X線レーザーの時間構造制御と揺らぎ計測への応用

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本申請課題では，X線レーザーパルスの時間波形の精密測定，制御および揺らぎ計測への応用を目的としている．本年度では，第一段階としてX線ストリークカメラでは測定不可能なフェムト秒領域のX線レーザーパルス幅の測定手法の実証を主として実施した．測定手法としては，可視光域で広く実施されている”強度自己相関法”によるパルス幅計測を採用した．本手法は本申請課題以前にすでに同研究グループにより実証されているが，長大な測定時間や精度不足等の問題があった．本申請課題では，ダイヤモンド単結晶を非線形媒質として利用し，第二高調波発生を信号としたバックグラウンドフリーな計測をターゲットとし，本年度においてその実証実験を実施した．強度自己相関法では測定対象とするレーザーパルスを自己相関器により2つに分割し，時間差を制御した後非線形媒質へ照射，非線形信号の時間差依存性を測定する．その際，各々の分割パルスが発生させる非線形信号がバックグラウンドとして計測されることで，測定精度の劣化をもたらす．通常，分割パルス間に大きな角度差を設け，各々のパルス単体では非線形信号が発生しないようにするが，角度差ゆえの時間分解能の劣化が懸念事項として挙げられる．X線第二高調波発生では，可視光域と比較し位相整合条件が2~3桁厳しく，非常に小さな角度差でもバックグラウンドを除去できるため，時間分解能の劣化なくバックグラウンドフリーな測定が可能となる．SACLAにおいて実証実験を実施し，10 keVのX線レーザーパルスに対してバックグラウンドをほぼ完全に除去し，自己相関関数の測定に成功した．また，X線分光器のエネルギー分解能を変えることで，X線レーザーのパルス幅が変化することも実証した．