赤外光発生のため、波長1マイクロメートルのフェムト秒パルスを励起光とする2段光パラメトリック増幅器を開発した。増幅用の非線型光学結晶にKTA結晶を用いることで、15 Wの1マイクロメートル励起光に対して、1 Wの3.4マイクロメートル光を得ることに成功した。独自の自己相関計測器を用いることで、パルス幅が180フェムト秒であることが分かった。以上の2022年度の成果によって、2023年度以降に実施する実験の準備がおおむね整った。

在这个研究项目中，我们将开发一种使用阿秒范围内极短时间宽度的电子束的超高速成像方法。第一年，即2022年，我们设计开发了独特的阿秒电子束装置，为未来的实验做准备。为了产生高相干性的电子束，我们使用钨针作为源构建了冷阴极场发射型电子枪。此外，为了抑制电子枪内束流强度的降低并获得高电流值，在电子枪中内置了通过进行电子束飞行轨迹模拟而设计的多个静电透镜。用于将电子束从电子枪引导到样品的磁场透镜也是通过飞行轨迹模拟来设计和制造的。亚飞秒电子束成像需要两个样品的高精度定位，一个用于电子束的时间调制，另一个用于测量。此外，我们开发了一种用于电子束时间调制和亚飞秒泵浦探针测量的中红外激光源。为了产生高强度中红外光，我们开发了一种两级光学参量放大器，它使用波长为1微米的飞秒脉冲作为激发光。通过使用KTA晶体作为放大用的非线性光学晶体，我们成功地用15W的1微米激发光获得了1W的3.4微米光。使用专有的自相关仪器，脉冲宽度确定为 180 飞秒。有了上述2022年的成果，2023年以后的实验准备工作就基本完成了。