光ガイディング実験

上述のようにマスタークロックとシングルショットシグナルのコイ ンシデンスシグナルが発振されてから 70ms+励磁時間後に電磁バルブ が開き、その 800ns ^後に Ti:Sapphire レーザーが到達する。この両者の タイミングは固定されており、遅延回路により放電が起こる時間を調整 することでガイディングに最適なレーザーパルスの到達時刻を調べた。

レーザーパルスには波長 λL=0.8µm、エネルギー E=100mJ、パルス幅の τ=100fs の Ti:Sapphire レーザー、集光レンズには f =500mm の凸レン ズを使用し、スポット半径 r₀ =40µm である。水素ガスの圧力は50mbar

∼300mbarの間で、高圧電源の電圧を9kV∼20kVの間で変化させ、焦点距

離が f =700mm の結像レンズで集光したキャピラリー出口側のレーザー

スポットサイズを 16 ビット CCD カメラで測定し、その大きさから最適 なガイディングの時間を調査した。このときの実験装置のセットアップ図 面をFig.3.26に示す。

Fig.3.26: 光ガイディング実験のセットアップ図面。Ti:Sapphire ^レー ザーのパラメーターはそれぞれ波長 λL=0.8µm^{、エネルギー} E=100mJ^{、パルス幅の}τ=100fsであり、集光レンズの焦点距離 は f =500mm^{、スポット半径は}r₀=40µm ^{である。焦点距離}

f =700mm の結像レンズで集光したキャピラリー出口の像を

CCDカメラで撮影した。水素ガスの圧力は50mbar∼300mbar^、 高圧電源の電圧は9kV∼20kV^{の間で変化させた。}

電源電圧を9.1kV、水素ガスの圧力を 100mbarとして Ti:Sapphireレー ザーの到達時刻を放電開始位置から 40ns^間隔で 600ns ^{まで変化させたと} ころ、キャピラリー出口でのスポットサイズは Fig.3.27 のようになった。

画像は縦横共に450µmである。t=440∼480ns のときにガイディングが 行われ、それ以外の時刻ではガイディングは観測されなかった。このこと から Ti:Sapphire レーザーの到着時刻は放電開始からt =440∼480ns 後 がガイディングに最も適している。t=440ns^の場合の x^及び y^{方向のレー} ザープロファイルをFig.3.28及びFig.3.29に示す。キャピラリー出口での ガイディングされたときの rms ^{スポット半径は}w_x=45.8µm^、w_y=58.6µm である。

また、式 (3.24) を実験結果に適応すると中心でのプラズマ電子密度

は n₀ =1.6×10¹⁸cm⁻³、r =w_x =45.8µmでの x 方向のチャネルの深さ

は ^∆ne

n₀ = 2.6% となる。電子加速実験に成功している他の放電キャピラ リーのチャネルの深さと比較すると、例えば文献 [35] では r =25µm で

∆n_e

n₀ =0.3%、文献 [36] では r =31µm でのチャネルの深さを式 (3.24) か ら計算すると ^∆n_n^e

0 =4.0%なので、本実験で使用したキャピラリーはプラ ズマチャネルを用いた電子加速実験に使用できるといえる。

Fig.3.27: キャピラリー出口でのスポットサイズ。電源電圧を9.1kV^、水 素ガスの圧力を 100mbar ^として Ti:Sapphire ^{レーザーの到達} 時刻を放電開始位置から 40ns^間隔で600ns ^{まで変化させたと} きのキャピラリー出口でのスポットサイズ。画像は縦横共に 450µm^である。

µm]

x[

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Intensity[a.u.]

0 50 100 150 200 250

Fig.3.28: t=440ns ^におけるx方向のレーザープロファイル。電圧9.1kV^、 圧力 100mbar^、t=440nsのときのキャピラリー出口での x^方向 のレーザープロファイル。

µm]

y[

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Intensity[a.u.]

0 50 100 150 200 250

Fig.3.29: t=440ns ^におけるy方向のレーザープロファイル。電圧9.1kV^、 圧力 100mbar^、t=440nsのときのキャピラリー出口での y^方向 のレーザープロファイル。

第 4 _章

レーザープラズマ加速実験

本章では準単色ビーム加速を実証する目的で中国の CAEP ^{で行われた高強度} レーザーパルスを用いたレーザープラズマ加速実験について述べる。初めに高強 度レーザーパルスの発生方法について説明し、次に実験のセットアップ及びエネ ルギースペクトロメーターによるエネルギー分布、Thomson^{散乱によるポンプ消} 耗長、側方散乱による入射位置等の実験結果の解析について述べる。