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山川 考一
電気学会光・量子デバイス研究会資料OQD-04-46, p.27 - 35, 2004/11
30兆分の一秒(33フェムト秒)の間に、百万キロワットの発電設備85万基分の、850兆ワット(0.85ペタワット)の光を放つテーブル・トップレーザーが完成した。このようなレーザーは、瞬間的にエネルギーを微小領域に集中することができるため、超高強度,超高圧,超高密度等の極限状態の下で初めて発現する現象の研究が飛躍的に進展し、荷電粒子の加速からガン治療まで幅広い応用が期待される。本講演では、相対論的レーザー場の生成を可能にする高強度レーザー光の発生方法について紹介するとともに、このような強電磁場が原子にどのような影響を与えるかについて最近の実験結果をもとに議論する。また、このような高強度レーザーによって生成される高エネルギー粒子や光子の特性とこれらの線源を用いた応用研究の可能性について紹介する。
山川 考一
応用物理, 73(2), p.186 - 193, 2004/02
30兆分の1秒(33フェムト秒)の間に、百万キロワットの発電設備85万基分の、850兆ワット(0.85ペタワット)の光を放つテーブルトップレーザーが完成した。このようなレーザーは、瞬間的にエネルギーを微小領域に集中することができるため、超高強度,超高圧,超高密度等の極限状態の下で初めて発現する現象の研究が飛躍的に進展し、荷電粒子の加速からガン治療まで幅広い応用が期待される。本稿では、最近開発に成功したペタワットチタンサファイアレーザー装置を中心に、これらのレーザー開発において最も重要となる極短パルスレーザー光の発生とその増幅過程におけるレーザー制御技術及びこれらのレーザーを用いた応用研究の現状について紹介する。
Koga, J. K.; Zhidkov, A.*; 佐々木 明; 上坂 充*
Inertial Fusion Sciences and Applications 2003, p.237 - 241, 2004/00
ペタワット級レーザーを極めて小さいスポットに集光すると電子からの放射量が極めて大きくなり、その結果として、電子の運動が大きく減衰する可能性がある。レーザー-プラズマ相互作用での放射減衰領域において、レーザーエネルギーの相当な部分が極めて波長の短い電磁放射に変換されることが見いだされている。比較的強度の低い限界でも、放射減衰は重要な役割を果たす可能性がある。本研究では、プラズマと相互作用する強電磁場の時間発展を記述する方程式を解くコードを開発した。これらの方程式は放射減衰の効果を含み、有限差分により、1次元の一様な空間グリッド上で解かれる。低減衰と高減衰の領域におけるレーザーパルスとプラズマ電子のダイナミクスの差違を解析する。
青山 誠; 山川 考一; 赤羽 温; Ma, J.; 井上 典洋*; 上田 英樹; 桐山 博光
Optics Letters, 28(17), p.1594 - 1596, 2003/09
被引用回数：264 パーセンタイル：99.26(Optics)チャープパルス増幅法(CPA法)の進展により、近年、極短パルス・超高ピーク出力レーザーの性能は飛躍的に向上しており、10
W/cm
を超えるレーザー集光強度が達成されている。実験室サイズのレーザーシステムで、より高いピーク強度を達成するために、われわれはペタワット(PW)チタンサファイアレーザーシステムの開発を行っている。この達成のためには大口径チタンサファイア増幅器における寄生発振の抑制と理論限界での高効率増幅、そして30fsまでパルス幅を再圧縮する技術の開発が不可欠となる。本PWチタンサファイアレーザーシステムは、これまでに開発された100TWチタンサファイアレーザーシステムから得られるレーザー光を直径8cmのチタンサファイアブースター増幅器によりPWレベルまで増幅するよう構成されている。このような大口径増幅器で高効率増幅を達成するには、寄生発振の制御が不可欠となり、このためチタンサファイアと同等の高屈折率(n=1.7)を有する熱可塑性プラッスチックを結晶の周囲にクラッディングとして用いる技術を開発した。その結果増幅実験では、励起エネルギー65Jに対して37.4Jを達成した。ここで得られた増幅効率はグリーン光で励起されるチタンサファイア増幅器の理論限界に及ぶ。また、パルス圧縮後に30fsのパルス幅を得るため、溝本数が異なる回折格子をそれぞれパルス伸張器と圧縮器に用いて、レーザーシステムの高次分散補償を行った。実験で得られたレーザー光のパルス幅は32.9fsであり、これによりピーク出力0.85PWを達成した。このピーク出力,エネルギーはチタンサファイア結晶を用いたレーザーシステムでは世界最高性能である。本システムの詳細な報告を論文に発表する。
山川 考一; 青山 誠; 赤羽 温; Ma, J.; 井上 典洋*; 上田 英樹; 桐山 博光
レーザー研究, 30(12), p.747 - 748, 2002/12
われわれは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めている。本論文では新たに開発に成功したピーク出力550TW,パルス幅33fsのチタンサファイアレーザーシステムを中心に、Tキューブレーザー開発において最も重要となる極短パルス(パルス幅
10fs)レーザー光の増幅過程におけるレーザー制御技術及び大口径チタンサファイア増幅器における寄生発振制御,高効率増幅技術について述べる。
山川 考一
光学, 31(4), p.287 - 289, 2002/04
われわれは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めている。今回新たに開発に成功したピーク出力850TW,パルス幅33fsのチタンサファイアレーザーシステムを中心に、世界におけるTキューブレーザー開発の進展,現状について紹介する。また、さらなるピーク出力の向上による超ペタワット級レーザー開発研究の将来について述べる。
山川 考一; 赤羽 温; 青山 誠; 福田 祐仁; 井上 典洋*; Ma, J.; 上田 英樹
AIP Conference Proceedings 611, p.385 - 396, 2002/00
近年、小型で繰り返し動作が可能な極短パルス・超高強度レーザーが注目されている。これらのレーザーは出力エネルギーは小さいが、ピーク出力がテラワット級にも達する。テーブル・トップ(Table-top)サイズのレーザーでテラワット(Terawatt)級の出力が得られるため、これらのレーザーは一般にT
(Tキューブ)レーザーと総称される。われわれ原研光量子科学研究センターでは、高強度光科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高強度Tレーザーの開発を進めている。ここでは、既に開発に成功したピーク出力100TW,パルス幅19fs,繰り返し数10Hzのチタンサファイアレーザーシステムを中心に、本Tレーザー開発において最も重要となる極短パルス(パルス幅~10fs)レーザー光の発生とその増幅過程におけるレーザー制御技術及び位相,コントラスト,波面等のレーザー特性を計測する技術について紹介する。また、現在進めている高強度レーザーを用いた希ガス原子の光イオン化研究の現状とレーザーイオン加速を初めとするさまざまな応用研究について簡単に紹介するとともに、さらなるピーク出力の向上によるペタワット級レーザー開発研究の将来について述べる。
山川 考一; 青山 誠; 松岡 伸一; 赤羽 温; 加瀬 貞二*; 中野 文彦*; 匂坂 明人
JAERI-Research 2000-051, 43 Pages, 2001/01
JAERI-Research-2000-051.pdf:3.62MB
われわれは、100TW,20fsチタンサファイアレーザーシステムをペタワットパワーレベルにするための最近の発展的開発について述べる。また、このような極短パルス高ピークパワーレーザーのコントラストや時間的、空間的な位相等のパルス特性評価技術についても述べる。レーザー光の位相とパルス波形をSHG-FROGにより評価した。その結果、パルス幅20fsにおいて高次の位相分散を含んでいることが判明した。さらに、2次と4次の分散項をバランスさせることで、位相の最適化が可能であることがわかった。またパルスコントラストを高ダイナミックレンジ相互相関法により測定した結果、コントラスト比が1:10
であることが判明した。これは、増幅過程におけるASEの影響によると考えられる。
上島 豊; 千徳 靖彦*; 岸本 泰明
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.181 - 184, 2000/11
被引用回数：17 パーセンタイル：71.94(Instruments & Instrumentation)超高強度極短パルスレーザーの実現により、その極めて高い電磁場と固体密度物質との非線形相互作用過程から、高線量のイオンを発生することができる可能性がある。レーザー遮断密度以上のプラズマ(薄膜)における陽子やイオン加速について2D3V-PIC(Particle in Cell)シミュレーションで調べた結果、イオンの加速状態や効率し、レーザー強度だけでなく、レーザーのバルス形状や薄膜の形状や構成物質の違いにより大きく変化することがわかった。水素単層のターゲットに400TW級レーザーを照射した場合、イオンは、加速されるものの四方に飛び散り、加速イオンの数も少ないものであった。しかし、アルミニュウムの薄膜の裏面に水素をコーティングした凸型の二重層薄膜を照射すれば、水素はほぼ全量前方に加速され100MeV程度のエネルギーに達することを見いだした。
山川 考一; Barty, C. P. J.*
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 6(4), p.658 - 675, 2000/08
被引用回数：49 パーセンタイル：61.07(Engineering, Electrical & Electronic)ピーク出力100テラワット,パルス幅19フェムト秒,繰り返し10Hzで動作するチタンサファイアチャープパルスレーザーシステムの設計,性能,特性評価を中心にして、近年の10フェムト秒領域でのマルチテラワット光パルス発生の進展について紹介する。また、本システムのペタワットレベルへの出力増強の可能性と、このようなレーザーによって生成される超高強度場におけるいくつかの応用研究について議論する。
山川 考一
Technical Digest on CLEO/Pacific Rim '99, Vol.2, p.199 - 200, 1999/08
原研・関西研究所では、新しい光量子科学研究分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、小型で繰り返し動作が可能な極短パルス・超高ピーク出力レーザー(T
レーザー)の開発を進めてきた。本招待講演では、すでに開発に成功した世界最高のピーク出力100テラワット(テラワット=10
ワット)、パルス幅19フェムト秒(1フェムト秒=10
秒)、繰り返し数10Hzの超高出力・極短パルスチタンサファイアレーザーシステムを中心に、本Tレーザー開発において最も重要となる極短パルス(パルス幅~10fs)レーザー光の発生とその増幅過程におけるレーザー制御技術及び計測技術について紹介するとともに、このようなレーザーを用いた応用研究を紹介する。また、更なるピーク出力の向上と短パルス化によるペタワット級レーザー開発研究の現状についても言及する。
山川 考一
Proceedings of International Symposium on Environmental-Conscious Innovative Materials Processing with Advanced Energy Sources (ECOMAP-98), p.215 - 223, 1998/00
原研・関西研究所では、新しい光量子科学分野における様々な基礎・応用研究を目的に、小型で繰り返し動作が可能な極短パルス・超高ピーク出力レーザー(Tレーザー)の開発を進めてきた。本招待講演では、最近開発に成功した世界最高のピーク出力100テラワット(テラワット=10ワット)、パルス幅19フェムト秒(フェムト秒=10秒)、繰り返し数10Hzの超高出力・極短パルスチタンサファイアレーザーシステムを中心に、本Tレーザー開発において最も重要となる極短パルス(パルス幅~10fs)レーザー光の発生とその増幅過程におけるレーザー制御技術の現状について紹介すると共に、このようなレーザーを用いた応用研究を紹介する。また、更なるピーク出力の向上と短パルス化によるペタワット級レーザーの開発についても言及する。
