Proceedings of the 25th Linear Accelerator Meeting in Japan (July 12-14, 2000, Himeji, Japan)[13P-30]

DEVELOPMENT OF SHG AUTOCORRELATION SYSTEM FOR
JAERI FEL
N. Kikuzawa, T. Yamauchi, R. Nagai and E. J. Minehara
Japan Atomic Energy Research InstituteShirakata-Shirane 2-4, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki-ken, 319-1195 JAPAN
Abstract
A second-order autocorrelator based on second-harmonic generation (SHG) in a CdTe crystal has been developing
for measurement of FEL pulse duration in FIR region.
obtained to be ~3x10-5/(MWcm-2).

The conversion efficiency of SHG was experimentally

This report describes experimental results of the SHG autocorrelator.

原研自由電子レーザー用 SHG オートコリレーションシステムの開発
1. はじめに日本原子力研究所（原研）では、超伝導リニアッ

2. SHG オートコリレータの構成

クを用いた遠赤外自由電子レーザーの開発を行っ

SHG オートコリレータの構成を図１に示す。被ており、kW 発振に成功し、その後も改良を加える

測定パルスをビームスプリッタで強度の等しい二ことによって遠赤外域で大強度の速いパルス光源つのビームに分けて、M1 および M2 のレトロリフとして利用できるようになった[1]。

レクターで反射させた後、これらのビームをパラボ

赤外から可視光域での速いレーザーパルスの時リックミラーで収束させ、SHG 発生用 CdTe の結晶間波形測定は非線型光学結晶を利用した第２高調中で収束および交差させる。入射光周波数νの 2 倍波発生（second-harmonic generation; SHG）法がよくの周波数 2νの光を発生し、その強度は光の電界の 4用いられているが、20µm 帯の領域で SHG オートコ乗に比例して強くなる。M2 をステッピングモータリレーションによるパルス幅を測定したのは FOM

ーで駆動する微動ミラーとし、M1 を固定ミラーとグループのみである[2]。20µm 帯の遠赤外域で使えすると、M2 の移動に応じて光路長差が変化し、2る非線型光学結晶としては CdSe、Te、CdTe などが次の自己相関波形から被測定パルス波形を求める

あるが、CdTe は CdSe などよりも長波長側で透過性事ができる。分離した光が CdTe の結晶中で光が交があり、複屈折結晶ではないので FEL の波長が変差するように配置することによって、CdTe 結晶のわったときなどでも位相整合を変えるなどの調整

後ろにスリットを配置して基本波と第２高調波をの必要が無く、コヒーレント長の調整の必要はある分離することができる。
まず、光強度分割比が 1:1 のビームスプリッタをが比較的容易であるという利点がある。
原研自由電子レーザーのレーザーパルス幅測定用いる事が重要となる。しかし、波長に依存しないを行うために、CdTe の結晶を利用した SHG オートようなビームスプリッタとしてのフォイルを得るコリレータを開発し、パルス幅測定の実験を進めて事は難しい。また、フォイルの角度に大きく依存すおり、ここではこれまでに得られた結果について述るが、遠赤外の FEL でアラインメントの調整を行べる。

う事は困難である。このため、あらかじめ光軸調整−366−

用の He-Ne レーザーで調整しやすいようにフォイルの代わりにミラーを用いた構成に変更した。この場合、光強度分割比はスプリッタミラーの位置を左FEL右に微調する事によって容易に 1:1 に調整する事ができ、波長が変わったとしても光学フィルタや光検出器を波長に応じたものに変えるだけで測定が可
KRS-5能であるという利点を持っている。

CdTe
ZnSeFEL

MCT

スプリッタミラー

M1

図2 SHG発生実験の測定系

CdTeZnSe
M2スリット
MCT検出器図1 SHGオート コリレータの光学配置

3. 実験結果
はじめにマクロパルス幅 400µs、発振波長 22µmで SHG 発生実験を行った。光共振器からスクレー

図 3 MCT 検出器の信号パミラーで取り出された光をミラーで反射して光次に、SHG オートコリレータを構成し、パルス実験室まで輸送し、実験を行った。その時の光実験

幅測定実験を行った。FEL 光を 10φmm のアイリス室でのマクロパルス平均出力は 12W であった。そできった後、ミラーで 2 分割した。レトロリフレクの FEL 光を焦点距離 35mm の KRS-5 のレンズで集ターM1, M2 で反射された光が CdTe の結晶中で交光し、ダメージを避けるために焦点位置から 3.5mm差するように調整した後、M2 を 0~10mm の範囲で後方に置いた CdTe の結晶に照射した。CdTe の結晶動かし、SHG 信号の測定を行った。その結果、こと MCT 検出器の間に ZnSe のフィルタを置いて基れまでに明確な自己相関波形の観測はできていな本波を落として SHG の信号を測定した。SHG 発生

いが、その理由として、アラインメント用の He-Ne実験の構成を図 2 および MCT 検出器の信号を図 3

レーザーと FEL 光との光軸のずれ、CdTe 結晶の配に示す。CdTe 結晶がある場合と無い場合とを比較

置の調整不足、基本波と第 2 高調波との信号比が適する事によって SHG の変換効率を求めると、効率切でないため分離できていない、などを予想していは~3x10-5/(MWcm-2)であった[3]。この値は CO2 レーる。今後さらに光学系の見直しなどを進めながら、ザーを用いた実験の変換効率に近い値を示してい容易に自己相関波形の観測ができるような手法をる[4]。

確立する予定である。

4. おわりに
FEL 研究において、遠赤外域のパルス幅を測定するオートコリレータを開発する事は重要である。まず、
波長 22µm の FEL 光を CdTe 結晶に入射し、SHG発生に成功した。次に、その波長で変換効率を求めると~3x10-5/(MWcm-2)が得られた。
また、新規な点として、はじめ SHG オートコリレータをハーフミラーとしてのフォイルで構成していたが、アラインメントを調整するのが困難であることがわかったため、ミラーを利用する構成に変更した。
最後に、現在までに明確な自己相関波形の観測はできていないが、測定方法の見直しを進めながらSHG オートコリレーションシステムの開発を進めていく予定である。

参考文献[1] N. Nishimori, et al., “Improvement of JAERI highpower FEL”, in this proceedings.
[2] G.M.H Knippels, et al., Nucl. Instr. and Meth. in
Phys. Res, A375 (1996) 150.
[3] T. Yamauchi, et al., to be published in Jpn. J. Appl.
Phys. (2000).
[4] C.K.N. Patel: Phys. Rev. Lett. 16 (1966) 613.