JLITE-X multi-TW laser system and its applications

JLITE-X TWレーザーシステムとその応用

森 道昭; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 神門 正城; 林 由紀雄; 大東 出; 福見 敦*; 余語 覚文; 高井 満美子; 織茂 聡; Li, Z.*; 加道 雅孝; Bulanov, S. V.; 大道 博行

Mori, Michiaki; Ogura, Koichi; Sagisaka, Akito; Kando, Masaki; Hayashi, Yukio; Daito, Izuru; Fukumi, Atsushi*; Yogo, Akifumi; Takai, Mamiko; Orimo, Satoshi; Li, Z.*; Kado, Masataka; Bulanov, S. V.; Daido, Hiroyuki

準相対論的強度におけるレーザーと物質の相互作用を研究する目的でJLITE-Xチタンサファイアレーザー装置を開発した。レーザー開発後、準単色構造を持った荷電粒子の発生実験を行った。初めにわれわれは、ピーク出力1TW/パルス幅220fs/集光強度のレーザー光を、水素炭化物が100nm以下にコートされているチタン3m薄膜に照射し、それにより得られるMaxwell-Boltzmann分布のエネルギー構造を持った最大エネルギー700keVの陽子ビームを、RF加速器技術に基づいた位相回転器を用いてエネルギー構造の準単色化を行った。この結果、最大で600keV近辺にピークを持つ準単色構造の陽子ビームが得られることを明らかにした。さらに、ターゲットをヘリウムガスジェットに替えて、ピーク出力3TW/パルス幅70fs/集光強度のレーザー光を照射し、セルフインジェクション・自己変調型レーザー航跡場加速領域でエネルギー20MeV・発散角7.5mrad・電荷量0.8pCの電子ビームをプラズマから発生させ、初めて準相対論領域すなわちを下回る強度においてレーザー駆動準単色電子発生が可能であることを実験的に明らかにした。これらの結果は、数テラワットの小型レーザーシステムでも、プラズマ物理研究ばかりでなく、応用を前提とした高エネルギー荷電粒子源にも使えることを示している。

The multi-TW laser system "JLITE-X (JAEA Laser system for laser-matter InTeraction Experiment)" was developed for studying on the laser-matter interaction in sub-relativistic regime. Two quasi-monoenergetic charged particle production experiments were conducted after laser system development. The first, we successfully generated quasi-monoenergetic proton beam by using phase rotator which based on the radio-frequency accelerator technique. The quasi-monoenergetic component was observed near 600 keV with 1 TW / 220 fs laser operation mode. The second, we also successfully generated quasi-monoenergetic electron beam with energy of 20 MeV in self-modulated laser-wakefield regime with 3 TW / 70 fs operation mode. These results were indicated that the multi-TW laser is useful for not only plasma physics research but also high-energy particle source and its applications.