サブフェムト秒電子線計測法の開発

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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。