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小瀧 秀行; 神門 正城; 細貝 知直; 近藤 修司; 益田 伸一; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 14(1-4), p.255 - 262, 2003/03
現在の加速器では、高周波加速が多く利用されているが、この高周波をレーザーに変えることにより、加速勾配が100~1000倍となり、レーザー加速は加速器小型化の可能性を秘めている。最近、高強度レーザーを用いたレーザー加速が世界中で注目されており、100MeVを超えるエネルギーゲインが実証されている。原研では、フォトカソードRFガンを電子源としたマイクロトロンを高品質電子ビーム源として使用し、これを100TW20fsレーザーで加速する。プラズマ波長は数百フェムト秒と短いため、効率よく加速を行うには、超短パルス電子ビームが必要となる。超短パルス電子ビームの生成及びフェムト秒オーダーでの高精度のレーザー電子ビーム周期には、逆自由電子レーザーとシケインマグネットによるバンチスライスを行う。また、加速長を長くするため、プラズマ光導波路を使用し、cm長の加速を行う。これらを組み合わせ、1GeVの加速を目指す。フォトカソードRFガンとマイクロトロンの性能について、さらに逆自由電子レーザーやプラブマ光導波路の計画を発表する。
細貝 知直; 神門 正城; 出羽 英紀; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 長谷川 登; 堀岡 一彦*; 中島 一久
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.155 - 160, 2000/11
被引用回数：1 パーセンタイル：20.05(Instruments & Instrumentation)われわれは、高速Zピンチ放電を光導波路形成に用いることを提案し研究開発を進めてきた。高速立ち上がりの電流で駆動されるZピンチ放電では、高速で収縮する同軸状電流層の前面に衝撃波が駆動され、電流層と衝撃波によってプラズマ柱のコア内部に径100
m以下の凹型のプラズマ密度分布が形成される。この収縮プロセスでZ軸上に形成されるプラズマの内部構造を光導波路としてレーザー光のガイディングに用いる。低インダクタンス電源による高速電流駆動とガスの予備電離を用いることによって、電磁流体的不安定性が成長する前にプラズマを圧縮することができ、軸方向に一様な再現性の良いシリンダー状のプラズマチャンネルが形成されることが実験とMHDシミュレーションによって確かめられている。今回このプラズマチャンネルの端面に高強度超短パルスレーザー(レーザーパワー2.2TW、パルス幅90fs)を集光(集光直径40m、集光強度
1
10
W/cm
)しガイド実験を行った。高強度超短バルスレーザーはプラズマチャンネル中を真空中の回折距離の12.5倍に相当する2cmにわたってガイドされた。
中島 一久; 出羽 英紀; 神門 正城; 細貝 知直; 小瀧 秀行
原子力eye, 46(6), p.62 - 63, 2000/06
加速器の多くは高周波加速方式を用いており、その加速電場は100MV/m程度に制限されている。近年のレーザーの進歩により、高強度レーザーをプラズマ中に集光し、電子プラズマ波を航跡として励起することが可能となった。この航跡の加速電場は、100GeV/mに達することが知られ、これを加速に用いれば加速器が1/100~1/1000に小型化される。ピーク出力2TW、パルス幅90fsのレーザーパルスを使用し、レーザー航跡場加速実験を行った。最高加速エネルギーゲイン250MeVに達する電子が観測され、レーザーによる高エネルギー粒子加速の可能性を示すことができた。レーザー航跡場加速は、非常に高い加速勾配をもつが、その加速距離の1mm程度以下に制限されるため粒子を有効に加速できない。この問題を解決するために、レーザーパルスのガイディングを行うプラズマ光導波路が提案されている。キャピラリーのプレプラズマを用いた高速Zピンチ放電方式を採用することにより、長寿命のプラズマ光導波路の開発に成功した。このプラズマ光導波路を用いて2TW,90fsのレーザーパルスを2cmにわたり伝播させる実験に、世界で最初に成功した。以上のような予備的な実験や研究成果に基づき平成11年に移転した新研究棟において、1GeV以上の電子加速の実証実験を計画している。このためのビーム入射器はフォトカソード高周波電子銃と150MeVマイクロトロンからなる装置で、超短パルス、ミクロンサイズの高品質電子ビームの生成をめざしビーム調整を行っている。
細貝 知直; 神門 正城; 出羽 英紀; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 長谷川 登; 金沢 修平; 中島 一久*; 堀岡 一彦*
電気学会論文誌,A, 120(5), p.575 - 582, 2000/05
本論文では、キャピラリー放電励起型X線レーザーの技術をベースにした、高速Zピンチ放電光導波路を提案した。高速立ち上がりの電流で駆動されるZピンチ放電では、高速で収縮する同軸状電流層の前面に衝撃波が駆動され、電流層と衝撃波によってプラズマ柱のコア内部の径100m程度の領域に凹型のプラズマ密度分布が形成される。この収縮プロセスで中心軸上に形成されるプラズマの内部構造を積極的にレーザー光のガイディングに用いる。低インダクタンス電源による高速電流駆動とガスの予備電離を用いることによって、軸方向に一様な再現性の良いシリンダー状のプラズマチャンネルが形成されることが実験とMHDシミュレーションによって確かめられた。このプラズマチャンネルの端面に高強度超短パルスレーザー(レーザーパワー2.2TW、パルス幅90fs)を集光(集光直径40m、集光強度110W/cm)しレーザー光のガイド実験を行った。高強度超短パルスレーザーはプラズマチャンネル中を真空中の回折距離の12.5倍に相当する2cmにわたってガイドされた。
三浦 健太*; 加田 渉*; 猿谷 良太*; 花泉 修*; 石井 保行; 江夏 昌志; 横山 彰人; 佐藤 隆博; 神谷 富裕
no journal, ,
ビーム技術開発課では、これまでにPBW (Proton Beam Writing)技術を用いて、シリコン基板上のPMMA (poly-methyl-methacrylate)にマッハツェンダー型光導波路及びこれに熱電極を付加した光スイッチを製作し、低消費電力(43.9mW)での光スイッチ動作を実現した。しかし、導波路外への光リークが多く、信号対雑音比が数dB程度と小さいため、光スイッチとしての性能が不十分であった。本研究では、光学特性の優れたPDMS(poly-dimethyl-siloxane)を材料とし、この薄膜内にマッハツェンダー(MZ)形状を埋め込んだ光導波路を製作した。先ず、PDMSの基材及び架橋剤を10:1で混合して、スピンコートによりシリコン基板上に厚さ30m程度を成膜した。この試料に、TIARAの軽イオンマイクロビームラインで形成したH
マイクロビーム(750keV、径1m)を用いて、スキャナーによる走査と照射チャンバー内に設置した真空ステージによる試料移動との組み合わせにより、40mm20mmの範囲にコア径8mのMZ形状光導波路を描画した。光導波路の評価のため、ファイバーレーザーを用いて、光導波路の片側に中心波長
=1.55mの光を導入し、反対側でその透過光像を観察した。この結果、100nC/mm
程度のフルエンスで描画した光導波路では、漏れ光によるにじみのほとんどない単一のスポットが観測でき、PMMAを用いた場合よりも光伝播特性が良いことが分かった。
