「きれいな」X線レーザーパルス幅計測に成功 -背景信号を完全排除し計測精度を格段に向上-

2026-05-20 理化学研究所,高輝度光科学研究センター,大阪大学

理化学研究所、高輝度光科学研究センター、大阪大学の共同研究グループは、X線自由電子レーザー(XFEL)施設「SACLA」において、背景信号を完全に排除した高精度なXFELパルス幅計測に成功した。研究では、二つに分けたXFELパルスを微小角度で交差させ、ダイヤモンド結晶中で発生する第二高調波(SHG)を利用する新手法を開発。結晶の位相整合条件を精密制御することで、時間波形情報を持つ自己相関信号のみを検出し、従来問題だった背景信号を除去した。さらに、結晶分光器を通したXFELでは、理論予測通り波形が均一化されることを実証し、波形安定化の可能性も示した。交差角約0.02度、集光径1マイクロメートルという条件で、時間分解能劣化を1アト秒程度に抑制でき、超短パルスXFELの精密計測を実現した。本成果は、XFELの時間波形制御やアト秒XFEL計測、精密物質制御などへの応用が期待されるほか、将来的には位相情報も含めた完全波形計測技術への発展につながる。

「きれいな」X線レーザーパルス幅計測に成功 -背景信号を完全排除し計測精度を格段に向上-
背景信号排除の概念と実証結果

<関連情報>

フェムト秒X線パルスにおけるバックグラウンドフリー強度自己相関 Background-Free Intensity Autocorrelation for Femtosecond X-Ray Pulses

Taito Osaka, Shotaro Matsumura, Masafumi Miyake, Yasuhisa Sano, Ichiro Inoue, Yuichi Inubushi, Kensuke Tono, Kenji Tamasaku, and Makina Yabashi
Physical Review Letters  Published: 12 May, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/3743-3h2l

Abstract

A background-free intensity autocorrelation measurement for 10-keV femtosecond x-ray pulses is demonstrated using x-ray second harmonic generation. The narrow phase-matching condition of x-ray second harmonic generation allows for the selective generation of either the autocorrelation or background signals in a quasicollinear geometry with a crossing angle of ∼300  μ⁢rad, achieving a geometric time resolution of ∼1 attosecond. The measured autocorrelation traces exhibit zero background and clearly reveal temporal modifications through an Si(311) monochromator, verifying x-ray temporal shaping with perfect crystals. The applicability of this method to attosecond x-ray pulses is also discussed.

1701物理及び化学
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