This paper presents the complete characterization of a kilo-electron-volt laser-based x-ray source. The main parameters of the electron motion (amplitude of oscillations and initial energy) in the laser wakefield have been investigated using three independent methods relying on spectral and spatial properties of this betatron x-ray source. First we will show studies on the spectral correlation between electrons and x-rays that is analyzed using a numerical code to calculate the expected photon spectra from the experimentally measured electron spectra. High-resolution x-ray spectrometers have been used to characterize the x-ray spectra within 0.8–3 keV and to show that the betatron oscillations lie within 1 µm. Then we observed Fresnel edge diffraction of the x-ray beam. The observed diffraction at the center energy of 4 keV agrees with the Gaussian incoherent source profile of full width half maximum <5 µm, meaning that the amplitude of the betatron oscillations is less than 2.5 µm. Finally, by measuring the far field spatial profile of the radiation, we have been able to characterize the electron's trajectories inside the plasma accelerator structure with a resolution better than 0.5 µm.
本論文は、キロ電子ボルト級のレーザー駆動X線源の完全な特性評価を提示する。レーザー航跡場内における電子運動の主要パラメータ（振動振幅と初期エネルギー）は、このベータトロンX線源のスペクトル特性および空間特性に依存する3つの独立した手法を用いて調査された。まず、実験的に測定された電子スペクトルから期待される光子スペクトルを計算するための数値コードを用いて解析された、電子とX線の間のスペクトル相関に関する研究を示す。高分解能X線分光器を用いて、0.8–3 keVの範囲のX線スペクトルを特性評価し、ベータトロン振動が1 µm以内にあることを示した。次に、X線ビームのフレネルエッジ回折を観測した。中心エネルギー4 keVにおける観測された回折は、半値全幅が5 µm未満のガウス型インコヒーレント光源プロファイルと一致し、ベータトロン振動の振幅が2.5 µm未満であることを意味する。最後に、放射の遠方場空間プロファイルを測定することにより、プラズマ加速器構造内の電子軌道を0.5 µmより優れた分解能で特性評価することができた。