ISSN 0914-9805

2005,Oct.

211

No.

CONTENTS

27th international free-electron laser conference
『光と蔭』

研究員

オレグ コチャエフとなる。この干渉縞により結晶内部に屈折率の高低差ができる
レーザー超音波リモートセンシング技術はコンクリート内部の欠陥探傷を行うに当たり下記のような特徴を持つ。

ことにより、ポンプ光は結晶内で回折され反射光と同様の波面となってホモダイン検出装置に入射する。この現象は２つの波・リモートセンシングが可能

面が全く同一波面となることによりホモダイン検出効率は最大・高感度となる。これがダイナミックホログラムを用いる際の最も大き・コンクリート表面粗さが大きくても計測可能な利点である。

・高繰り返し動作が可能

コンクリート表面に信号印加用レーザーを照射し、内部に超音波を発生させ る。内部に欠陥があると超音波は反射されコンレーザー超音波リモートセンシングの原理を図１に示す。

クリート表面に戻ってくる。そして表面を振動させる。表面振レーザー超音波リモートセンシングはコンクリート内部に超音

動は検出用レーザー光にドップラーシフトを与える。この効果波を発生させるためのパルスレーザーと、その振動を検出するのため、検出用レーザー光の周波数は変調を与えられ、フォトための連続発振レーザーを用いる。コンクリート表面の振動はリフラクティブ結晶に入射するが、フォトリフラクティブ結晶

フォトリフラクティブ結晶を用いた２光波混合技術とホモダイの応答時間は変調の一周期よりはるかに長いので（100倍以上）、ン検出技術により、コンクリート表面粗さの影響を受けずに振結晶内に記録されたダイナミックホログラムは振動しない。

動モードのみを検出することができる。

その結果、信号光は位相変調を持ったままポンプ光と相互作用BSOフォトリフラクティブ結晶は２光波混合を起こす非線形し、位相変調から振幅変調に変換されることによりコンクリート媒体として使用される。 コンクリート表面から戻ってくる反表面の振動を検出することができる（ホモダイン検出原理）。

射光とポンプ光はフォトリフラクティブ結晶中で干渉を起こし、ダイナミックホログラムを形成する。コンクリート表面が粗いためにスペックルパターン等が生じ、非常に複雑な干渉縞

光検出器の信号はコンクリート振動の情報を持っている。振動情報は表面共振振動波と多重縦波（P-波）
反射である。
これらのパラメーターを分析することによりコンクリート内5側欠陥に関する情報を得ることができる。

持ち運びができるようにした。この装置を鉄道技術総合研究所

このシステムはコンクリートのみならず、金属、プラスチックおよびセラミックなどにも応用が可能である。

（東京）に運び、そこで大型コンクリート供試体を探傷した。この実験でモバイル装置が内部欠陥検出の能力を有していることを確認することができた。

図２は表面から3cmの深さに存在する内部欠陥が存在するコンクリートサンプルの表面振動スペクトルを示す。欠陥がない

次のステップはダイナミックホログラムを結晶内で移動させ部分ではコンクリートの厚みは十分に厚く表面振動スペクトルる（ドリフトモード）を用いて検出感度を向上させることと、信に特徴的なラインは存在しない。しかし、欠陥がある部分では号印加レーザーのパラメータ最適化（レーザーエネルギー、パ振動スペクトルに特徴的なラインが現れる。これを用いることルス幅、およびビームサイズ）である。

により欠陥の有無を検出できる。
周波数スペクトルによる検出は欠陥深さ2〜3cmでは非常に早く欠陥有無の情報を得ることができる。しかし、正確な欠陥深さは評価できない。
一方、コンクリート内の縦波の音速と縦波のコンクリート表面と欠陥との多重反射周波数が分かれば、欠陥の深さを正確に評価することができる。
図３に内部欠陥深さを変化させた場合のp波の多重反射周波数を示す。内部欠陥の深さが浅くなるにつれて周波数が増加することが分かる。この手法を用いれば0.5cmの精度で内部欠陥の深さを評価することができる。
2003年６月にモバイルプロトタイプを構築した。表紙写真にあるように軽トラックに装置を載せ、計測したい構造物までアイディアの交流、自由電子レーザー国際会議に参加
27th international free-electron laserconference
レーザーエネルギー研究チーム

李 大治

自由電子レーザー」、「加速器」、「新アイディア」、「X線自由電子レーザー」、「自由電子レーザー応用」のセッションで構成さ
今年の自由電子レーザー国際会議は８月21日から26日までれている。口頭発表とポスター発表全部で約257件。本会議での一週間で、アメリカのStanford大学キャンパス内で開催されは現有自由電子レーザー装置改善、新装置建造、新アイディた。この会議は一年に一度、今回はStanford大学主催で、開催ア、最先端の実験成果が多数報告された。高密度の電子ビーム回数は第27回目である。欧州各国、アメリカ、日本、中国、発生やSmith-Purcell輻射やレーザーCompton散乱など、新実験韓国から250人ほど出席者が自由電子レーザーに関するアイ結果と理論・シミュレーションの発表も盛んである。自由電子ディアを交流した。大学のキャンパスは非常に広い、古い建築

レーザーを用いた、化学、生物、医学方面の応用論文も発表さがあり、美しい。

れた。

本国際会議は「SASE型の自由電子レーザー」、「大出力長波長2小型THｚ輻射源を開発するために、Smith-Purcell型の自由電子レーザーに注目されている。前回の会議にはこの問題につした。三次元Smith-Purcell 輻射シミュレーションも非常に注目いての論文一つがあったが、今年は７部になった。アメリカ、された。このシミュレーション結果はSmith-Purcell 輻射の物理

フランス、中国、日本からの研究者は最新理論とシミュレー本質を解明した。出席者は今後のシミュレーション計画をよりションの結果を報告した。現在、Smith-Purcell輻射物理の本質進めるべきであると考えている。将来的には、この方式によりはよく分からない。以前の理論も不一致である。そして、出席高出力が期待でき、そのSmith-Purcell実験を行うことを考えて者はこの問題にとって、積極的な討論をした。新実験装置についる。来年の会議は欧州のドイツで開催される。

いての発表も行った。
われわれの発表した２論文ベッセルビーム発振器自由電子レーザーとSmith-Purcell輻射シミュレーションが注目を集めだしている。べッセルビーム発振器自由電子レーザーは新構想であり、アンジュレーター中にベッセルビームが形成され、電子ビームと光波の相互作用が増強することを明らかにした。興味がある専門家と理論から実現可能性までいろいろな問題を討論

フェムト秒レーザーによる質量分析法の展望
共同研究員
大阪市立大学大学院理学研究科

中島信昭を持ち波長337nmの紫外レーザーである。マトリックスに保田中耕一氏に2002年ノーベル賞が授けられた。田中氏は持されたタンパク質をレーザー加熱するとタンパク質は瞬時MALDI(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization)法を開発さに蒸発し、プロトン化されたタンパク質のイオンを生じる。

れた。その際に、脱離／イオン化するためのレーザーとして窒

そのイオンは飛行時間型質量分析計（TOF-MS）で測定され素レーザーが用いられた。窒素レーザーは数ナノ秒のパルス幅た。分子が分解しないでイオン化された場合、そのイオンを

第4回「慣性核融合科学と応用」
に関する国際会議がフランスのBiarritzにおいて9月……1094日〜9日の6日間の日程で開催された。
本会議はLaser Interaction and Related Plasma Phenomena Workshopの後継国際会議で仏、日、米の三国が軸となり、1999年より2年毎に順番に開催している。会議の目的は慣性核融合科学、高エネルギー密度物理、慣性核融合エネルギーの他、関連するレーザー核物理、天文学などレーザー応用の研究者、技術者を一堂に会して進歩の状況を明らかにしようとするものである。
トピックスとしては慣性核融合の物理、レーザー、粒子ビームと核融合工学、関連科学技術応用が取り上げられている。現在共同座長は仏のArnold Migusと日本の三間圀興と米のErik Stormである。協賛団体には大阪大学レーザーエ
ネルギー学研究センター、（財）
レーザー技術総合研究所、レーザー核融合フォーラム、（社）
レーザー学会も名を連ねている。最近の国際研究情勢としてはローレンスリバモア研のNIFとボルドーのLMJが部分的に動き出しており、ロチェスター大LLEのOmegaは上記システムの照射模擬実験を下請け的に実施している。サンディア研ではZピンチドライブの爆縮をすすめている。高速点火物理の領域では大阪大学のILEが激光XII号とPWレーザーを用い、コーンフォーカスターゲットにエネルギーを集中する画期的な方式で新成果を上げている。英ラザフォード研ではVulcan PWシステムにて、また仏のLULIでも100TWレーザーを用い、高速点火を取り上げている。
初日のKeynote講演では米、日、仏からそれぞれの地域でのこれらの成果が報告された。今回のエドワードテラー賞にはJoseph Kilkenny（LLE Rochester・GA）とMax Tabak（LLNL）が選ばれた。昨近の動きとしてテラー賞が米国原子核学会（ANS）の賞に編入され、国際的性格がやや米国偏重に傾きつつあることは気になる処である。
特に米国の賞推薦キャンペーンは強力であるから他国の推薦人はよく考えなければならない。IFSAとして技術関連の賞とか優秀論文賞の案も浮上しているが、米国ANSがらみにならないよう国際会議の主体性堅持に留意したいものである。

【（財）
レーザー技術総合研究所 研究所長】
3

化、今後の展望を紹介する。分子イオンが生成できる条件は現在までのところ「レーザー波長が分子イオンの電子エネルギー遷移に共鳴しないこと、励起レーザーパルスの幅はより短くすること」
である。
図１には用いている質量分析装置の模式図と外観写真を示した。フェムト秒レーザーはチタンサファイアレーザーである。
励起波長はその基本波と波長変換されたもの（0.8μm、1.2-2.4μm）、エネルギーは0.2-1mJ／パルス、パルス幅は35-1000fs、繰り返しは100Hzである。生成したイオンは反射型の飛行時間型質量分析（TOF-MS）
計で観測した。
図１には2,3-ジメチル-1,3-ブタジエンの例を示した。1.4μmの赤外、130 fsパルスで励起した場合（図２のa)）
分子は壊れないでイオン化することができた。信号はほぼ１本のみである。
分子イオンと呼ぶ。分子イオンは分子の質量に等しいため、単これに対し、0.8μm励起では分子イオンが見えるが、分解さ一物質の検出の場合、最も重いイオンが分子イオンである。プれたイオンも多く見える。図２のc)にはこの分子のカチオンのロトン化イオンは当然分子の質量に１を加えた質量となる。

吸収スペクトルと本実験で用いたレーザー波長を示した。1.4フェムト秒レーザー応用では「分子イオンを生成できる」
といμmはカチオンの吸収から大きく離れていることがわかる。

う点で上記のMALDI法と似た点がある。表題の方法で環境汚染分子の分析に貢献できないか、と考えている。以下、レー

最も毒性の高いダイオキシンは4塩素置換体（2,3,7,8-テトラザー法の特長、フェムト秒レーザーを用いた場合の分子イオン

クロロジベンゾパラダイオキシン、TCDD）で、許容量は4pg/生成の特長と今後の展望を紹介する。なお、関連したダイオキkg/日である。高感度の検出法が期待されている。1.4μmパル

シン類の検出に関しては島田研究員らとの共同研究で進めらスを用いて3塩化ダイオキシンへの応用したことは、「レーザーれ、成果の一部は読売新聞（2005年8月11日、夕刊一面）、Theクロス」193号に示した通りである。

Daily Yomiuri(2005.8.22, p.18）にも取り上げられた。
ここで紹介している赤外フェムト秒パルス励起、イオン化法
2.1.レーザー法の特長

はこのままでは(例外はあるものの)異性体を区別できない。そ1）
レーザー法は高い感度：光子、イオンをチャンネルプレー

こで、同位体分離の場合と同様、第一のレーザーで異性体を励トに導入すれば、一個でも検出できる。従って、原理的に極限起、第2のレーザーとして赤外フェムト秒パルスを用いる方法的に高感度である。蛍光に変換する場合はレーザー誘起蛍光法に改良中であ(LIF)、イオン化し、イオンを検出する場合の代表例は共鳴多る。この方法

光子イオン化法(REMPI)である。2）異性体：分子特有の振動回で異性体の区転準位を励起すれば、異性体を区別して測定できる。3)原子ま別ができるよ

で分解：レーザーを集光照射すれば成分原子まで分解できる。

うになる。まレーザー誘起ブレイクダウン分析（LIBS）と呼ばれ、生成したた、赤外フェ原子の発光またはイオンを測定する。4）
リアルタイム計測が可

ムト秒パルス能。

励起法は表面

これらは主としてナノ秒レーザーにより達成された。これにに吸着した分代えてフェムト秒レーザーを用いる場合何が新しいのであろう子、蛋白質のか。第一に「分子イオンを、より生成しやすい」という点であような大型のる。この方法はFLMS（Femtosecond Laser Mass Spectrometry）と分子にも展開呼ばれている。第二としてLIBSではフェムト秒パルス励起ででき、将来性はプラズマからの発光が弱くなり、感度が上がる。

がある。

2.2.フェムト秒レーザーによる分子のイオン化
分子を壊さずにイオン化できれば、そのまま分析に利用できる。赤外のフェムト秒パルス励起では分子イオンを生成しやすい、しかし、時には激しく分解する。したがってここでは分子イオンを生成できる条件について述べ、ダイオキシンのイオン
Laser Cross No.211 2005,Oct.

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