理化學研究所放射光科學研究中心光束線研究開發部光束線開發組的大坂泰斗研究員和矢橋牧名主任、高輝度光科學研究中心先端光源利用研究團隊的登野健介組長，以及大阪大學研究生院工學研究科的山内和人教授等人組成的聯合研究團隊，在X射線自由電子雷射（XFEL）設施「SACLA」中全球首次直接測量了XFEL的脈寬（發光時間寬度）。此次，聯合研究團隊透過「強度自相關測量」直接測量了小於10飛秒（100萬億分之1秒）的短X射線雷射的脈寬。
實驗中使用的X射線自相關器（供圖：理化學研究所）
強度自相關測量是測量可見光雷射脈寬的標準方法，針對X射線雷射從一開始就進入了基礎研究。大坂研究員介紹說：「尤其是重要的X射線自相關器的開發，雖然歷經曲折，最終實施了實用化，但由於強度不足，之前一直認爲無法作爲測量法使用。」
研究團隊爲提高透過X射線自相關器的X射線的強度，利用Self-seed法生成了波長寬度狹窄且明亮的XFEL。針對波長爲1.38Å的XFEL，實施了每平方釐米超過1016W的強度。這個強度足以用來觀測非線性光學現象之一的X射線雙光子吸收。
X射線強度自相關測量的概要和結果（供圖：理化學研究所）
另外，研究團隊在逐漸改變到達時差的同時，還向鋯薄膜照射透過X射線自相關器克隆的XFEL，測量了X射線雙光子吸收的發生機率，應答到兩個XFEL在時間上重疊的約20fs期間，X射線雙光子吸收的發生機率出現了增加。根據測量結果計算，XFEL的脈寬爲7.6±0.8fs（常態分布的半峯全寬），與過去的間接評價結果不矛盾。
大坂研究員對此表示：「對於可見光雷射，這種測量法的高級版已經可以進行完整的時間波形測量，對X射線雷射也有望取得同樣的進展。另外，還有望成爲開發出利用X射線自相關器的新型X射線非線性光學技術的起爆劑。」
【詞注】
■強度自相關測量：超短脈衝雷射的脈寬測量技術之一，是可見光雷射最常用的方法。透過逐漸錯開各個脈衝光之間的到達時間的同時，向靶媒介照射透過自相關器獲得的兩個重複脈衝光。使用輸出與激光強度乘積成正比的訊號的媒介，可以僅在各個脈衝光的時間重疊時獲得強訊號。與脈衝光之間的時差相對應的訊號強度波形會直接反映克隆雷射的時間波形，因此可以僅從測量結果中導出脈寬。
【論文資訊】
期刊：Physical Review Research
論文：Hard x-ray intensity autocorrelation using direct two-photon absorption
DOI：10.1103/PhysRevResearch.4.L012035
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
