High-order harmonic generation in gas jet targets in the relativistic laser-plasma interaction regime

ガスジェットターゲットを用いた相対論的なレーザープラズマ相互作用による高次高調波発生

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 河内 哲哉; 匂坂 明人; Koga, J. K.; Coury, M.*; Green, J.*; Foster, P.*; Brenner, C.*; Dromey, B.*; Symes, D. R.*; 森 道昭; 川瀬 啓悟*; 福田 祐仁; 小倉 浩一; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 桐山 博光; 岡田 大; 西森 信行; 今園 孝志; 近藤 公伯; 木村 豊秋*; 田島 俊樹; 大道 博行; Rajeev, P.*; McKenna, P.*; Borghesi, M.*; Neely, D.*; 加藤 義章* ; Bulanov, S. V.

Pirozhkov, A. S.; Kando, Masaki; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; Kawachi, Tetsuya; Sagisaka, Akito; Koga, J. K.; Coury, M.*; Green, J.*; Foster, P.*; Brenner, C.*; Dromey, B.*; Symes, D. R.*; Mori, Michiaki; Kawase, Keigo*; Fukuda, Yuji; Ogura, Koichi; Hayashi, Yukio; Kotaki, Hideyuki; Kiriyama, Hiromitsu; Okada, Hajime; Nishimori, Nobuyuki; Imazono, Takashi; Kondo, Kiminori; Kimura, Toyoaki*; Tajima, Toshiki; Daido, Hiroyuki; Rajeev, P.*; McKenna, P.*; Borghesi, M.*; Neely, D.*; Kato, Yoshiaki*; Bulanov, S. V.

本研究では、ガスジェットターゲットを用いて相対論的なレーザープラズマ相互作用による高次高調波発生の実験的研究を行った。レーザー進行方向へ、奇数次だけでなく偶数次の強い高調波が発生することを、直線偏光だけではなく円偏光パルスを用いても観測することができた。また、その際の観測された高次高調波の基本波波長はダウンシフトしていることがわかった。9TWのレーザー光を用いた場合、高調波のスペクトルは「水の窓」に届き、120TWを用いた場合は120eVの高調波の発生エネルギーが高調波1成分あたり40uJ/srに達することがわかった。さらに、本観測結果を説明するために、相対論的プラズマ現象とカタストロフィー理論を考慮した新しい高次高調波発生メカニズムについて言及する。

We experimentally demonstrate a new regime of high-order harmonic generation by relativistic-irradiance lasers in gas jet targets. Bright harmonics with both the odd and even orders are generated in the forward direction by either linearly or circularly polarized pulses, while the base harmonic frequency is downshifted. With a 9 TW laser, the harmonics reach the "water window" spectral region. Using a 120 TW laser, we demonstrate the photon number scalability up to 40 uJ/sr per harmonic at 120 eV. We introduce a new harmonic generation mechanism based on the relativistic plasma phenomena and catastrophe theory.