ブックタイトル日本結晶学会誌Vol59No1

概要

日本結晶学会誌Vol59No1

米田仁紀これらの数字を鑑みれば，このようなさまざまなメリットがある量子光学的効果を硬X線で起こさせる鍵となるのは，強いX線場の生成であることがわかる．日本のXFEL施設SACLAではYamauchi，Mimuraらが50 nm集光を実現しており,8）X線量子光学研究の中心となる施設と位置付けられている．図2 XFELを照射された後の原子の緩和過程.（Relaxationprocess after inner shell excitation of atoms.）上は通常状態の原子で，例えばCuの場合，Auger電子放出：Kα1蛍光放射：Kα2蛍光放射＝61：26：13となっている．下図は，Kα2線に共鳴した十分強いレーザーがある場合，緩和過程はほぼ1つの分岐に集中させることができる．2．XFEL励起原子準位レーザー2.1達成された最狭窄化レーザー2009年に米国で，2011年に我が国で，XFELが初めて発振して以来，これまでに（1）可飽和吸収, 9）（2）光励起導波路, 9）（3）XFEL励起Kα線レーザー10）,11）が達成されている．特に，Kα線レーザーでは，図3に示されるような，シード化され狭窄化されたX線レーザーまで実現されている. 11）これらには，FELのもう1つの特徴である非共鳴な波長のチューナビリティが活かされている．FELでは，加速された電子ビームをアンジュレータと呼ばれる周期磁場構造をもった部分に通し，コヒーレントな光を発生させているが，その条件を変えることで1つの電子ビームから異なる波長の2つの光を発生させることができる．SACLAでは，この技術を用いてX線領域で1 keV以上離れた2色を発生させることが可能で, 12）1つを内殻電子が励起できる波長に，もう1つはその内殻電子励起後のK殻空孔のL殻電子が緩和する蛍光波長に合わせることで，シード化を実現させた. 11）図3では，その制御されているKα線レーザーのスペクトルを示しているが，通常その統計重率で決まる強度比（2：1）で発生するKα1線とKα2線をそれぞれ単独で発生できることが示されている．この図では，さらにシード化によって，半値幅で1.7 eVの狭窄化X線レーザーを実現できることが明らかにされている．この値は，ターゲットとして用いたCuのKα線の自然放出寿命で決まる自然幅よりも狭いスペクトル幅であり，原子系の遷移過程を制御した1つの証拠となっている．2.2発振スペクトル変化次に，励起強度に伴う利得スペクトルの変化を計測した結果を図4に示す．この場合，前節で述べたシード化は行わず，ASE（AmplifiedSpontaneousEmission）と呼ば図3 Kα線レーザーの発振スペクトル.（Spectrum of Kαlaser with and without seeding.）左図はシードをかけていない状態で，半値幅が約5 eVのKα1線のみのスペクトルになっている．通常の自然放出のKα線では図2の上図のようにKα1線とKα2線が2：1の強度比で両方現れるがここでは1本になっている．右図はシードをかけた時の発振スペクトルで，シードの波長によりKα1線かKα2線を選択できている．半値幅は1.7 eVで自然寿命の自然幅を超えた狭いスペクトルが実現されている．36日本結晶学会誌第59巻第1号（2017）