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。

使用光束的光轴（纵向场）的颗粒加速度有可能将当前的巨大设施在公里上降低到仅几米的大小。可以预期，使用径向极化分布的新型激光束（直径极化束），可以轻松并且在高强度下一个光轴电场，对于无等离子体激光颗粒加速所必需的光轴电场。在这项研究中，我们旨在验证激光加速度的原理，该原理不需要等离子体来通过将直径产生技术应用于飞秒激光器以生成强大的光轴方向电场。为了实现这一目标，必须开发具有足够性能的光源，今年我们就如何直接从激光谐振器直接便捷地生成具有高阶横向模式的各种矢量梁进行了原理验证实验。利用激光束的横向模式在很大程度上取决于损失的空间分布，采用了一种方法，其中将小点缺陷应用于谐振器中使用的反射器中心，从而仅迫使具有空心强度分布的激光束。结果，确认了Laguer Gauss和Besselgauss梁的产生，称为矢量梁。还已经证明，由于谐振器的长度和泵强度，这些模式选择是可能的。此外，将矢量梁照射到材料上，并且观察到了其强度和极化分布引起的独特相互作用，并且发现它与理论预测非常吻合，为实际的加速实验创造了强大的基础。