プラズマを必要としないレーザー粒子加速の原理検証

验证不需要等离子体的激光粒子加速原理

基本信息

批准号：
21656014
负责人：
佐藤俊一
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656014/
关键词：
レーザー加速偏光プラズマフリー

项目摘要

光ビームの光軸方向電場(縦方向電場)を用いる粒子加速は、現在のキロメートルに及ぶ巨大施設を、わずか数メートルの大きさに縮小できる可能性を有している。偏光が放射状に分布した新しいタイプのレーザービーム(径偏光ビーム)を用いると、プラズマを用いないレーザー粒子加速に不可欠な光軸方向電場を、容易にかつ高強度で発生させることが可能であると期待されている。本研究では、径偏光発生技術をフェムト秒レーザーに適用して、強い光軸方向電場を発生させ、プラズマ不要のレーザー加速の原理検証を目指している。そのためには、十分な性能を有する光源の開発が不可欠であり、本年度は高次横モードを持つ各種ベクトルビームをレーザー共振器から直接かつ簡便に発生させる方法の原理検証実験を行った。レーザー光ビームの横モードが損失の空間分布に強く依存することを利用し、共振器に用いる反射鏡の中心に小さな点欠陥を施し、これによって強制的に中空の強度分布を有するレーザービームだけを発生させる方法をとった。その結果、ベクトルビームとして知られているラゲールガウスおよびベッセルガウスビームの発生が確認された。これらのモード選択は共振器長さやポンプ強度によって可能であることも実証された。さらに、ベクトルビームを物質に照射し、その強度および偏光分布に起因するユニークな相互作用が観測され、理論的予測とよく一致することが認められ、実際の加速実験に対する強力な基盤が形成できた。

利用沿光束光轴的电场（纵向电场）进行粒子加速有可能将当前跨越数公里的巨型设施的尺寸缩小到仅几米。通过使用偏振光呈放射状分布的新型激光束（径向偏振光束），可以轻松地沿光轴产生高强度电场，这对于不使用等离子体的激光粒子加速至关重要。预计。在本研究中，我们将径向偏振发生技术应用于飞秒激光器，沿光轴产生强电场，旨在验证不需要等离子体的激光加速原理。为此，开发具有足够性能的光源至关重要，今年我们进行了实验，验证了一种从激光谐振腔轻松直接生成各种高阶横模矢量光束的方法的原理。利用激光束的横模强烈依赖于损耗的空间分布这一事实，我们在谐振器中使用的反射器的中心创建了一个小点缺陷，从而迫使激光束仅具有中空强度分布我找到了实现它的方法。结果，证实了拉盖尔高斯光束和贝塞尔高斯光束（称为矢量光束）的产生。还证明了可以通过改变腔长度和泵浦强度来选择这些模式。此外，通过用矢量光束照射材料，观察到其强度和偏振分布引起的独特相互作用，这与理论预测非常吻合，为实际加速实验奠定了坚实的基础。