コヒーレント放射の周波数干渉を用いた極短電子バンチ長モニタリング技術の開発

利用相干辐射频率干涉的超短电子束长度监测技术的发展

基本信息

批准号：
22K12665
负责人：
中新信彦
金额：
$ 2.58万
依托单位：
National Institutes for Quantum Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

项目摘要

レーザープラズマ加速はフェムト秒という短いバンチ長で10 kAを超える大電流の高エネルギー電子バンチが発生可能な技術で小型加速器をはじめ超高速診断等への応用が期待されている。電子のバンチ長は加速器として重要なパラメータであり、短バンチ性を利用したプローブとしての利用では時間分解能に直結する。しかし、レーザー加速におけるフェムト秒のバンチ長を正確に評価する手法が確立されていない。本研究ではコヒーレントな放射、特に電子バンチが金属薄膜に入射した際にその境界面で発生するコヒーレント光遷移放射(COTR)のスペクトルと各周波数における位相分布を、超短パルスレーザーとの周波数干渉から取得する技術を開発し、フェムト秒オーダーの電子バンチ長の評価を行う。上記のバンチ長計測では電子ビームの安定性やその方向の制御は非常に重要になる。今年度はまずレーザー加速電子ビームの安定化・方向制御技術の開発を行った。レーザー加速では、高強度レーザーを放物面鏡でガス中に集光して電子ビームを発生させる。この集光前のレーザーの光路にアパーチャーを設置してビーム径を制限することで数100MeVの電子ビームの安定性が劇的に改善し、また、アパーチャーを移動するだけで電子ビームの方向が簡単に制御できることを見出した。このようなシンプルな手法はレーザー加速器を実用化する上で重要な技術になると期待される。この安定した電子ビームを金属薄板に通してCOTRを発生させ、近赤外域から可視域の放射が計測に十分な強度で発生していることを確認し、さらに、プローブとなる超短レーザーパルスを時差をつけて入射することによって、本研究において重要な目標である超短パルスレーザーとCOTRとの周波数干渉縞を得ることに成功した。

激光等离子体加速是一种能够产生飞秒短束长、大电流超过10kA的高能电子束的技术，有望应用于小型加速器和超高速诊断。电子束团长度是加速器的重要参数，当用作利用短束团特性的探针时，它与时间分辨率直接相关。然而，目前尚未建立准确评估激光加速中飞秒束长度的方法。在这项研究中，我们研究了相干辐射在每个频率下的光谱和相位分布，特别是当电子束入射到金属薄膜上时，由于超短脉冲激光的频率干涉，在界面处产生的相干光跃迁辐射（COTR）我们将开发采集技术并评估飞秒量级的电子束长度。在上述束长测量中，电子束的稳定性及其方向的控制非常重要。今年，我们首先开发了激光加速电子束的稳定和方向控制技术。在激光加速中，使用抛物面镜将高强度激光聚焦到气体中以产生电子束。通过在会聚前的激光光路中放置孔径来限制光束直径，可以显着提高数百兆电子伏电子束的稳定性，并且只需移动孔径即可轻松改变电子束的方向。它是可以控制的。这种简单的方法有望成为激光加速器实际应用中的一项重要技术。这种稳定的电子束穿过薄金属板产生COTR，并确认产生了近红外到可见光范围内的辐射，其强度足以进行测量，通过对入射时间差进行计时，我们成功了。获得超短脉冲激光与COTR之间的频率干涉条纹，这是本研究的一个重要目标。