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論文

Laser interaction with neutrons

田島 俊樹; 曽山 和彦; Koga, J. K.; 宅間 宏

Journal of the Physical Society of Japan, 69(12), p.3840 - 3846, 2000/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.9(Physics, Multidisciplinary)

中性子をレーザーと作用させる方法について提起する。レーザー波を適当に組み合わせることにより、非共鳴的に中性子の磁気核モーメントと結合させ、中性子との相互作用を起こさせることができることを指摘する。中性子は電気的に中性なので、レーザー光との結合は極めて弱いが、適度のレーザー光強度と光のうまい組み合わせなどを活用すれば、中性子の干渉を使うことにより、相互作用の様子を原理的に観測できることが示せる。これに必要な理論形式の構築、実験的原理(例えばレーザーキャビティーやレーザー・ビート波)の配位についても考察を展開する。現実に近い範囲でどのような実験パラメータが必要かについて提案する。こうした極底エネルギー光子-中性子相互作用域での観測可能性は、今後新たな研究局面を開くことになるかも知れない。

論文

Observation of X-ray spectra from nitrogen clusters irradiated with high-intensity ultrashort laser pulses

匂坂 明人; 本田 博史*; 近藤 公伯*; 鈴木 肇*; 永島 圭介; 長島 章; 河内 哲哉; 加藤 義章; 宅間 宏

Applied Physics B, 70(4), p.549 - 554, 2000/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:60.17(Optics)

超短パルスレーザーを用いたX線領域の光源開発において、クラスターをターゲットに用いた研究が行われている。今回、レーザー電場中でのクラスター効果に注目し、研究を行った。チタンサファイアレーザー($$sim$$1TW)を、窒素クラスターに照射し、発生したX線を結晶分光器で測定した。その結果、クラスター効果による完全電離イオン(N$$^{7+}$$)の生成が観測された。

論文

Simulation of transient collisional X-ray lasers using 2D parallelized CIP hydrodynamics code

佐々木 明; 内海 隆行*; 田島 俊樹*; 宅間 宏*

Computational Fluid Dynamics Journal, 8(1), p.142 - 148, 1999/04

X線レーザーの短波長、高効率化のためには、高温・高密度の媒質プラズマの最適化が必要である。われわれは1次元流体シミュレーションと簡易原子過程コードとを組合せ、利得媒質となるNi様イオンを効率的に生成するために薄膜ターゲットを短パルスレーザーで照射する過渡的励起法が有効なことを明らかにした。しかし、プラズマ中に発生するX線利得の空間分布の時間発展を求め、X線レーザーの出力、パターン、コヒーレントを求めるには原子過程を含む2次元流体シミュレーションが不可欠となる。そこで、われわれはCIP法を用い、高温プラズマ中の非線形熱伝導を含む2次元プラズマ流体コードをIntel Paragon上でMPIライブラリを用いて並列化し、784PEを用い490倍の加速率を得た。さらに薄膜ターゲットから生成するプラズマの2次元的膨張の解析に応用した。

論文

Collisional effects on population inversion in optical-field-ionized plasmas

匂坂 明人*; 永島 圭介; 山極 満; 的場 徹; 宅間 宏*

Journal of the Physical Society of Japan, 68(4), p.1221 - 1227, 1999/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:73.2(Physics, Multidisciplinary)

高強度極短パルスレーザーを用いた光電界電離(OFI)による再結合型X線レーザーの場合、生成される電子のエネルギー分布は非マクスウェル分布となる。そのため、加熱機構を含む分布関数の時間変化を計算し、X線レーザーの反転分布生成に与える影響を定量的に評価する必要がある。本研究では、水素様ヘリウムに注目し利得の計算を行った。電子の分布関数については、電子-電子衝突による緩和過程を取り入れフォッカー・プランク方程式により計算した。この結果、緩和過程の影響が大きく、非マクスウェル性が抑制されてしまうことがわかった。しかしながら、入力レーザーのパルス幅を短くしていくことで(~10fs)最大12cm$$^{-1}$$の利得を得られることが示され、X線レーザーの発振の可能性が期待される。

論文

薄膜ターゲットを用いる電子衝突励起X線レーザーの媒質プラズマの価数分布計算

佐々木 明; 内海 隆行*; 森林 健悟*; 田島 俊樹*; 宅間 宏*

レーザー研究, 27(3), p.185 - 189, 1999/03

薄膜ターゲットを短パルスレーザーで励起することによって、電子衝突励起X線レーザーの高効率動作を得る条件を検討した。しゃへい水素モデルに基づく原子過程モデルを、Ar様からPd様イオンまでのレベル構造を再現するように改良し、プラズマの温度、密度の時間変化に対する価数の変化を計算するコードを開発した。ダブルパルスの超短パルスレーザーによる励起方法に注目し計算を行ったところ、第1の短パルスレーザーで薄膜ターゲットをプラズマ化すると、ターゲット内部への熱伝導などの損失が少なく、効率よくNi様イオンを生成できることがわかった。このプラズマを第2の短パルスレーザーで照射することにより、過渡的に高利得を発生できると期待される。

論文

Ultrashort electron beam generation from resonantly excited nonlinear laser wakefield

永島 圭介; 岸本 泰明; 宅間 宏*

Physical Review E, 59(1), p.1263 - 1266, 1999/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:49.83(Physics, Fluids & Plasmas)

相対論的強度の短パルスレーザーを用いて共鳴励起非線形レーザー航跡場から極短パルスの電子ビームを生成する方法を提案した。薄いプラズマ領域から引き出される電子ビームの量は10c/m$$^{2}$$程度まで得られることがわかった。レーザー強度が高く、電磁場中での電子の振動エネルギーが静止質量の数十倍程度まで大きい場合には、プラズマ中で生成された航跡場は短時間で崩壊してしまい、時間的に密集した一塊の電子ビームが生成されることを見出した。この電子ビームのパルス幅はレーザーの波長より短く、およそ1fs程度となり、また、そのエネルギーは最高で数10MeVまで広がっていることを明らかにした。これらの研究は、2次元の粒子コードを用いたものである。また、こうした極短パルス電子ビームを利用して短パルスのX線発生が可能となる。

論文

Modeling of electron collisional excited X-ray lasers using short pulse laser pumping

佐々木 明; 内海 隆行*; 森林 健悟*; 加道 雅孝; 長谷川 登; 田島 俊樹*; 宅間 宏*

Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.387 - 390, 1999/00

短パルスレーザー励起により、電子衝突励起X線レーザーの短波長・高効率動作を得る条件を検討した。ダブルパルスの短パルスレーザーを用い、第1パルスで固体ターゲットをプラズマ化し、第2パルスでこれを加熱、励起する手法について、一次元流体シミュレーションコードと原子過程コードを用いて検討したところ、薄膜ターゲットを用いるとターゲット内部への熱伝導などの損失が少なく、効率よくNi様イオンを生成できることがわかった。次にX線利得を定量的に計算するために詳細な原子構造、原子素過程を含む原子モデルを、HULLAC原子データコードを用いて開発した。これらのコードを用い、Mo,Ag,Xe等でレーザー発振を得るための実験条件について検討した。

論文

Relaxation of electron energy distributions and population inversion in optical-field-ionized plasmas

匂坂 明人*; 永島 圭介; 山極 満; 的場 徹; 宅間 宏*

Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.289 - 292, 1999/00

高出力の極短パルスレーザーを用いたX線レーザーの発振方式として光電界電離(OFI)方式がある。特に再結合型の場合、基底状態への遷移が可能なため、短波長化に有利である。このときの電子エネルギー分布は、非マクスウェル分布となっており、X線レーザーの反転分布に大きく寄与する。本研究では、OFIプラズマ中での電子エネルギー分布に注目し、分布関数の緩和過程と反転分布密度の関係を計算により評価した。水素様ヘリウムの場合において計算したところ、初期の電子分布は逆制動放射による等分化の影響を受けるが、非マクスウェル性は残っている。その後の電子-電子衝突による緩和過程をフォッカープランク方程式を用いて計算したところ、速い時間での緩和が確認された。このことからOFIによるX線レーザーの反転分布において、緩和過程が重要であると結論される。

論文

Design and performance of a 100TW, sub-20fs Ti:sapphire laser system

山川 考一; 松岡 伸一*; 青山 誠*; 加瀬 貞二*; 赤羽 温; 宅間 宏*; C.P.J.Barty*

Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.645 - 648, 1999/00

われわれは、高ピーク出力・極短パルスチタンサファイアレーザーの開発を進めてきた。システムはパルス幅10fsの光パルスを発生する全固体自己モード同期チタンサファイア発振器、本発振器からの光パルスのパルス幅を拡張するパルス拡張器、3台のチタンサファイア増幅器及びパルス圧縮器より構成されている。発振器からの光パルスは、シリンドリカルミラーを用いたパルス拡張器によって約170,000倍の1.7 にまで拡張される。パルス幅の拡張されたチャープパルスは再生増幅器により~10mJに増幅され、その後、再生増幅器からの出力光は4パス前置増幅器に注入される。本増幅器ではNd:YAGレーザーの励起入力700mJに対し、出力エネルギー340mJが得られる。その後、前置増幅器からの出力光は4パス主増幅器において増幅され、励起エネルギー6.4Jに対し、3.3Jの出力エネルギーが得られている。そしてこの増幅光は真空中に配置された回折格子対によりなるパルス圧縮器でパルス圧縮され、その結果、パルス幅18.7fs、出力エネルギー1.9J、ピーク出力102TWのレーザー光を10Hzの繰り返し数で発生することに成功した。

論文

Stochastic cooling of atoms using lasers

Raizen, M. G.*; Koga, J. K.; Sundaram, B.*; 岸本 泰明; 宅間 宏; 田島 俊樹*

Physical Review A, 58(6), p.4757 - 4760, 1998/12

 被引用回数:52 パーセンタイル:10.16(Optics)

レーザーによる原子のストカスティック冷却方法を提案する。ポンプ・プローブレーザー配置によって原子の運動量分布の揺動を計測する。光双極子ポテンシャルを用いて補正キックを行う。反復冷却過程は測定とフィードバックの間に位相空間の再混合が必要である。この方法の適用の可能性を報告する。

論文

Propagation of a relativistic ultrashort laser pulse in a near-critical-density plasma layer

永島 圭介; 岸本 泰明; 宅間 宏*

Physical Review E, 58(4), p.4937 - 4940, 1998/10

 被引用回数:15 パーセンタイル:42.23(Physics, Fluids & Plasmas)

臨界密度近傍の薄いプラズマ層における相対論的な極短パルスレーザーの伝播を2次元の粒子コードを用いて調べた。高密度プラズマ領域におけるレーザー伝播は、X線レーザー、レーザー加速等の応用上極めて重要な研究課題である。高強度のレーザーでは、相対論的効果により臨界密度が増加するが、レーザー場の強いポンデロモーティブ力によってレーザーパルスの前面に高い電子密度領域が生成され、この結果、レーザーパルスは高密度の領域へ侵入することができなくなることが分かった。また、こうした薄いプラズマ層は入射したレーザーのパルス幅を減少させる非線形媒質として有効であることを明らかにした。

論文

100-TW,sub-20-fs Ti:sapphire laser system operating at a 10-Hz repetition rate

山川 考一; 青山 誠*; 松岡 伸一*; 加瀬 貞二*; 赤羽 温; 宅間 宏*

Optics Letters, 23(18), p.1468 - 1470, 1998/09

 被引用回数:196 パーセンタイル:1.14(Optics)

我々は、高ピーク出力・極短パルスチタンサファイアレーザーの開発を進めてきた。システムはパルス幅10fsの光パルスを発生する全固体化自己モード同期チタンサファイア発振器、本発振器からの光パルスのパルス幅を拡張するパルス拡張器、3台のチタンサファイア増幅器及びパルス圧縮器より構成されている。発振器からの光パルスは、シリンドリカルミラーを用いたパルス拡張器によって約170,000倍の1.7nsにまで拡張される。パルス幅の拡張されたチャープパルスは再生増幅器により~10mJに増幅され、その後、再生増幅器からの出力光は4パス前置増幅器に注入される。本増幅器ではNd:YAGレーザーの励起入力700mJに対し、出力エネルギー340mJが得られる。その後、前置増幅器からの出力光は4パス主増幅器において増幅され、励起エネルギー6.4Jに対し、3.3Jの出力エネルギーが得られている。そしてこの増幅光は真空中に配置された回折格子対よりなるパルス圧縮器でパルス圧縮され、その結果、パルス幅18.7fs、出力エネルギー1.9J、ピーク出力102TWのレーザー光を10Hzの繰り返し数で発生させることに成功した。

論文

High energy flashlamp pumped Ti-sapphire laser for Yb:glass chirped pulse amplification

西村 昭彦; 大図 章; 杉山 僚; 丸山 庸一郎; 有澤 孝; 宅間 宏; Nees, J.*; Biswal, S.*; Mourou, G.*; 大和田 進*; et al.

Technical Digest on CLEO'98, P. 177, 1998/05

レーザー上準位からの励起がなく量子効率が高い次世代超高出レーザー材料としてイッテルビウムガラスがある。30J/cm$$^{2}$$を超える高い飽和フルエンスを利用し、1.03ミクロンを中心とした幅広いバンド幅を活用して小型のレーザーシステムが可能となる。一方、この特性を最大限活かすためには半導体レーザー直接励起が必要となるが現時点ではコストの問題がある。このため、チタンサファイヤの長尺ロッドを用いてフラッシュランプ励起による高エネルギー励起光源を開発した。出力は793nmで12ジュール、920nmで6ジュールの高エネルギーパルスを得ることができた。発表ではレーザーの構造と発振特性について述べる。

論文

Direct bonding of Ti:sapphire laser crystals

杉山 僚; 福山 裕康*; 貴家 恒男; 有澤 孝; 宅間 宏*

Applied Optics, 37(12), p.2407 - 2410, 1998/04

 被引用回数:26 パーセンタイル:23.04(Optics)

極短パルス超高出力レーザーシステムには、大型・高品質のチタンサファイア結晶が必要不可欠である。この大型結晶を作成する方法として、我々は今回独自の直接接合法を開発した。接合面を化学処理によって活性化した後に熱処理を施すことで接着剤を用いない直接接合が可能となった。接合した結晶と通常の結晶で得られるレーザー発振特性を測定したところ、両者に差は生じなかった。この結果、大型化の方法としての可能性を示すことができた。

論文

Generation of 16-fs,10-TW pulses at a 10-Hz repetition rate with efficient Ti:sapphire amplifiers

山川 考一; 青山 誠*; 松岡 伸一*; 宅間 宏*; C.P.J.Barty*; D.Fittinghoff*

Optics Letters, 23(7), p.525 - 527, 1998/04

 被引用回数:68 パーセンタイル:6.91(Optics)

本論文は、小型のチタンサファイアレーザー装置を用いた高ピーク出力・極短パルス光発生について報告するものであり、2段のチタンサファイア増幅装置からピーク出力10TW,パルス幅16fsの光パルスが10Hzの繰り返しで得られる。得られたパルス幅はテラワット級レーザーでは世界最短パルス幅であり、増幅中の利得狭帯化によるパルス幅の拡がりを抑制するためにエタロン板を再生増幅器に挿入した。また、後段の多重パス増幅器の出力エネルギーとして320mJが得られた。これはグリーン光で励起されるチタンサファイア増幅器の全量子効率の90%以上に相当し、レーザー励起によるチタンサファイアが高ピーク出力光を発生するための非常に効率の良い方法であることが実証された。

論文

Development of all solid-state, high average power ultra-short pulse laser for X-ray generation

原山 清香; 赤岡 克昭; 鄭 和翊*; 加藤 政明; 丹羽 善人*; 丸山 庸一郎; 的場 徹; 有澤 孝; 宅間 宏*

JAERI-Conf 98-004, p.150 - 155, 1998/03

全固体高平均出力超短パルスレーザーの開発の現状について報告する。実験結果、計算結果を示し、問題点についての考察を行う。LD励起によるNd:YAGレーザーをポンプ源としたCPAマルチパス増幅システムを開発し、パルスエネルギー50mJを得ている。また、レーザー結晶内の熱歪みにより生ずるレーザー波面の乱れを補償するためのアダプティヴ・オプティックスを開発し、これを100fsの短パルスレーザーに適用し、波面歪みを補償前の0.78$$lambda$$(RMS)から0.15$$lambda$$へと改善した。繰り返し数を上げる際、大きな問題になると思われる結晶内の熱については、熱コードを用いたいくつかの解析を行い、高平均入力時の結晶温度の評価を行っている。この結果、現在のシステムにもう一段の増幅器を付加することにしており、1~2TWのピークパワーが得られるものと期待している。

論文

Ultrahigh-peak and high-average power chirped-pulse amplification of sub-20-fs pulses with Ti:sapphire amplifiers

山川 考一; 青山 誠*; 松岡 伸一*; 宅間 宏*; C.Barty*; D.Fittinghoff*

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 4(2), p.385 - 394, 1998/00

 被引用回数:21 パーセンタイル:24.31(Engineering, Electrical & Electronic)

High Field Physicsと呼ばれる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、極短パルス・超高出力T$$^{3}$$レーザーの開発を進めている。ここでは、最近開発に成功した世界最短パルス幅(16fs)のピーク出力10TW、繰り返し数10Hzのチタンサファイアレーザーシステムと現在開発中の世界最大級のピーク出力100TW(0.1PW)、パルス幅20fs、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$$^{3}$$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、更なるピーク出力の向上と短パルス化についても言及する。

論文

High energy flashlamp pumped Ti-sapphire laser for Yb:glass CPA

西村 昭彦; 大図 章; 杉山 僚; 丸山 庸一郎; 有澤 孝; 宅間 宏*; Nees, J.*; Biswal, S.*; G.Mourou*; Erickson, E.*; et al.

Solid State Lasers VII, 3265, p.234 - 241, 1998/00

レーザー発振上位準位からの励起がなく量子効率がイッテルビウムガラスは高い飽和フルエンスと1.03ミクロンを中心に幅広いバンド幅を持ち、半導体レーザーにより直接励起可能なため、小型・高効率のCPAレーザーとして有力な材料である。一方、この特性を十分生かすためには高強度の励起のロングパルスの励起が必要であるが、現在は1ジュールを超えるレベルのレーザーは存在しない。このためチタンサファイアの長尺ロッドを用いてフラッシュランプ励起による高エネルギーレーザーを開発した。フリーランニング発振器から793nm波長で12ジュール、920nm波長で6ジュールを得ることができ、イッテルビウムガラスCPAレーザーの研究開発に供することが可能である。

論文

Propagation of relativistic ultrashort laser pulse in near-critical density plasma

永島 圭介; 岸本 泰明; 宅間 宏*

Superstrong Fields in Plasmas, p.192 - 197, 1998/00

相対論的な高強度極短パルスレーザーのプラズマ中での伝搬を2次元の粒子コードを用いて調べた。高密度プラズマ領域でのレーザー伝搬は、X線レーザー、レーザー加速等の応用上極めて重要な研究課題である。ここでは、臨界密度近傍の薄い層状プラズマにレーザーを入射した場合の伝搬、吸収、反射等を調べると同時に、非線形工学媒質としてのプラズマ特性についても調べた。プラズマが臨界密度以下の場合、伝搬方向の光圧力による半波長の電子密度変動が観測されるが、臨界密度近傍では、波長程度の大きさの電子密度のバブルが形成される。この結果、レーザーパルス自身も波長程度の固まりに分裂し、プラズマによる吸収率も大きくなることが分かった。

論文

Cold-electron production for optical-field ionization X-ray lasers using mixed gases

永島 圭介; 的場 徹; 宅間 宏*

Physical Review A, 56(6), p.5183 - 5186, 1997/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:54.75(Optics)

高強度極短パルスレーザーを用いた再結合型X線レーザーの方式として、水素ガスと高Z原子の混合ガスを利用する方法を提案した。ここで、高Z原子はレーザー発振する媒体であり、光電界電離過程によって生成される電子のエネルギーを低くするために、多量の水素を混入している。リチウム様ネオンにおいて、主量子数が3から2への遷移では、発振波長が98$AA$のX線レーザーが期待されており、混合ガスを用いた方式において数値計算によりレーザーゲインの評価を行った。ネオン密度を9$$times$$10$$^{17}$$cm$$^{-3}$$とし、この60倍の水素密度を用いた場合に、最大のゲインが得られることが分かった。

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