プラズマを必要としないレーザー粒子加速の原理検証

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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。