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相対論的強度のレーザープラズマ相互作用による高次高調波の観測

Observation of high-order harmonics produced by relativistic laser-plasma interaction

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A.*; 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*; 亀島 敬*; 福田 祐仁; Chen, L. M.*; 大東 出; 小倉 浩一; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 桐山 博光; 岡田 大; 西森 信行; 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.

Kando, Masaki; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A.*; 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*; Kameshima, Takashi*; Fukuda, Yuji; Chen, L. M.*; Daito, Izuru; Ogura, Koichi; Hayashi, Yukio; Kotaki, Hideyuki; Kiriyama, Hiromitsu; Okada, Hajime; Nishimori, Nobuyuki; Kondo, Kiminori; Kimura, Toyoaki*; Tajima, Toshiki; Daido, Hiroyuki; Rajeev, P.*; McKenna, P.*; Borghesi, M.*; Neely, D.*; Kato, Yoshiaki; Bulanov, S. V.

相対論的強度のレーザー強度(10$$^{18}$$W/cm$$^2$$)にて、ヘリウムガス中に相互作用させる実験を行い、レーザー前方方向に変調のかかった紫外領域(80-300eV)のスペクトルを計測した。このスペクトルは、レーザーの周波数に近い基本波の高次の偶数次を含む高調波のようなスペクトルや、連続スペクトル,変調を含んだものなどの形状があった。高出力レーザー(50-170TW, 50fs)を用いた場合、これらのスペクトルはほぼ100%の再現性で観測された。また、レーザー光を直線偏光から円偏光に変えた場合にも同様のスペクトルを観測した。この放射機構は、相対論的強度で観測されたこと、偶数次と奇数次の高調波が観測されたこと、円偏光でも観測されたことなどから、通常のガスからの高次高調波やベータトロン放射,非線形トムソン散乱などの発生機構とは異なると考えられる。われわれは、高強度レーザーが作る密度カスプに着目した理論モデルを考案し、シミュレーションによって確かめた。

When we focus laser pulses to the relativistic intensities (10$$^{18}$$ W/cm$$^2$$) in helium plasma, modulated spectra in the ultraviolet region (80- 300 eV) are observed in the forward direction. Some spectra contain odd and even high harmonics of the nearly fundamental frequency of the laser, continuum frequencies, and modulated structures. When we use a higher peak power laser (50-170 TW, 50fs), these spectral features are reproduced almost 100% probability. Also these spectra are observed when the laser polarization is changed to circular. The mechanism observed in our experiment is different from usual high-harmonics from gas targets, betatron radiation of electrons in wakefield, or nonlinear Thomson scattering due to above experimental conditions and results. We propose a theoretical model that electron density cusps formed by intense laser pulses radiate coherently. The validity of the model is confirmed with computer simulations.

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