光の時間構造を使う
足立伸一

高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所放射光科学研究施設〒3050801 茨城県つくば市大穂 11
E-mail：shinichi.adachi＠kek.jp

田中義人

理化学研究所放射光科学総合研究センター石川 X 線干渉光学研究室〒6795148 兵庫県佐用郡佐用町光都 111E-mail：yotanaka＠riken.jp

1. はじめに機構について触れてみましょう。 SPring-8 を例にしますと，蓄積リング中の電子の運動エネルギーは 8 GeV です

放射光は約 50 ピコ秒の時間幅を持つパルス光です。しので，光速の 99.9999998 の速度で運動していることにかしほとんどの放射光ユーザーは，放射光をパルス光としなります。ご存じのように放射光とは，このように光速近てではなく，連続光として利用しています。せっかくパルくに加速された電子などの高速荷電粒子が磁場によって曲ス性を有しているのに利用しないなんてもったいないと思げられて加速度運動をするとき発生する電磁波です。第三いませんか

赤外から紫外領域では，フェムト秒パルス

世代放射光施設では，アンジュレーターなどが使われて，レーザーを用いた研究が花盛りです。放射光が得意とすより強い電磁波，すなわち放射光を発生させることができる，より高いエネルギー領域に関心を寄せているレーザーます。蓄積リング中の電子にとっては，放射光を発生させ研究者も多いことでしょう。実際に，ある種のパルスレーるとエネルギーを放出するわけですから，その放射光強度ザーを用いると，軟 X 線領域までであればフェムト秒パが強いほど，より自分自身の運動エネルギーを失い，そのルスを発生させることがすでにできていて，面白い研究成

ままだと失速し，最後には壁の内周にぶつかり消滅してし果が出始めています1)。

まいます。電子が回り続けるためには，放射光発生によっなぜ放射光が得意とする真空紫外から硬 X 線領域におて失ったエネルギーを高周波電場で補ってもらう必要があいて，パルス光利用研究がまだそれほど行われていないのります。そのために，蓄積リング中に高周波（ RF ）加速でしょうか。それは，このエネルギー領域で手近に使いや空洞が設けられています。この RF 加速空洞を特定の位相すいパルス光源がないからです。しかし，放射光の時間構（安定位相）で通過する電子は加速エネルギーと放出エネ

造を使いこなせば，サブナノ秒領域の放射光実験は難しいルギーがバランスして蓄積リング内を安定に回り続けるこものではありません。サブナノ秒だからと馬鹿にしてはいとができるのです。この安定位相の周りに形成される電子けません。レーザー研究の歴史が示すように，「ナノ秒なの集団のことを電子バンチと呼んでいます。この電子バンくして，ピコ秒フェムト秒なし」です。将来のフェムトチがリング内の磁場中を通過すると電子バンチの進行方向

秒 X 線実験に興味のあるあなたまずは放射光の時間構の広がりに対応した時間幅を持つ放射光パルスが発生する造を使った時間分解測定の世界に足を踏み入れて見ません

ことになります。放射光パルスの時間幅は蓄積リングの運か。

転条件にもよりますが，概ね半値全幅で50から100ピコ秒

今回の「光の時間構造を使う」では放射光がなぜパルス程度です。蓄積リングに存在できる電子バンチ数は， RF光になるのか，その原理から始めて，放射光とレーザーの加速空洞の高周波電圧の周波数と，電子のリング周回周波同期技術，放射光を望みの繰り返し周波数に間引く技術，数の整数比によって決まり，この整数比をハーモニックナ

放射光とレーザーのタイミングをモニターする技術についンバー（ nh ）と呼びます。例えば， SPring-8 蓄積リングてなるべくわかりやすく解説します。最後に放射光の時間（ 8 GeV ）と KEK の PF AR リング（ 6.5 GeV ）を比較す

構造を利用した応用研究を概観するとともに，将来光源へると，加速周波数はどちらも508.58 MHz ですが，蓄積リングの周長が 1436 m （ SPring-8 ）と 377 m （ PF AR ）との展望に触れたいと思います。

約 4 倍異なるので，リング周回周波数はそれぞれ209 kHz

2. 放射光の時間構造（原理)2)と 794 kHz であり，ハーモニックナンバーはそれぞれ，2436と640になります。このハーモニックナンバーは蓄積
放射光の時間構造は，荷電粒子の加速機構によって決まリング内で電子を安定に蓄積できる場所の数であり，そのっています。まず簡単に放射光施設における高速電子蓄積場所を RF バケットと呼びます。必ずしもすべての RF バ

放射光 March 2007 Vol.20 No.2 ● 117(C) 2007 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Researchケットに電子が均等に詰まっている必要はなく，蓄積リンます。 Table 1 に，主な放射光施設の時間構造に関するパグの運転モードよって様々なフィリングパターンが可能でラメータをまとめました。

す。したがって，電子バンチの間隔，すなわち放射光パルスの時間間隔も， 2 ns だけでなく， 2 ns の整数倍をとる

3. 放射光の時間構造を利用した測定法ことができるわけです。 Fig. 1 に時間構造と重要なパラメータを示します。Fig. 2 には，実際に SPring-8 で運転さ放射光の時間構造を利用した測定法として，大きく分けれた実績のあるフィリングパターンの中から数例を示しまて，放射光を励起（ポンプ）光として使う方法と，プローした。これらの図から，蓄積リングでは，パルス幅数十ブ光として使う方法があります。

ps のパルス列が，数 ns の整数倍の間隔をもって発生してまず，励起光として用いる場合についてですが，光電子いることがわかります。原理的に実現できるパルス列の繰放出の時間分解測定や，核共鳴散乱実験がその例です。測り返し周波数は， 209 kHz （1 つのバケットのみに電子が定対象とする現象の緩和時間より長い放射光パルス時間間入っている運転モードに対応）から 508.58 MHz （全ての隔が必要なので，それに合わせたフィリングパターン（前バケットに電子が入っているモードに対応）の範囲になり章）を選択します。検出系の時間は，放射光パルスの試料への照射タイミングを基準にして決められます。検出器には，アバランシェフォトダイオード（ APD ）やマイクロチャンネルプレート（MCP）などが用いられています。
一方，プローブ光として放射光を利用する場合について，時間分解能と対応する手法の関係を Fig. 3 に示します。まず，蓄積リングでの時間分解測定の場合，放射光の繰り返し周波数が高いため，数 ns より遅い時間の測定では，疑似連続光源とみなすことができ，検出器の時間分解

Fig. 1Time structure of synchrotron radiation.

能を活かした測定ができます。図中(C)で示した領域では，APD で 検 出 し た 信 号 を マ ル チ チ ャ ン ネ ル ス ケ ー ラ ー（MCS）で取り込む手法があり，この場合，時間分解能約

1 ns は，APD の立ち上がりで決まっています。CCD カメラなどの 2 次元検出器を利用する場合，露光時間で決まる時間分解能で測定することができます。より高速の領域（図中( B ））では，パルス性を利用したポンププローブ
Fig. 2Filling patterns of electron bunches in the storage ring (theexamples in SPring-8).

Table 1法，すなわち，刺激を与えた瞬間よりある時間をおいた

X 線散乱分布をパルス X 線で得る方法が有効で，その時Parameters for synchrotron radiation facilities

エネルギー(GeV)

リング周長(m )TRF(ns)Trev(ns)nh

バンチ長
Dt(ps)1

最大電流値/バンチ(mA)

SPring-8

8.0

1436

1.97

4787

2436

314PF
PF
AR

2.5

187

2.00

623

312

234
333

70

44

6.5

377

1.97

1257

640

6075

UVSOR

0.75

53.2

11.1

177

16362
4108

70

12ESRF

6.0

844

2.82

2797

992

1645

APS

1104

2.843682

1296

1661

ALS

7.0
1.9
1.0

573
665

197

2.00

6563282516BESSY II

1.72401.97795

400765816

2016

最大電荷量/バンチ(nC)1 バンチ長は様々な条件で測定または計算された値であり，必ずしも最大電流値/バンチでの測定値ではありません。あくまで，目安とお考えください。
2 SPring-8 年報2004年度 p. 19 (in FWHM )
3 http://pfwww.kek.jp/pfacr/part_a/pf05aac1.pdf (in rms)

4 http://www.uvsor.ims.ac.jp/17uvsor/parameters.pdf (in rms)
5 http://www.esrf.eu/Accelerators/Performance/ (in rms)
6 http://www.aps.anl.gov/Facility/Storage_Ring_Parameters/node5.html (in rms)

7 http://www.als.lbl.gov/als/techspecs/srparameters.html (in FWHM)
8 http://www.bessy.de/cms.php?idcatart＝502 (in rms)

118 ● 放射光 March 2007 Vol.20 No.2

特別企画 ■ 光の時間構造を使う

Fig. 3Time resolution and the corresponding measurement
methods.

間分解能は，刺激パルス，プローブ X 線パルスの時間幅，またはその制御時間精度で決まります。また，放射光
パルスの持続時間より十分高速の時間領域（≪ 40 ps 図Fig. 4Laser-SR synchronization system. Inset: Bunch phasechange by beam loading and radiation loss.

中(A ））では，放射光を連続光とみなせて，X 線ストリー
クカメラで散乱強度の超高速変化を調べることができます。

ザーが有名です。モード同期レーザーでは，そのレーザー

X 線ストリークカメラの時間分解能は，光電面におけるパルス出力の繰り返し周波数がレーザー共振器の長さで決二次電子の運動量分布で決まっており，ピコ秒程度です。

まっています。このレーザーの共振器長に対してフィード

このように放射光のもつ時間特性を利用して，対象とするバックをかけることによってレーザー光を RF 基準信号に現象の広い時間範囲の振る舞いから，超高速の振る舞いま同期させるという方法が取られています。たとえば SPr-で，眺めることができます。ただし，（B )ポンププロー

ing-8 で は ， 508.6 MHz の RF 信 号 を 6 分 周 し た 84.8

ブ法，および(A)ストリークカメラによる方法では，放射MHz の外部同期信号を使ってモード同期チタンサファイ光とレーザーパルスや検出器との時間同期が必要となりまアレーザーを発振させています。

す。

試料を励起するためにレーザーを用いる場合には，強いパワーがいること，また励起状態が緩和して元の状態に戻

4. 放射光との同期技術るまでの時間間隔が必要なことから，再生増幅器を用いて，繰り返し周波数 1 kHz 程度のレーザーをポンプ光と放射光と同期をとるための手法としては，蓄積リング内することが多くなっています。レーザー同期の繰り返し周の RF 加速空洞の電圧を駆動している元の RF 基準信号を波数を決めるときに，リングのハーモニック数を考慮すれ分岐して，実験ステーションまでケーブルなどで導き，そば，一つの電子バンチからの放射光パルスにレーザーを同の信号に測定機器，または，刺激を与えるためのパルス期させることができ，ピーク電圧降下の影響を避けることレーザー等を時間同期させる方法が一般的です。
まず，RF 基準信号と電子バンチの同期精度について説ができます。これにより放射光 X 線パルスとレーザーパルスが数 ps で同期していることが，可視光を同時測定で明します。 Fig. 4 の挿入図で示したように， RF 基準信号きるストリークカメラを利用して報告されています（第 6により制御されている RF 加速電圧（RF 加速空洞での印章参照）。

加電圧）と電子バンチの間の位相が大きくずれる要因が二点考えらます。一つは RF 加速電圧の負荷によるピーク電圧降下の影響（挿入図上）で，もう一つはアンジュレーター

5. 放射光を望みの繰り返し周波数に間引く技術の放射パワー変化による電子のエネルギー損失変化の影響（挿入図下）です。いずれも，電子が一定のエネルギーをポンププローブ測定を行うためには，放射光とレー維持できるように，RF 加速電圧における安定位相が変わザーパルス繰り返しの周期を一致させる必要があります。

ることが原因です。等間隔でないフィリングパターンで運ポンプ光であるレーザーパルスは前章に述べたように 1転されている場合（Fig. 2 の(c)のような場合）には，電子kHz またはそれ以下の繰り返しの周波数が用いられるこ

バンチが連続して RF 加速空洞を通過するところでピークとが多くなっています。それに対して，放射光パルスの繰電圧降下の影響が見られます。また，蓄積リング中に数多り 返し は，第 2 章 で示 したよ うに ，数百 kHz から数 百くのアンジュレーターがあり，その放射パワーが著しく変MHz と非常に高い周波数で発生します。そこで，X 線の化した場合も，最大で 100 ps 程度の時間のずれが観測さ繰り返し周波数を低くするために回転式シャッターで Xれています。より厳密に時間同期させるために，バンチ位線を間引く方法と，検出器側で取得信号に電気的なゲート相を観測し，測定系にフィードバックをかけるような方法をかけて，レーザー照射の繰り返しと同じ周波数に間引くの検討開発が進められています。

方法が用いられています。

次に，放射光パルスにピコ秒，フェムト秒のパルスを発イメージングプレートや X 線 CCD 検出器のような蓄積生するレー ザーを同期 させる方法 について説 明します型検出器を測定に用いる場合には，検出器側で時間分解能（ Fig. 4 ）。超短パルスレーザーとしては，モード同期レーを設定することができません。そのため検出器には単純に放射光 March 2007 Vol.20 No.2 ● 119イメージを蓄積させて， X 線パルスを 1 kHz 以下まで間タは，1.06ミリ秒毎に開位置にやってきて1.64マイクロ秒引いてレーザーパルスと X 線パルスを一対一で試料に入だけ窓を開け，X 線パルス列のうち840個に 1 個だけ開口射します。 X 線を 1 kHz オーダーに間引くためには，回部を通過させます。X 線パルスの間隔は1.26マイクロ秒で転ブレードに溝を切って高速回転させる方式のメカニカルすので， X 線パルスセレクタの回転位相をうまく制御すチョッパーを使用しますが，1 個の電子バンチから放射されば，定常的に946 Hz の繰り返しで X 線パルスが得られれる X 線を安定に切り出すためには， X 線パルス間の間ます。ちなみに回転位相のふらつきは 2 ナノ秒以下です

隔が広く開いている方が望ましいのは言うまでもありませので， X 線パルスセレクタが X 線パルスを 1 個切り出しん。したがって，ポンププローブ実験用の蓄積リングのた り 2 個 切り 出 し たり と いっ た こと は 通常 起 こ りま せ

フィリングパターンとしては，単バンチモードや少数バンん。このようにして間引いたパルス X 線と，第 4 章で述チモードが必要となります。例えば，ドイツのユーリッヒ

べた方法で同期させたパルスレーザーを用いることにより研究所で開発された RF 信号同期型のメカニカルチョッポンププローブ測定が可能になるわけです。ちなみに，

パーは X 線パルスセレクタという名前の通り，約 1 kHz

約 1 kHz の繰り返し周波数をさらに下げたい場合には，の繰り返しで X 線パルスを選択的に取り出すことを可能

もう一段遅い回転シャッターを入れるか，または 1 ミリにする装置です。 Fig. 4 に示す三角形のディスクがほぼ 1秒で開閉する X 線シャッターを使用することで実現できkHz で高速回転しており，その一辺に掘られた開口部をます。

通過できるタイミングで飛んできたX 線パルスだけを試料に当てることができます3)。

一方，検出器側で取得信号に電気的なゲートをかけることができる場合には， X 線を間引くことなくポンププ

この X 線パルスセレクタを KEK  PF AR の単バンチ

ローブ実験が可能です。検出器としては，アバランシェフモードで使用した場合のタイミングについて考えてみましォトダイオード（ APD ）やシンチレーションカウンタ等ょう。タイミングチャートを Fig. 5 に示します。 PF ARがこのような実験によく用いられます。検出器の取得信号の単バンチモードでは，リング周回周波数794 kHz（1.26とレーザーの同期信号をボックスカー積分器に通し，レーマイクロ秒間隔）で X 線パルスが出射します。一方，946ザーに同期した検出器信号にゲートをかけることにより，Hz （＝ 794 kHz / 840 ）で回転している X 線パルスセレク

検出器から時間選択的に測定データを取り込むことができます。

6. 放 射 光 と レ ー ザ ー の タ イ ミ ン グ を モ ニターする技術
放射光とレーザーのパルスのタイミングをモニターする
ときの，代表的な方法を紹介します。基本は高速検出器を用いることです。まずは，APD や PIN フォトダイオードを使う方法が簡便で実用的です。ギガヘルツの周波数帯域をもつオシロスコープを使って，これらのフォトディテクターからのパルス信号の立ち上がりの部分が揃うように，タイミングを調整すると，検出器上で数百ピコ秒の精度で一致させることができます。その際， X 線とレーザーにFig. 5

Repetition rate control with a x-ray pulse selector. (Timingchart for the single-bunch mode operation at KEKPFAR.)

Fig. 6120 ● 放射光 March 2007 Vol.20 No.2

対する強度比が同程度になるように，フィルター類を用いて調整することが大切です。大まかな光軸合わせも同時に

Principle of streak camera.

特別企画 ■ 光の時間構造を使うできることになります。
ピコ秒の精度で照射タイミングをモニターするためには，より速い検出器である X 線ストリークカメラを使う

7. 単位時間パルス当りのフォトン数の見積方法があります。簡単にストリークカメラの原理を Fig. 6に示します。ただ，ピコ秒の精度になりますと，ストリー放射光の時間構造をいかした時間分解測定では，多くのクカメラへの電気信号トリガーの時間ドリフトも無視でき場合，入射パルスの繰り返し周波数を下げるために入射パなくなります。そこで，ストリークカメラの同一光電面上ルスを間引きますので，必然的に入射光のフォトン数不足に放射光，レーザー光の両方を照射することにより，電気が問題となります。時間分解測定で利用可能な放射光のフ信号のジッターやドリフトに関係なく二つのパルス光の時ォトン数を見積もってみましょう。単一電子バンチから発間間隔を数ピコ秒の精度で測定することができます4)。た生する放射光のフォトン数は，電子バンチあたりの電子だし，光電面は X 線にもレーザー光にも感度をもつ必要数，光源の種類，フォトンのエネルギーなどに依存しまがありますので，レーザーの波長や，光電面の種類を選択す。たとえば，PF AR のビームライン NW14のアンジュする必要があります。この方法以外にも，レーザースイッ

レーター U20 を用いると，Si(111)結晶で分光した場合にチ（ストリークトリガーを，レーザー光でスイッチする）は106 photons/pulse 程度，多層膜で分光した場合には108にて，ジッターを抑えた方法が用いられた例もあります5)。

photons/pulse 程度，分光せず白色のまま使用する場合にここで， X 線ストリークカメラを用いて，レーザーとは 109 photons / pulse 程度のフォトン数が得られます。こ放射光 X 線パルスのタイミングをモニターした例を紹介の単一電子バンチあたりのフォトン数と入射 X 線パルスしましょう4)。 Fig. 7 は，実際に X 線ストリークカメラにの繰り返し周波数の積で，単位時間当たりに試料に入射すピコ秒レーザーパルス（波長は， 266 nm ）と放射光パルるフォトン数が決まり，測定で得られる信号強度を見積もス（波長は，0.078 nm（16 keV ））を同時に光電面に照射ることができます。たとえば，典型的な時間分解 X 線実して測定した結果です。（a )の状態から，レーザーのタイ験について，単位時間当たりに試料に入射するフォトン数ミングを調整して，（ f )でピッタリ一致させた様子がわかの見積を Table 2 にまとめてみました。時間分解実験を行ります。

うのに必要なフォトン数は試料と測定手法に依存します
が，比較的高い S / B 比が得られる回折実験の場合には，109 photons / sec 程度のフォトン数が確保できれば，計測可能と判断できます。このフォトン数は PF の偏向電磁石ビームラインで得られる単色 X 線のフォトン数の 1 桁落ち程度に相当します。一方， S / B 比が低い散漫散乱や溶液散乱などの場合には，長時間積算を行うか，より多くの入射フォトン数を確保する必要があります。

Table 2 に示すとおり，入射フォトン数さえ十分に確保できれば，放射光の時間構造を生かした時間分解測定は多Fig. 7

Timing monitor of SR x-ray and laser pulses using an x-raystreak camera4).

Table 2くの放射光実験に適用可能です。

Estimation of photon ‰ux at various time-resolved measurements

試料

測定対象

フォトンエネルギー

エネルギー
バンド幅

繰り返し周波数

photons/pulse

photons/sec

タンパク質結晶ラウエ回折～12 keV～10

1 Hz

109109無機結晶(非可逆過程)

ラウエ回折～15 keV～10

single shot109―

有機無機結晶

Bragg 回折
散漫散乱

1015 keV～0.1

1 kHz

106

109

遷移金属酸化物超格子反射10
15 keV～0.1

1 kHz

106

109

遷移金属錯体溶液

XAFS

5
9 keV～0.1

1 kHz

106

109

遷移金属酸化物

XAFS

5
9 keV～0.1

1 kHz

106

109

無機化合物溶液

溶液散乱15
18 keV～1

1 kHz

1081011

放射光 March 2007 Vol.20 No.2 ● 121Fig. 8Time-resolved rocking curve measurement6).
Fig. 9Lattice deformation produced by a laser pulse, and its
propagation as an acoustic pulse in a single crystal ofsemiconductor7).

Fig. 10

Acoustic pulse echoes probed with MCS (a) and pumpprobe method (b)7).

8. 応用例
8.1

時間分解回折法による結晶構造のダイナミクス

Table 2 に示したとおり， 1 kHz 程度の繰り返しで測定可能な 1 ミリ秒以下で可逆的に元にもどる試料の場合には，単色 X 線を用いた X 線回折実験が可能です。たとえば，1 kHz の短パルスレーザー照射によって単結晶試料中で可逆的に非平衡状態が誘起される場合を想定してみましょう。レーザーパルスと X 線パルスのタイミングを固定した状態で，計数型検出器と 4 軸回折計を使った回折強度測定を行えば，ある遅延時間での回折強度プロファイルのスナップショットを得ることができます。遅延時間を系統的に変化させることより，回折強度プロファイルやロッキングカーブの時間発展を測定し，結晶構造のダイナミク晶の基板表面に時間幅130 fs のパルスレーザーを照射したスを精密に追跡することができます（Fig. 8）。一方，タンときの結果です。Du はもとのブラッグ角からのずれで，パク質結晶や非可逆過程の単発現象のように，繰り返し周負の方向が格子の膨張に対応します。レーザー励起により波数を高くできない測定試料の場合には，試料に入射する膨張し，このインパルス的な刺激により音響パルスが発生

フォトン数を稼ぐために入射 X 線を白色のまま利用しましている様子がわかります。同時に熱的膨張も起こり，そす。この場合，検出器としては CCD やイメージングプれが緩和しているのがわかります。ポンププローブ法にレートのような 2 次元積分型検出器を用います。

より，初段の膨張と，一つめのエコーをサブ 100 ps の時間分解能でとらえた結果が， Fig. 10 ( b1 ) , ( b2 )です。この8.2

時間分解三結晶回折法を用いた結晶格子ダイナミ
クスの研究7)放射光の時間構造をいかした時間分解測定例として，半測定をそれぞれのエコーパルスについて行うことにより，音響パルスがその波形の変化を伴いながら結晶中を伝播している様子がわかっています。

導体単結晶における音響パルスエコーをピコ秒時間分解三結晶回折法でとらえた実験を紹介します。
パルス幅約100 フェムト秒の短パルスレーザーを半導体

8.3

時間分解 XAFSXAFS 実験においても 1 kHz 程度の繰り返し励起が可単結晶基板の表面に照射すると，表面近くの格子がその瞬能な測定系では，単色 X 線を利用することができます。

間膨張あるいは圧縮します。その歪みは音速で伝搬し，基レーザーパルスと X 線パルスのタイミングを固定したポ板の裏面で反射後，再び表面まで戻ってきます（Fig. 9）。

ンププローブモードで，通常の XAFS 測定と同様にエその繰り返し（エコー）を，ブラッグ反射角の変化でみる

ネルギースキャンを行うことにより，スナップショットのことができます。三結晶回折法では，分光器で単色化されXAFS スペクトルを得ることができます8)。

た X 線に対する試料のブラッグ角（u）を特定するために，一方，単色 X 線をエネルギースキャンするポンププ

回折 X 線の角度（ 2u ）決定用のアナライザ結晶をおきまローブ法ではなく，必要なエネルギー範囲のスペクトルをす。これにより，試料のずれ歪み（回転）等と区別して，一度に測定する方法として，エネルギー分散型 XAFS 法格子の膨張圧縮を調べることができます。

があります9)。この方法は，白色 X 線を湾曲結晶で分光しまず，レーザーパルスを放射光パルスに時間同期させずてエネルギー分散した X 線に変換し，試料の透過 X 線スに ， APD の 出 力 を MCS に 取 り 込 み ， ブ ラ ッ グ ピ ー ク

ペクトルから XAFS スペクトルを得る方法です。この測（角）の時間変化を概観します。 Fig. 10 ( a )は， GaAs 単結定では，エネルギー分散した X 線をスペクトルに変換す

122 ● 放射光 March 2007 Vol.20 No.2

特別企画 ■ 光の時間構造を使うるために 1 次元リニア検出器を用いますが，検出器に対多くの放射光利用研究者にはまだ馴染みの薄い放射光のしてゲートをかけることができますので，検出器のゲート時間構造を利用した実験法の技術的側面を中心に解説して時間により時間分解能を設定することができます。高速きました。まだ歴史の非常に浅い実験手法ですので，ここゲート型の 1 次元リニア検出器では500ナノ秒のゲートがで解説した内容は，次世代光源に向けて，どんどん新規な可能ですので10)，1 個の放射光パルスから 1 つのスペクト手法に置き換わって行くに違いありません。ご興味をお持ルを測定することも原理的には可能となっています。

ちの読者の方は，常に最新の報告を参照されることをお勧めいたします。

9. おわりにお願い
これまで述べてきたように，放射光の時間分解能は，特別な方法によらない限りサブナノ秒が限界です。この時間

本シリーズでは，初心者ユーザーが陥りやすい誤りや分解能では，フェムト秒レーザー分光で行われているようビームライン担当者の貴重な経験談を募集しております。

な，コヒーレントな分子振動励起やフォノン励起のダイナ最終回で紹介したいと考えております。また，本シリーズミクスを観測することは困難です。フェムト秒 X 線によに関してご意見ご要望がございましたら編集担当（SPr-るそのような測定は X 線自由電子レーザー，エネルギー

ing-8 JASRI 大橋治彦/ hohashi ＠ spring8.or.jp ， KEK PF

回収型ライナックなど線形加速器をベースとする次世代光平野馨一/ keiichi.hirano ＠ kek.jp ）までどうぞお便りくだ源において実現可能となるでしょう。さらに X 線の時間さい。

コヒーレンスをあらわに利用することがもし可能になった

参考文献とすれば，そこにはアト秒ピコメータオーダーの計測と物質制御という，まだ想像もつかないような世界が広がっ

1)ています。一方で，次世代光源でフェムト秒 X 線を用いた時間分解利用研究の「花」を咲かせるためには，十分な「土作り」と「種まき」が必要であることはいうまでもありません。次世代光源が完成するまでの間に，測定技術
試料測定条件などについて数多くの試行錯誤を経験することが必要でしょう。線形加速器ベースの光源は，蓄積リング光源よりシビアなビーム位置タイミング制御が必要となります。特に時間ジッターについてはそれ自身を100fs 以下に軽減して超高精度を目指す方法の他に，ショッ
トごとのタイミングを高精度で計測記録しながらデータ

2)
3)
4)
5)
6)
7)収集し，データ取得完了後に相関をとるという「 post-processing」法も検討され始めています。当面，このよう8)なビーム計測技術開発が将来光源に向けての課題となるでしょう。またフェムト秒 X 線測定に適した試料の探索を始めることも非常に重要でしょう。そのためには，まずは既存の放射光光源を使った「足慣らし」からスタートしてみてはいかがでしょう。サブナノ秒からミリ秒に至る時間領域にも，面白い物理化学生物現象はまだまだたくさ

9)
10)

E. Takahashi, Y. Nabelawa and K. Midorikawa: Appl. Phys.
Lett. 84, 4 (2004); E. Seres, J. Seres and C. Spielmann:
Appl. Phys. Lett. 89, 181919 (2006).
加藤政博放射光 16, 41 ( 2003 )伊澤正陽放射光 17,23 (2004).
B. Lindenau, J. Rabiger, S. Polachowski and J. Fremerey:
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放射光 March 2007 Vol.20 No.2 ● 123