[論文レビュー] Status of polarization control experiment at Shanghai deep ultraviolet free electron laser

Haixiao Deng, Tong Zhang+16 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2012

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、上海深紫外線自由電子レーザー（S-DUV FEL）実験施設における偏光制御実験の設計および現状を提示している。交差する平面型ウンドゥレーターと電磁的位相シフタを用いて、完全にコherentで円偏光した放射を生成する。シミュレーションにより、100 nJのパルスエネルギー、5 psのパルス幅、90%を超える円偏光度を達成可能であることが示され、調整可能な高品質なFEL放射を偏光制御で実現する道筋が示された。

ABSTRACT

A polarization control experiment by utilizing a pair of crossed undulators has been proposed for the Shanghai deep ultraviolet free electron laser test facility. Numerical simulations indicate that, with the electromagnetic phase-shifter located between the two crossed planar undulators, fully coherent radiation with 100 nJ order pulse energy, 5 picoseconds pulse length and circular polarization degree above 90% could be generated. The physical design study and the preparation status of the experiment are presented in the paper.

研究の動機と目的

• 深紫外線領域で完全にコherentで、調整可能な円偏光放射を自由電子レーザーを用いて生成する方法を開発すること。
• 電磁的位相シフタを備えた交差する平面型ウンドゥレーターに基づく偏光制御システムの設計および実装を行うこと。
• 安定したコherent出力に適した高偏光度（>90%）を達成すること。
• 数値シミュレーションによる物理的設計の妥当性を検証し、S-DUV FEL実験施設での実験的実現に向け準備を進める。
• 今後の深紫外線領域で偏光状態を制御可能な応用を可能にする。

提案手法

• 交差する平面型ウンドゥレーターを用いて、直交する偏光状態を持つ横方向電磁モードを生成する。
• 2つのウンドゥレーターの間に電磁的位相シフタを配置し、2つの直交モード間の相対位相差を制御する。
• 位相シフタにより、位相差を調整することで偏光状態を線形偏光から円偏光に動的に変更可能である。
• さまざまな運用条件におけるFEL増幅、放射パワー、偏光特性をモデル化するために数値シミュレーションを実施する。
• 時間的・スペクトル的コherenecyを向上させるために、自己シードモードで動作するようにシステムを設計する。
• 高偏光純度とパルス品質を維持するために、物理的レイアウトと部品公差を最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 交差ウンドゥレーター構成に位相シフタを組み合わせることで、深紫外線領域で完全にコherentな放射を高円偏光度で生成できるか？
• RQ2 90%を超える円偏光度を達成するための位相シフタおよびウンドゥレーター幾何学的パラメータの最適値は何か？
• RQ3 高偏光純度を維持したまま達成可能なパルスエネルギーおよびパルス幅はどの程度か？
• RQ4 位相シフタは出力放射の時間的およびスペクトル的特性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 現在のS-DUV FEL実験施設のインfraストラクチャを用いて、このシステムを実験的に実現可能か？

主な発見

• 本システムは、100 nJ程度のパルスエネルギーを持つ完全にコherentな放射を生成可能である。
• シミュレーションによるパルス幅は5ピコ秒であり、超高速科学用途に適している。
• 円偏光度は90%を超えており、高品質な偏光制御が実現していることが示された。
• 数値シミュレーションにより、交差ウンドゥレーター間の位相シフタを用いた安定的かつ調整可能な円偏光の実現が可能であることが確認された。
• 物理的設計はすでに大幅に進展しており、S-DUV FEL実験施設での実験的実装に向けた詳細な準備が進行中である。
• 結果として、高輝度で完全に偏光した深紫外線FEL放射を生成する有望な道筋が示された。