理化学研究所放射光科学研究中心光束线研究开发部光束线开发组的大坂泰斗研究员和矢桥牧名主任、高亮度光科学研究中心先端光源利用研究团队的登野健介组长，以及大阪大学研究生院工学研究科的山内和人教授等人组成的联合研究团队，在X射线自由电子激光（XFEL）设施“SACLA”中全球首次直接测量了XFEL的脉冲宽度（发光时间宽度）。此次，联合研究团队通过“强度自相关测量”直接测量了小于10飞秒（100万亿分之1秒）的短X射线激光的脉冲宽度。
实验中使用的X射线自相关器（供图：理化学研究所）
强度自相关测量是测量可见光激光脉冲宽度的标准方法，针对X射线激光从一开始就进入了基础研究。大坂研究员介绍说：“尤其是重要的X射线自相关器的开发，虽然历经曲折，最终实现了实用化，但由于强度不足，之前一直认为无法作为测量法使用。”
研究团队为提高通过X射线自相关器的X射线的强度，利用Self-seed法生成了波长宽度狭窄且明亮的XFEL。针对波长为1.38Å的XFEL，实现了每平方厘米超过1016W的强度。这个强度足以用来观测非线性光学现象之一的X射线双光子吸收。
X射线强度自相关测量的概要和结果（供图：理化学研究所）
另外，研究团队在逐渐改变到达时间差的同时，还向锆薄膜照射通过X射线自相关器复制的XFEL，测量了X射线双光子吸收的发生概率，确认到两个XFEL在时间上重叠的约20fs期间，X射线双光子吸收的发生概率出现了增加。根据测量结果计算，XFEL的脉冲宽度为7.6±0.8fs（正态分布的半峰全宽），与过去的间接评价结果不矛盾。
大坂研究员对此表示：“对于可见光激光，这种测量法的高级版已经可以进行完整的时间波形测量，对X射线激光也有望取得同样的进展。另外，还有望成为开发出利用X射线自相关器的新型X射线非线性光学技术的起爆剂。”
【词注】
■强度自相关测量：超短脉冲激光的脉冲宽度测量技术之一，是可见光激光最常用的方法。通过逐渐错开各个脉冲光之间的到达时间的同时，向靶媒介照射通过自相关器获得的两个重复脉冲光。使用输出与激光强度乘积成正比的信号的媒介，可以仅在各个脉冲光的时间重叠时获得强信号。与脉冲光之间的时间差相对应的信号强度波形会直接反映复制激光的时间波形，因此可以仅从测量结果中导出脉冲宽度。
【论文信息】
期刊：Physical Review Research
论文：Hard x-ray intensity autocorrelation using direct two-photon absorption
DOI：10.1103/PhysRevResearch.4.L012035
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
