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

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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。