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論文

Direct observation of the pulse width of an ultrashort electron beam

小瀧 秀行; 川瀬 啓悟*; 林 由紀雄; 森 道昭; 神門 正城; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.

Journal of the Physical Society of Japan, 84(7), p.074501_1 - 074501_5, 2015/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:50.01(Physics, Multidisciplinary)

Laser wakefield acceleration has the possibility to generate an ultrashort electron beam of the order of femtoseconds or less. Generation of ultrashort pulses is a key to exploring the dynamical behavior of matter on ever-shorter timescales. We found that the profile of the electron beam was manipulated by rotating the laser polarization. The electron beam is in the laser field, which oscillates the electron beam. From electron oscillations in the image of the electron energy distribution, the electron beam pulse width is estimated to be 1.7 fs (rms). The peak current is 10 kA.

論文

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; Koga, J. K.; 森 道昭; 川瀬 啓悟*; et al.

RAL-TR-2015-025, P. 22, 2015/00

We provide a description of experiments performed with the J-KAREN and Astra Gemini lasers where we discovered a new regime of relativistic high-order harmonic generation by multi-terawatt femtosecond lasers in gas targets. The results were explained using particle-in-cell simulations and catastrophe theory. Our work paves the way towards a bright coherent X-ray source based on compact lasers and accessible, repetitive, and debris-free gas jet targets. Such a source will be crucial for fundamental research and numerous applications requiring pumping, probing, imaging of microscopic objects and for attosecond science.

論文

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

New Journal of Physics (Internet), 16(9), p.093003_1 - 093003_30, 2014/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:21.56(Physics, Multidisciplinary)

We present a detailed description of our discovery of a new regime of high-order harmonic generation, including experimental data, simulations, and description of new harmonic generation mechanism. The harmonics are generated by multi-terawatt relativistic-irradiance ($$>$$ 10$$^{18}$$ W/cm$$^2$$) femtosecond ($$approx$$ 30-50 fs) lasers focused to gas jet targets. According to our model, the harmonics are produced by sharp, structurally stable, oscillating electron spikes at the joint of boundaries of wake and bow waves excited by the laser pulse.

論文

Negative effect of crystallization on the mechanism of laser damage in a HfO$$_{2}$$/SiO$$_{2}$$ multilayer

立野 亮*; 岡田 大; 乙部 智仁; 川瀬 啓悟*; Koga, J. K.; 小菅 淳; 永島 圭介; 杉山 僚; 柏木 邦宏*

Journal of Applied Physics, 112(12), p.123103_1 - 123103_3, 2012/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.32(Physics, Applied)

次世代の極短パルス超高ピーク出力レーザー用の高耐力ミラーを実現するためには、レーザー損傷のメカニズムの解明が不可欠である。本研究では、レーザーミラーの損傷箇所をレーザー顕微鏡により表面観察、透過型電子顕微鏡(断面TEM)により断面観察を行った。損傷したHfO$$_{2}$$には微結晶のHfO$$_{2}$$の粒界が確認できた。これら結果とミラーの耐性評価から、膜内の結晶の形成がミラーの耐性を決める大きな要因であることが明らかになった。

論文

Relativistic high harmonic generation in gas jet targets

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; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.167 - 171, 2012/07

 パーセンタイル:100

We experimentally demonstrate 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 emitted in the forward direction, while the base harmonic frequency is downshifted. The harmonics are generated by linearly as well as circularly polarized pulses. With the 9 TW laser, the harmonics reach 360 eV, within the "water window" spectral region. Using 120 TW laser producing 40 uJ/sr per harmonic at 120 eV, we demonstrate the photon number scalability. The experimentally demonstrated harmonics cannot be explained by previously known mechanisms. We introduce a novel high-order harmonics generation mechanism, which explains our experimental findings.

論文

The Spectra of the multicharged argon hollow ions; Observation, modeling and using for diagnostics of the early stage of the heating of clusters by a supper high contrast femtosecond laser pulses

Pikuz, T.; Faenov, A.*; Skobelev, I.*; Fortov, V. E.*; Boldarev, A.*; Gasilov, V.*; Chen, L. M.*; Zhang, L.*; Yan, W.*; Yuan, D.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.181 - 201, 2012/07

 パーセンタイル:100

A study is made of the ultra-short laser pulse irradiation of Ar cluster targets. Experiments have been performed with large cluster sizes and using very high laser contrasts, which have allowed clear and unambiguous observation of exotic inner-shell transitions in near-neutral Ar ions. The interaction of the main laser pulse with the unperturbed target is a necessary requirement for observing these lines. Our measurements are supported by kinetics calculations in which a very detailed atomic model is used. X-ray spectral methods have been proposed to determine the parameters of the appearing plasma at the early stages of its evolution. It has been shown that the spectra of hollow ions are the most informative in the first moments of the heating of a cluster, whereas the diagnostics of the late stages can be performed using the conventional lines of multicharged ions.

論文

High-order harmonics from bow wave caustics driven by a high-intensity laser

Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A.*; Pikuz, T.; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.172 - 180, 2012/07

 パーセンタイル:100

最近の実験で観測されたテラワットレーザーによるXUV領域の高次高調波の発生のメカニズムに関し、カタストロフィー理論を利用した船首波によるメカニズムを考案し、2DPIC計算と3DPIC計算によりその妥当性を確認した。これにより、この高次高調波生成メカニズムに基づいた、新しいXUV光及びX線源を提案した。

論文

X-ray emission from relativistically moving electron density cusps

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 中村 龍史; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 川瀬 啓悟*; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 桐山 博光; 岡田 大; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.159 - 166, 2012/07

 パーセンタイル:100

We report on novel method to generate ultra-short coherent X-rays using a laser-plasma interaction. Nonlinear interaction of intense laser pulses with plasma creates stable, specific structures such as electron cusps. For example wake waves excited in an underdense plasma by the laser become dense and propagate along with the laser pulse (Flying Mirror). The flying mirror can reflect a counter-propagating laser pulse and directly convert it into high-frequency radiation and compress the pulse. We have conducted experimental results using 9 TW laser with a He gas target. We observed 10$$^{10}$$ photons in the extreme ultra-violet region (12.8-22.0 nm).

論文

Soft-X-ray harmonic comb from relativistic electron spikes

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; et al.

Physical Review Letters, 108(13), p.135004_1 - 135004_5, 2012/03

 被引用回数:47 パーセンタイル:8.78(Physics, Multidisciplinary)

マルチテラワットレーザーをガスジェットターゲットに集光照射することにより「水の窓」に達する高次高調波発生を実験で示すことに成功した。数百次に達する高次高調波の強さは$$mu$$J/srパルスと評価できる。このような高調波は、高強度レーザーパルスが低密度プラズマ中を相対論的な自己収束を伴って伝搬する際に、パルスによって励起される尖塔波とキャビテーションの境界の交差点で発生する電子スパイクのコヒーレント振動により生じる。このときのスパイクの先鋭さと安定度はカタスロトフ理論により説明される。発生機構はPICシミュレーションによっても確認された。

論文

Observation and modeling of high resolution spectral features of the inner-shell X-ray emission produced by 10$$^{-10}$$ contrast femtosecond-pulse laser irradiation of argon clusters

Colgan, J.*; Abdallah, J. Jr.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Yu.*; 福田 祐仁; 林 由紀雄; Pirozhkov, A. S.; 川瀬 啓悟*; 下村 拓也; et al.

High Energy Density Physics, 7(2), p.77 - 83, 2011/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:22.43(Physics, Fluids & Plasmas)

巨大アルゴンクラスターに超高コントラスト比の極短パルスレーザー照射した場合における、特異的な内殼X線発生について研究を行った。観測されたX線のほぼすべての特性は、非常に厳密な原子モデルを取り込んだキネティックモデル計算によって再現された。すなわち、ほぼ中性状態のアルゴン原子からHe様アルゴンイオンまでの多様なイオン化状態を含むプラズマからX線放射がなされたことを示唆している。ほぼ中性のアルゴン原子からのX線放射は、これまでの中程度のコントラスト比のレーザーを用いた実験では観測されておらず、今回の実験で用いたレーザーのコントラスト比が非常に高かったことを反映している。

論文

Effect of the laser contrast ratio within picosecond timescales on generating a high-quality electron beam by laser-plasma interaction

小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 亀島 敬*; 川瀬 啓悟*; Chen, L. M.*; 福田 祐仁; Koga, J. K.; 桐山 博光; 近藤 修司; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 50(6), p.066401_1 - 066401_3, 2011/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.46(Physics, Applied)

The laser contrast ratio within picosecond timescales is one of the important parameters for laser acceleration. For a high laser contrast ratio, a 140 MeV monoenergetic electron beam with a charge of 44 pC is obtained by using a 20 TW Ti:sapphire laser. For a low laser contrast ratio, a low quality electron beam or no electron beam is generated, because the pre-pulse blows out plasma electrons and puts the plasma into disorder before the main pulse interacts with the plasma. The laser contrast ratio should be high enough in order to generate a high quality electron beam with a large amount of charge.

論文

Development of a sub-MeV X-ray source via Compton backscattering

川瀬 啓悟; 神門 正城; 早川 岳人; 大東 出; 近藤 修司; 本間 隆之; 亀島 敬*; 小瀧 秀行; Chen, L. M.*; 福田 祐仁; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 637(1, Suppl.), p.S141 - S144, 2011/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.9(Instruments & Instrumentation)

関西光科学研究所において実施しているマイクロトロン加速器で加速された150MeVの電子ビームとNd:YAGレーザーとを用いた逆コンプトン散乱によるsub-MeV領域のX線発生についての研究の現状を報告する。特にこれまでに実施したX線発生実験と発生X線の高強度化のためのNd:YAGレーザーのパルス圧縮について報告する。

論文

Efficient generation of Xe K-shell X rays by high-contrast interaction with submicrometer clusters

林 由紀雄; Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; 福田 祐仁; Faenov, A.*; 川瀬 啓悟*; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 桐山 博光; 岡田 大; et al.

Optics Letters, 36(9), p.1614 - 1616, 2011/05

 被引用回数:21 パーセンタイル:21.38(Optics)

3.4MPaのガスノズル圧力のもとで生成させたXeクラスターに25TWレーザーを1$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^2$$の強度で集光照射し、生成する放射線について計測を行った。その結果、この実験条件でXe K殻に由来する約30keVのX線生成をX線CCDで明瞭に観測することに成功した。さらにレーザーエネルギーは一定のままレーザー・パルス幅のXe K殻生成量依存性を調べた。その結果40fsのパルス幅の方が、300fsのパルス幅の時に較べてXe K殻生成量は高くなることが明らかになった。

論文

Ion acceleration in subcritical density plasma via interaction of intense laser pulse with cluster-gas target

福田 祐仁; Faenov, A.*; 反保 元伸; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 亀島 敬*; et al.

Progress in Ultrafast Intense Laser Science VII, p.225 - 240, 2011/05

本研究では、サブ臨界密度プラズマを生成させるために、世界に先駆けて、クラスターを含むガスターゲットをイオン加速研究に導入し、核子あたりの最大エネルギーが10$$sim$$20MeV/nという、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合の約10倍の加速エネルギーを得ることに成功した。クラスターターゲットは、連続供給が可能であるうえに、この手法により生成したイオンの発散角は、従来手法よりも小さく、医療利用へ向けたビーム伝送・照射系の設計にも適していることが明らかとなった。

論文

Manipulation and electron-oscillation-measurement of laser accelerated electron beams

小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 森 道昭; 神門 正城; 本間 隆之; Koga, J. K.; 大道 博行; Bulanov, S. V.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 53(1), p.014009_1 - 014009_7, 2011/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.97(Physics, Fluids & Plasmas)

In order to use a laser accelerated electron beam to applications, it is necessary to generate a stable electron beam and to control the electron beam. A 40 fs laser pulse with the energy of 200 mJ is focused onto a supersonic gas jet. We succeed to generate a stable electron beam by using Nitrogen gas as a target. The profile of the electron beam can be controlled by changing the laser polarization. When we use a S polarized laser pulse, a 20 MeV electron beam is observed with a oscillation in the image of the energy spectrum. The direction of the electron beam can be controlled by changing the gas jet position. The self-injected electron beam can be controlled by the control of the laser and the gas jet.

論文

Intense and reproducible K$$_{alpha}$$ emissions from micron-sized Kr cluster target irradiated with intense femtosecond laser pulses

林 由紀雄; 福田 祐仁; Faenov, A. Y.*; 神門 正城; 川瀬 啓悟; Pikuz, T. A.*; 本間 隆之; 大道 博行; Bulanov, S. V.

Japanese Journal of Applied Physics, 49(12), p.126401_1 - 126401_3, 2010/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:54.75(Physics, Applied)

Intense and reproducible Kr K$$_{alpha}$$ X-rays have been generated via the interaction between 3 TW laser pulse and a micron-sized Kr cluster target. A single photon counting technique with an X-ray CCD was used for measurements of the X-ray energy spectrum in a single shot. At the laser irradiance of 8 $$times$$ 10$$^{16}$$ W/cm$$^{2}$$, the averages and standard deviations of the total X-ray yield and K$$_{alpha}$$ X-ray yield were equal to $$(6.6 pm 1.1) times 10^7$$ photons/sr and $$(6.8 pm 2.6) times 10^5$$ photons/sr, respectively. These results indicate that the X-ray energy spectrum was reproducible at 8 $$times$$ 10$$^{16}$$ W/cm$$^{2}$$.

論文

Control of the laser accelerated electron beam

小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 森 道昭; 神門 正城; 本間 隆之; Bulanov, S. V.

JAEA-Conf 2010-002, p.99 - 102, 2010/06

Laser Wake Field Acceleration (LWFA) is regarded for the next-generation of charged particle accelerators. In experiments, it has been demonstrated that LWFA is capable of generating electron bunches with high quality. In order to use a laser accelerated electron beam to applications, it is necessary to generate a stable electron beam and to control the electron beam. We succeed to generate a stable electron beam by using Nitrogen gas as a target. The profile of the electron beam can be controlled by changing the laser polarization. When we use a S polarized laser pulse, a 20 MeV electron beam is observed with a oscillation in the image of the energy spectrum. From the oscillation, the pulse width of the electron beam is calculated to 4 fs. The direction of the electron beam can be controlled by changing the gas jet position. The self-injected electron beam can be controlled by the control of the laser and the gas jet.

論文

Improvement of SBS laser pulse compression system for the Compton backscattered X-ray source

川瀬 啓悟; 神門 正城; 早川 岳人; 大東 出; 近藤 修司; 本間 隆之; 亀島 敬*; 小瀧 秀行; Chen, L. M.*; 福田 祐仁; et al.

JAEA-Conf 2010-002, p.95 - 98, 2010/06

前回の光量子シンポジウムにおいて発表したように、逆コンプトン散乱X線のフラックスを増大させるために、誘導ブリルアン散乱(SBS)によるレーザーパルスの圧縮を提案し、実際に試験を行った。その後、イメージリレーを導入することでSBSパルス圧縮システムの改善を実施した。結果、パルスエネルギー0.84Jで2.1nsの安定した圧縮パルスの発生を達成した。関西光科学研究所における逆コンプトン散乱X線源にこのシステムを導入することで、これまでの3.2倍の強度のX線フラックスの発生が期待できる。

論文

Metrology of wide field of view nano-thickness foils' homogeneity by conventional and phase contrast soft X-ray imaging

Faenov, A. Y.; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 小瀧 秀行; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; Skobelev, I.*; Gasilov, S.*; 河内 哲哉; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 49(6), p.06GK03_1 - 06GK03_5, 2010/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:66.27(Physics, Applied)

New approach for phase-contrast imaging of nanostructures using compact femtosecond laser-produced cluster plasma devices. Novel ultrafast soft X-ray diagnostics and metrology of full areas of free standing or mesh supported nano- thickness foils or other nanostructures is demonstrated.

論文

Control and pulsewidth-measurement of laser accelerated electron beams

小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 森 道昭; 神門 正城; 本間 隆之; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.3608 - 3610, 2010/05

Laser wakefield acceleration (LWFA) is regarded as a basis for the next-generation of charged particle accelerators. In experiments, it has been demonstrated that LWFA is capable of generating electron bunches with high quality: quasi-monoenergetic, low in emittance, and a very short duration of the order of ten femto-seconds. Such femtosecond bunches can be used to measure ultrafast phenomena. In applications of the laser accelerated electron beam, it is necessary to generate a stable electron beam and to control the electron beam. A 40 fs laser pulse with the energy of 200 mJ is focused onto a supersonic gas jet. We succeed to generate a stable electron beam by using a nitrogen gas target. The profile of the electron beam can be manipulated by rotating the laser polarization. When we use a S-polarized laser pulse, a 20 MeV electron beam is observed with an oscillation in the image of the energy spectrum. From the oscillation, the pulse width of the electron beam is calculated to at most a few tens fs. The direction of the electron beam can be controlled by changing the gas-jet position. The self-injected electron beam can be controlled by the control of the laser and gas jet.

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