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3．次のステップ3.1結晶を保ったX線レーザーへこれまでのところで，XFEL励起レーザーなど光学領域で行われている量子光学的な現象のかなりのものを，硬X線でも原理実証できてきていることをわかっていただけたと思う．ちなみに，この領域で教科書の1つに挙げられているA. Yarivの“Quantum Electronics”の章立てと比較してみると，すでに3～4割程度のものが達成されていることがわかる．では，次のターゲットは何か？レーザーや量子光学現象の1つの特徴は，波長が固体の原子間距離程度になり，その発光時間も1 fs前後におさまりながら，ΔE/E～10－4程度の狭窄化で相互作用が実現できることにある（可視域で1 fsを達成しようとすると，フーリエの関係からΔE/E～1程度になってしまう）．利得が十分発生している状態での原子当たりのエネルギー付与は1 keV以上であるので，照射後十分時間が経てばイオン化し，膨張，飛散する状態である．しかし，この短パルス性のために原子位置が保たれ，バンド構造すら保たれているような状況で，さまざまな量子光学効果を実現できている．この状況を改めて考えてみた結果，次なるステップは結晶格子を使ったブラッグ回折型波長選択レーザーだと目論んでいる．よく知られているように，光学波長領域では半導体技術を駆使し媒質内にサブμm周期構造を作ることによって，DFBL（distributed feed back laser）などの特徴あるレーザーが作られている．しかし，ここで紹介した硬X線を使えば，結晶格子そのものを活かした波長選択・変調レーザーが可能となる．さらにそれらに，電流駆動，光照射，化学反応などといった手法で3d電子を制御させていけば，8～10 keVという硬X線でありながらわずかな作用でそのスペクトルを人工的に変化・変調させることができるはずだと考えている．そうなれば，「ハードX線フォトニクス」と総称できる研究が立ち上がることであろう．4．まとめ2009年に米国で，2011年に日本で相次いでXFELが発振し，多くの新しい研究が立ち上がった．その中で，本質的に変化が起きている現象の1つに硬X線領域での量子光学研究がある．その中でも特にXFEL励起X線レーザーの研究成果を紹介するとともに，次のステップを予想してみた．そのうちFEL側でも，レーザー加速などの手法が取り入れられて，コンパクトなものが出てくるだろう．そうすると，ここで予想した研究も大学の一研究室レベルでできるようになり，さらには産業を中心に応用分野でも利用できるようになる．既存の知識からの外挿も十分利用でき，その差を楽しむこともできると思う．この分野は，そんな楽しい状況にある．文献1）P. Emma, et al.: Nature Photon. 4, 641（2010）.2）T. Ishikawa, et al.: Nature Photon. 6, 520（2012）.3）H. Kitamura: Eur. Phys. J. D 52, 147（2009）.4）H. R. Varma, M. F. Ciappina, N. Rohringer and R. Santra: Phys. Rev.A 80, 053424（2009）.5）K. Tamasaku, et al.: Nature Photon 8, 313（2014）.6）S. Shwartz, et al.: Phys. Rev. Lett., 112, 163901（2014）.7）R. C. Elton: X-ray Lasers（Academic, 1990）.8）H. Mimura, et al.: Nature Commun. 5, 3539（2014）.9）H. Yoneda, et al.: Nature Commun. 5, 5080（2014）.10）N. Rohringer, et al.: Nature 481, 488（2012）.11）H. Yoneda, et al.: Nature 524, 446（2015）.12）T. Hara, et al.: Nature Commun. 4, 2919（2013）.13）M. Deutsch, et al.: PHYSICAL REVIEW A 51, 283（1995）.プロフィール米田仁紀Hitoki YONEDA電気通信大学レーザー新世代研究センターInstitute for Laser Science, University of Electro-Communications〒182-8585東京都調布市調布ヶ丘1-5-11-5-1 Chofugaoka, Chofushi, Tokyo 182-8585, Japane-mail: yoneda@ils.uec.ac.jp最終学歴：東京工業大学専門分野：レーザー科学現在の研究テーマ：X線フォトニクス，高エネルギー密度科学，高出力レーザー開発，実験室天文学，高精度光学素子開発など38日本結晶学会誌第59巻第1号（2017）