• A. Maekawa, M. Uesaka
  東京大学工学系研究科原子力専攻
• H. Tomizawa
  高輝度光科学研究センター
• S. Matsubara
  理化学研究所

XFELにおいて30fs(FWHM)の極短電子バンチの計測を行うため、電気光学効果を用いた非破壊・リアルタイム・シングルショットのフェムト秒３次元（縦・横方向）バンチ形状モニタを開発している。横方向分布計測に必要となるラジアル偏光円環レーザー生成の基礎実験は完了し、現在は高時間分解能を達成する上で必須となる白色(>400nm)レーザーパルスの生成を行っている。フォトニック結晶ファイバを用いて生成しNOPAによって増幅した白色光のスペクトルをDAZZLERで補正することで、線形チャープ・矩形スペクトルをもつプローブレーザーをEO結晶へと輸送する。更に、高速の時間応答性を持つ有機EO結晶のオフラインでの評価試験も進めている。その他、バンチ形状モニタの要素技術開発の現状についても報告する。

• S. Inoue, H. Maesaka, S. Matsubara, Y. Otake
  理化学研究所
• K. Yanagida, H. Ego, A. Yamashita
  高輝度光科学研究センター

X線自由電子レーザー計画のビームモニターシステムの制御装置について報告する。本装置は，RF-BPMとCTの電子回路装置，スクリーンモニター(SCM)のスクリーンの駆動，SCMのズーム・フォーカスやコリメータのステッピングモータを制御対象とする。これらの多数で複雑な機器を制御するために，複雑な命令を容易に実現できるPLCベースにて構成した。上位計算機とは，FL-netを用いて通信を行う。RF-BPMとCTの電子回路装置，モータコントローラとは，耐ノイズ性に優れたDeviceNetを用いて通信を行う。モータコントローラについては，DeviceNetで通信する絶対値エンコーダによる位置検出・多種の原点復帰方法などの高い機能を備えたものを新しく開発した。スクリーンの駆動などについては，多芯ケーブルを用いる。SCSS試験加速器でこの制御装置の評価試験を行い，安定に動作することを確認した。

• K. Yanagida, H. Tomizawa
  高輝度光科学研究センター
• S. Inoue, H. Maesaka, S. Matsubara, Y. Otake
  理化学研究所

X線自由電子レーザー計画で使用されるスクリーンモニタは10μm以下の空間分解能が要求される。我々は空間分解能に寄与する要因を分析し、最適な設計及び製作を行い、評価試験を行った。分解能に寄与する主たる要因としてレンズ等の収差、CCDピクセルサイズ、回折パターンの大きさ及び発光点深度によるデフォーカスがある。特に回折については、OTRの円錐状に拡がる発光角分布を繰り込んだFraunhofer回折パターンを考慮した。設計手法はこれら要因の寄与（分解能）を全て計算し、最適化を行うことであった。本システムにおいて最小の分解能（半値半幅）を計算で見積もった結果、OTRを観測する場合は約2μm、Ce:YAG等の場合は約3μmになった。SCSS試験加速器にて測定された最小ビームサイズはOTRの場合で14.5μm、Ce:YAGの場合で18.5μmであり、上記の分解能で計測されていると思われる。

• T. Ohshima, H. Maesaka, N. Hosoda, S. Matsubara, Y. Otake
  理化学研究所

XFEL/SPring-8では、加速空洞の高周波振幅変動を1E-4、位相精度を50fsに維持しなければならない。そのために我々は、IQ変調器・検出器、DAC/ADCの開発を行った。しかし、例えば加速高周波5712MHzのIQ検出器の読み取り振幅偏差は、移相2πの範囲で±1.8%であった。ビーム調整では、この偏差があると移相により振幅が変り不便である。そこで、以下に述べる移相に対する振幅変動最小化の補正法を開発した。IQ検出器への基準信号とは異なった周波数の検出信号を入力することで位相スイープを行い、誤差の測定を行う方法である。この方法で得られた誤差値によりIQ検出特性を補正したところ、前記の振幅偏差は2πの範囲で±0.17%に抑えることができた。この値は、前記の要求振幅変動の1E-4以上だが時間変化しないので、位相制御性としては十分である。本発表では補正方法の詳細と結果について述べる。

• S. Matsubara, H. Maesaka, T. Ohshima, S. Inoue, N. Hosoda, K. Tamasaku, T. Togashi, M. Nagasono, A. Higashiya, M. Yabashi, Y. Otake
  理化学研究所　X線自由電子レーザー計画推進本部

理化学研究所が推し進めるXFEL計画の加速器では、50fs精度のタイミングシステムが必要である。XFELの原理実証用の試験加速器においては、タイミングシステムの時間基準信号と加速器の電子ビームの同期精度が、rmsで50 fs程度であることが確認されている。しかしながら、実際にユーザが使用するEUV-FEL光と時間基準信号との同期性を評価する手法がなく、この手法の確立が急務である。この手法を確立する最初の試みとして、波長60nmのEUVパルスのタイミングを真空用高速PDを用いて直接観測する方法を試験した。大ピーク強度の光を直接観測することで、高いS/Nが期待できる。この試験では、PDによる時間基準信号に対するジッタの測定限界が2.5 ps(rms)であるこが判った。この結果は、先に述べた50fsの測定精度には及ばないが、パルスEUV光のタイミング調整が簡便に行えることを証明するものである。

• N. Hosoda, T. Ohshima, H. Maesaka, S. Matsubara, K. Tamasaku, Y. Otake
  理化学研究所　X線自由電子レーザー計画推進本部
• M. Musha
  電気通信大学レーザー新世代研究センター

XFELを安定発振するためには、RF系を時間変動50fs、振幅変動0.01%で駆動することが要求されている。（値は全て標準偏差。）これを実現するために我々は、タイミング・低電力RFシステム全体について温度安定化に特に配慮し、光ファイバー網を含む全てのモジュールを、温調水を用いた水冷ダクトやラックに入れる設計にした。その温度変動は0.05Kを実現している。例えばクライストロン駆動アンプの温度計数はそれぞれ260fs/K、0.8%/Kであり、要求を満たすための温度安定度は0.2K、0.01Kである。水冷ラックにより、時間変動については要求を達成している。振幅変動については不十分とも思えるが、測定値は測定系の誤差や分解能で制限された値であり、試験加速器では4Kの変動位まではレーザー発振をしているので、実際の値はもっといいと考えている。今回は温度安定化に的を絞りながら、建設状況を報告する。

• Y. Otake, N. Hosoda, H. Maesaka, S. Matsubara, T. Ohshima
  理化学研究所　X線自由電子レーザー計画推進本部

XFEL/SPring-8のX線自由電子レーザーと通常レーザーによるポンププローブ実験では、X線のパルス幅が30fsなので、それよりも十分高い両パルスの同期が必要である。従来その同期は、加速高周波の低調波電気信号にポンプレーザーをモードロックしていた。この電気信号によるモードロックでは、信号に含む熱・ショット・外来ノイズで、同期の時間ジッタを数百fsより低くすることが難しい。このため我々は、必要な同期を達成するために、ほぼ電気回路を使用しない同期法を考案した。それは、加速高周波に同期した5712MHz繰り返しで1ps幅以下の1550nm光コムパルスを、ポンププローブ実験で必要な60Hz繰り返しの800nm付近のレーザーに電気光学素子で間引いて、波長変換し、大ピーク強度のレーザーに増幅する方法である。本発表では、手法の基礎的な実証であるパルスの間引きと波長変換に成功したので、それを報告する。

• H. Maesaka, S. Inoue, S. Matsubara, A. Higashiya, T. Ohshima, M. Yabashi, T. Shintake, Y. Otake
  理化学研究所　X線自由電子レーザー計画合同推進本部
• K. Yanagida, H. Ego, H. Tomizawa
  高輝度光科学研究センター

X線自由電子レーザー(XFEL)計画で使用するビーム診断システムの開発状況について報告する。XFEL装置では分解能0.5μm以下のBPM ，分解能10μm以下のスクリーンモニタ(SCM)，高速でノイズに強いCT，ビームの時間構造を分解能10fs以下で測定するためのRFディフレクタ(RFDEF)が必要となる。これらの要求を満たすため，共振周波数4760MHzのRF-BPM，差動型のCT，オーダーメード光学系のSCM，共振周波数5712MHzのRFDEF空胴を開発してきた。前回報告以降，RF-BPM，CT，SCMについては量産初号機が出来上がったので，SCSS試験加速器においてビームテストをおこなった。その結果，XFELに必要な性能を持っていることの確証を得た。また，RFDEFについては7セルモデルを製作し，低電力RF測定をおこなった。その結果，必要な性能があることを確認した。