新奇物質制御にむけた高強度高純度ベクトルビームの開発

本研究では、加速器のマルチバンチ電子ビームで発生するテラヘルツ領域の回折放射を外部光共振器に蓄積し、高ピーク強度で高純度のベクトルビームを実現する手法を開発する。外部光共振器への蓄積技術は、例えば単一周波数レーザーや、モードロックパルスレーザー光の場合には、技術的に確立している。ただし、これらの事例はキャリアの周波数に対して比較的狭い帯域の光成分を扱うものである。一方で、本研究の回折放射テラヘルツ光は、キャリア周波数にたいして50%から100%の周波数成分を含む広帯域の光である。この広帯域の光を外部共振器に蓄積するには、周波数帯域の全域にわたって共鳴条件が一致するような特殊な共振器設計を考える必要がある。従来の狭帯域光の考え方だけに基づいた設計では、その周波数成分の一部だけしか蓄積できず、強度が得られないうえ、パルスのサイクル数などの特徴が保持されない。広帯域蓄積に必要な条件を定式化し、いくつかのレイアウトの共振器を検討したうえで、今回の回折放射テラヘルツ光の実験に適した折り返し共焦点型の構成を選択した。計画ではKEKの超伝導加速器の試験施設であるcERL加速器で試験を行う予定であったが、cERLは運転期間が限られているため、他の研究施設で予備実験を行う機会を検討し、京都大学FELのテラヘルツ光源加速器を視察した。この施設は常伝導加速器であるため、本研究が最終的に目指す、連続運転ビームで多バンチの蓄積には向かないが、最初の予備実験を行うには適していると考えられる。実験のセットアップを確定し、cERLおよび京大FELでの実験を想定して特注の共振器ミラーの仕様を確定し、発注した。

本研究では、加速器のマルチバンチ電子ビームで発生するテラヘルツ領域の回折放射を外部光共振器に蓄積し、高ピーク強度で高純度のベクトルビームを実現する手法を開発する。外部光共振器への蓄積技術は、例えば単一周波数レーザーや、モードロックパルスレーザー光の場合には、技術的に確立している。ただし、これらの事例はキャリアの周波数に対して比較的狭い帯域の光成分を扱うものである。一方で、本研究の回折放射テラヘルツ光は、キャリア周波数にたいして50%から100%の周波数成分を含む広帯域の光である。この広帯域の光を外部共振器に蓄積するには、周波数帯域の全域にわたって共鳴条件が一致するような特殊な共振器設計を考える必要がある。従来の狭帯域光の考え方だけに基づいた設計では、その周波数成分の一部だけしか蓄積できず、強度が得られないうえ、パルスのサイクル数などの特徴が保持されない。広帯域蓄積に必要な条件を定式化し、いくつかのレイアウトの共振器を検討したうえで、今回の回折放射テラヘルツ光の実験に適した折り返し共焦点型の構成を選択した。計画ではKEKの超伝導加速器の試験施設であるcERL加速器で試験を行う予定であったが、cERLは運転期間が限られているため、他の研究施設で予備実験を行う機会を検討し、京都大学FELのテラヘルツ光源加速器を視察した。この施設は常伝導加速器であるため、本研究が最終的に目指す、連続運転ビームで多バンチの蓄積には向かないが、最初の予備実験を行うには適していると考えられる。実験のセットアップを確定し、cERLおよび京大FELでの実験を想定して特注の共振器ミラーの仕様を確定し、発注した。