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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:7 パーセンタイル:44.16(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

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:5 パーセンタイル:72.32(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:10 パーセンタイル:55.27(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:8 パーセンタイル:61.74(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.

論文

Measurement of the parametric X-rays with the rocking curve method

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

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.208 - 210, 2010/05

パラメトリックX線は単色X線を生成する有用な手法である。X線は高エネルギー電子と結晶との相互作用により生成され、X線の波長と放出方向はブラッグ条件に従う。そのため任意のエネルギーのX線を容易に生成できる。このエネルギー調整の簡便さゆえに、さまざまな応用に適している。われわれはロッキングカーブ法を応用して、10keVのパラメトリックX線測定を行った。このスキームでは、複数のパラメトリックX線の光子を同時に検出できるので、パラメトリックX線の有無を速やかに確認できる。われわれはマイクロトロン加速器と結晶を用いて、シャープなピークを確認した。ブラッグ角でこのピークが確認できたことから、パラメトリックX線であると考えている。

論文

Method of observing the spot where full-power counter-propagating laser pulses collide in plasma media

川瀬 啓悟; 神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 本間 隆之; 亀島 敬*; 大東 出; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 福田 祐仁; Esirkepov, T. Z.; et al.

Applied Physics Express, 3, p.016101_1 - 016101_3, 2010/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.12(Physics, Applied)

対向入射レーザーパルスの衝突をフルパワーで観測する新しい方法を提案し、その方法を実証した。この方法は、レーザー衝突点上部からのイメージング,側面シャドウグラフィ,極端紫外光分光器、そして戻り光観測の組合せである。この方法を用いることによって、現実の実験条件下(プラズマ中でのフルパワーレーザー)において、衝突点における対向入射レーザーパルスのアライメントを実現することができる。ここで得られた戻り光観測系のプラズマ中での空間分解能は1.35$$mu{rm m}$$であり、アライメント精度はプラズマが存在していても15$$mu{rm m}$$以下である。

論文

Electron optical injection with head-on and countercrossing colliding laser pulses

小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 亀島 敬*; 福田 祐仁; 本間 隆之; Ma, J.*; Chen, L. M.*; et al.

Physical Review Letters, 103(19), p.194803_1 - 194803_4, 2009/11

 被引用回数:50 パーセンタイル:11.28(Physics, Multidisciplinary)

A high stability electron bunch is generated by laser wakefield acceleration with the help of a colliding laser pulse. The wakefield is generated by a laser pulse; the second laser pulse collides with the first pulse at 180$$^{circ}$$ and at 135$$^{circ}$$ realizing optical injection of an electron bunch. The electron bunch has high stability and high reproducibility compared with single pulse electron generation. In the case of 180$$^{circ}$$ collision, special measures have been taken to prevent damage. In the case of 135$$^{circ}$$ collision, since the second pulse is counter-crossing, it can not damage the laser system.

論文

Submicron ionography of nanostructures using a femtosecond- laser-driven-cluster-based source

Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 小瀧 秀行; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 亀島 敬*; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; et al.

Applied Physics Letters, 95(10), p.101107_1 - 101107_3, 2009/09

 被引用回数:25 パーセンタイル:28.23(Physics, Applied)

An intense isotropic source of multicharged carbon and oxygen ions with energy above 300 keV and high quantity per shot was obtained by femtosecond Ti:Sa laser irradiation of clusters, produced by expansion of the mixed He and CO$$_{2}$$ gases in a supersonic nozzle. The source was employed for high contrast ionography images with 600 nm spatial resolution. A difference in object thickness of 100 nm was well resolved for both Zr and polymer foils.

論文

Generation of parametric X-rays by using electron accelerator

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

AIP Conference Proceedings 1153, p.223 - 229, 2009/07

パラメトリックX線放射と呼ばれている手法で単色X線(10keV)を生成させた。これは相対論的電子が結晶面に入射したとき、反射角方向に放射される単色X線である。150MeV電子線、Si(111)単結晶を実験に用いた。結晶のロッキングカーブを測定した結果、ブラッグ条件近傍でクリアなピークが観測された。われわれはこのピークをパラメトリックX線によるものと考えている。今後は、レーザープラズマ電子線を用いてパラメトリックX線の生成を目指す。これはレーザープラズマ電子線の有用な応用のひとつである。

論文

Contrast effect on the laser injected electron beam

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

AIP Conference Proceedings 1153, p.176 - 181, 2009/07

Laser Wake Field 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. The laser contrast ratio is one of the important parameters for LWFA due to pre-plasma effects. For the high laser contrast ratio, a 140 MeV monoenergetic electron beam with a charge of 100 pC is obtained. For the low laser contrast ratio; a low quality electron beam or no electron beam are generated, because the pre-pulse blowout plasma electrons and put into disorder the plasma before the main pulse interacting the plasma. The laser contrast ratio should be high in order to generate a high quality electron beam with a high charge.

論文

Demonstration of flying mirror with improved efficiency

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; Chen, L.-M.*; 大東 出; 小倉 浩一; 本間 隆之; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; et al.

AIP Conference Proceedings 1153, p.274 - 284, 2009/07

A strongly nonlinear breaking wake wave driven by an intense laser pulse can act as a partially reflecting relativistic mirror (the Flying Mirror). Upon reflection from such mirror, a counter-propagating optical-frequency laser pulse is directly converted into high-frequency radiation, with a frequency multiplication factor $$approx 4 gamma^2$$ (the double Doppler effect). We present the results of recent experiment in which the photon number in the reflected radiation was more than $$10^3$$ times larger than in our proof-of-principle experiment. It is notable that the energy of laser was increased about three times. The Flying Mirror promises to generate intense coherent ultrashort XUV and X-ray pulses that inherit their temporal shape and polarization from the original optical-frequency (laser) pulses. Furthermore, the reflected radiation bears important information about the reflecting wake wave itself, which can be used for the diagnostics.

論文

MeV- and sub-MeV-photon sources based on Compton backscattering at SPring-8 and KPSI-JAEA

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.*; 福田 祐仁; et al.

Nuclear Physics Review, 26(Suppl.), p.94 - 99, 2009/07

SPring-8とKPSI-JAEAにおいて、それぞれMeV領域,sub-MeV領域の逆コンプトン散乱による光源を開発した。MeV光源は光励起型遠赤外レーザーと8GeV電子ビームとからなっている。sub-MeV光源はNd:YAGパルスレーザーとマイクロトロンで加速された150MeV電子ビームからなっている。どちらの光源も逆コンプトン光の発生に成功した。ここでは、これらの光源の特徴と今後の展望について発表する。

論文

Improvement of the quality and stability of electron bunch using countercrossing laser beam

小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L.-M.; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1760 - 1764, 2008/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:64.07(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度レーザーで励起されるプラズマウェーク場によって小型の高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。そこで、2パルス衝突型の高品質電子ビーム発生を行った。3TW,70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45$$^{circ}$$での2パルスクロスでの高品質電子ビーム発生実験を行った。この実験により、ピークエネルギー14MeV,エネルギー分散11%,電荷量22pC,規格化エミッタンス1.6$$pi$$mm mrad,単色電子の発生率50%で高品質電子ビーム発生に成功した。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。

論文

"J-KAREN"高強度レーザー

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; 岡田 大; 本村 朋洋*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.

JAEA-Conf 2008-007, p.13 - 16, 2008/08

高強度場科学研究において、メインパルスと背景光(ASE光)との強度比であるコントラストが、高強度レーザーを利用するうえでボトルネックになっている。高強度レーザーシステムより出力されるレーザーパルスの時間構造において、メインパルスに先立って数桁強度の低い背景光(ASE)が存在する。一般的な高強度レーザーシステムにおいて、メインパルスとASEの強度比(コントラスト)は10$$^{-5}$$$$sim$$10$$^{-6}$$桁程度であり、この場合ASEの光強度は10$$^{12}$$$$sim$$10$$^{13}$$W/cm$$^{2}$$となり、高強度を有するメインパルスが固体物質と相互作用する前にターゲット上にプリプラズマが形成され、メインパルスは膨張しつつある低い密度のプラズマと主として相互作用し、メインパルスと物質との相互作用に影響を及ぼす。このため多くの実験において、プリパルスによりプリプラズマが形成されないようなレーザーの時間制御技術開発が必要である。われわれは背景光が発生しにくい光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)を前置増幅器として用いた高強度レーザーシステムの開発を行った。OPCPAを用いることにより、メインパルスの数ps前において従来よりも1,000$$sim$$10,000倍改善された7$$times$$10$$^{-9}$$の高いコントラストを実現した。

論文

Sub-MeV tunably polarized X-ray production with laser Thomson 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.

Review of Scientific Instruments, 79(5), p.053302_1 - 053302_8, 2008/05

 被引用回数:19 パーセンタイル:33.07(Instruments & Instrumentation)

本論文では、波長1064nmのNd:YAGレーザー光とマイクロトロン加速器からの150MeV電子ビームとの逆トムソン散乱によるsub-MeV領域の偏光X線の発生について報告している。発生するX線の最大エネルギーはおよそ400keVである。実験では、X線パルスの全エネルギーをLYSOシンチレーターで測定した。また、X線の角度発散をイメージングプレートを用いて測定した。X線ビームがレーザーの偏光方向に沿って偏光していることはコンプトン散乱法を用いて確認した。これらに加えて、ここで発生させたX線を用いて鉛で遮蔽された物体のイメージングも実施した。

論文

Soft X-ray source for nanostructure imaging using femtosecond-laser-irradiated clusters

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 神門 正城; 小瀧 秀行; 大東 出; Ma, J.-L.; Chen, L. M.; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; et al.

Applied Physics Letters, 92(12), p.121110_1 - 121110_3, 2008/03

 被引用回数:55 パーセンタイル:11.77(Physics, Applied)

HeとCO$$_2$$の混合ガスから生成させたCO$$_2$$クラスターにフェムト秒チタンサファイアレーザーを照射することにより、軟X線の生成量が増加することを見いだした。この軟X線とLiF結晶を検出器に用いて、100nm厚のモリブデンフォイルのイメージングを行った。その結果、非常に広範囲(mm$$^2$$スケール)に渡り、高分解能(800nm)のイメージング像の取得に成功した。また、$$pm$$3%の精度でナノメートル厚フォイル中の不純物による軟X線の吸収量の変化を計測した。

論文

Counter-crossing injection for stable high-quality electron beam generation via laser-plasma interaction

小瀧 秀行; 大東 出; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L.-M.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 112(4), p.042031_1 - 042031_4, 2008/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:40.74

高強度レーザーで励起されるプラズマウェーク場によって小型の高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。そこで、2パルス衝突型の高品質電子ビーム発生を行った。3TW, 70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45$$^{circ}$$での2パルスクロスでの高品質電子ビーム発生実験を行った。この実験により、ピークエネルギー14MeV,エネルギー分散11%,電荷量22pC,規格化エミッタンス1.6$$pi$$mm mrad,単色電子の発生率50%で高品質電子ビーム発生に成功した。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。

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