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論文

High-efficiency contact grating fabricated on the basis of a Fabry-Perot type resonator for terahertz wave generation

吉田 芙美子; 永島 圭介; 坪内 雅明; 越智 義浩; 圓山 桃子; 杉山 僚

Japanese Journal of Applied Physics, 55(1), p.012201_1 - 012201_5, 2016/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.18(Physics, Applied)

We have designed and fabricated a contact grating device to increase diffraction efficiency on the basis of the principle of the Fabry-Perot resonator. The grating structure and layer thicknesses were carefully determined by considering the electric field strength in the device and the fabrication accuracy of the grating. The prototype device had a peak diffraction efficiency of 71% at an incident angle of 42$$^{circ}$$; these values were slightly different from the design values of 78% and 44.5$$^{circ}$$, respectively. Numerical calculations revealed that this deviation was caused by the fabricated grating structure. A higher terahertz power will be expected with a device as per the design.

論文

Sub-picosecond regenerative amplifier of Yb-doped Y$$_{2}$$O$$_{3}$$ ceramic thin disk

圓山 桃子; 岡田 大; 越智 義浩; 永島 圭介

Optics Express (Internet), 24(2), p.1685 - 1692, 2016/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:71.88(Optics)

Yb:Y$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックスのシンディスクを利得媒質とした1kHzの再生増幅器を構築した。更に、Yb:Y$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックスの熱伝導率及び発熱について評価を行った。再生増幅器はレーザービームが1ラウンドトリップあたり6回シンディスク上で折り返す構成となっており、エネルギー2mJ、波長半値幅1.8nm、パルス圧縮後のパルス幅0.9psの出力を得た。

報告書

薄ディスク型レーザー媒質用多重パス励起モジュールの開発

岡田 大; 圓山 桃子; 越智 義浩; 永島 圭介

JAEA-Technology 2015-029, 29 Pages, 2015/11

JAEA-Technology-2015-029.pdf:11.21MB

関西光科学研究所では、同位体分離の高度化研究用THz波や保障措置・核不拡散の問題解決が期待される核種分析用$$gamma$$線などを発生させるための光源として、高強度・高繰り返し短パルスレーザーシステムの開発を行っている。このようなレーザー利用研究においては、安定かつ高平均出力レーザー装置が必要不可欠である。我々は蓄積エネルギーが高く、熱伝導率の大きいYb:YAGセラミックスをレーザー媒質に選定し、レーザー媒質の形状として熱効果や熱破壊を抑制することが期待できる薄ディスク形状に着目して、薄ディスク型のYb:YAGレーザーシステムの開発を行っている。薄ディスク形状のレーザー増幅器には、数100$$mu$$mオーダーの薄い媒質を使用するため、十分な励起光を吸収させるには励起光の多重パス光学系が必要であり、かつ構築するレーザー性能仕様に合わせた励起プロファイルとスポット径を得うる制御性も求められる。レーザー量子制御研究グループでは、市販の光学素子と精密ステージを組み合わせた薄ディスク型レーザー媒質用多重パス励起モジュールを設計製作し、励起プロファイルとスポット径が制御可能なレンズ群の設計と、励起モジュールを用いたレーザー発振特性を評価したので報告する。

論文

Soft X-ray laser observation of femtosecond-laser-driven ablation of tungsten

錦野 将元; 長谷川 登; 石野 雅彦; 越智 義浩; 河内 哲哉; 山極 満; 加藤 義章*

Chinese Optics Letters, 13(7), p.070002_1 - 070002_3, 2015/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.05(Optics)

Ablation dynamics of tungsten irradiated with a 70-fs laser pulse is investigated with X-ray interferometry and X-ray imaging using 13.9 nm soft X-ray laser of 7 ps pulse duration. The evolution of high density ablation front of tungsten is presented. The ablation front expands to around 120 nm above the original target surface at 160 ps after fs-laser irradiation with the expansion speed of approximately 750 m/s. These results will provide important data for understanding ablation properties of W, which is a candidate material of the first wall of magnetic confinement fusion reactors.

論文

Yb:YAG thin-disk chirped pulse amplification laser system for intense terahertz pulse generation

越智 義浩; 永島 圭介; 圓山 桃子; 坪内 雅明; 吉田 芙美子; 河野 七瀬; 森 道昭; 杉山 僚

Optics Express (Internet), 23(11), p.15057 - 15064, 2015/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:20.67(Optics)

高強度テラヘルツパルス発生を目的とした繰り返し周波数1kHzのピコ秒CPAレーザーシステムを開発した。本レーザーシステムではYb:YAG薄ディスクを増幅媒質として用いており、再生増幅器にて出力エネルギー10mJ以上、スペクトル帯域1.2nmのパルスが得られている。レーザーパルスはパルス圧縮器によりパルス幅1.3psに圧縮され、テラヘルツパルス発生に供された。結果、LiNbO$$_{3}$$中での光整流を介して中心周波数0.3THz,パルスエネルギー4 $$mu$$Jのテラヘルツパルスを1kHzの繰り返しにて発生することに成功した。

論文

Current status of the driver laser system for intense terahertz wave generation

田中 桃子; 越智 義浩; 小菅 淳; 岡田 大; 森 道昭; 桐山 博光; 坪内 雅明; 永島 圭介

JAEA-Conf 2014-001, p.32 - 33, 2014/09

テラヘルツ波発生用ドライバーレーザーとして、Yb:YAGシンディスクを利得媒質として用いた高強度キロヘルツレーザーシステムを構築した。再生増幅器は4バウンスの構成とし、最大10mJの出力を得た。また、圧縮後のパルスを用いてLiNbO$$_{3}$$結晶によるテラヘルツ波発生のデモンストレーションを行った。

論文

Contact grating device with Fabry-Perot resonator for effective terahertz light generation

坪内 雅明; 永島 圭介; 吉田 芙美子; 越智 義浩; 圓山 桃子

Optics Letters, 39(18), p.5439 - 5442, 2014/09

 被引用回数:18 パーセンタイル:16.52(Optics)

Heblingらによって概念が提唱された接触型回折格子を実現し、高品質高強度なTHz光発生を目指した。波面傾斜させる回折格子をTHz光発生デバイス(結晶)上に形成することにより、THz光の結晶内光路長が増大することなく大口径化が実現される。本デバイスでは、(a)波面傾斜光を生成する回折光を高効率で得る、(b)高強度励起光照射に耐えうる高いダメージ閾値を有する、の2点を満たすことが特に重要である。Mg-sLiNbO$$_{3}$$結晶は比較的高いダメージ閾値を有するが、回折効率は最大2割程度と低く、高効率なTHz光発生は期待できない。そこでダメージ閾値が高く、かつ高効率な回折が期待されるようなデバイスとして、結晶上に多層膜を蒸着し、その多層膜の表層に回折格子を工作することを考案した。本デバイスにより入射角44.5度で波長1030nmの励起光を照射した場合、回折効率は80%と高い値が得られると期待された。

論文

High power laser developments with femtosecond to nanosecond pulse durations for laser shock science and engineering

桐山 博光; 森 道昭; 鈴木 将之*; 大東 出*; 岡田 大; 越智 義浩; 田中 桃子; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; et al.

レーザー研究, 42(6), p.441 - 447, 2014/06

原子力機構で開発している、(1)フェムト秒超高強度レーザーとしてOPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザー、(2)ピコ秒高強度レーザーとしてOPCPA/Yb:YAGハイブリッドレーザー、(3)ナノ秒高平均出力レーザーとして半導体レーザー励起Nd:YAGレーザーについて、それらの構成及び動作特性について紹介する。

論文

Observation of the laser-induced surface dynamics using the single-shot soft X-ray laser probe

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; 守田 利昌; 佐々木 明; 寺川 康太*; et al.

X-Ray Lasers 2012; Springer Proceedings in Physics, Vol.147, p.117 - 120, 2014/00

 パーセンタイル:100

フェムト秒レーザーによるアブレーションダイナミクスは数値シミュレーションによる予測が多数されているが、観測が困難であるため実験的な解明が遅れている分野である。われわれはフェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブを用いた時間分解軟X線反射イメージング光学系を構築し、白金におけるアブレーションダイナミクスの観測を行った。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒レーザー光照射によって、スポット内の局所フルエンスの違いに起因した軟X線反射率の時間発展の違いを観測することに世界で初めて成功した。

論文

Development of high resistant anti-reflection coating by using Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/SiO$$_{2}$$ multilayer

越智 義浩; 永島 圭介; 岡田 大; 田中 桃子; 立野 亮*; 古川 泰之*; 杉山 僚

Proceedings of SPIE, Vol.8885, p.88851Z_1 - 88851Z_6, 2013/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:6.33

Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/SiO$$_{2}$$多層膜を用いた無反射(AR)、及び高反射(HR)コーティングの高耐力化に関する技術開発を行った。原子力機構にて設計し、島津製作所にて製膜した無反射コーティングについて、1kHz繰り返しの500psレーザーにて耐力評価を行った結果、平均値として36J/cm$$^{2}$$が得られた。また、高反射コーティングについても同様に設計,製膜を行い7ns, 500ps, 1psのパルス幅のレーザーを用いた耐力評価を行った。得られた結果から、ダメージ発生の素過程についての考察を行った結果等について報告する。

論文

Improvement of diffraction efficiency of dielectric transmission gratings using anti-reflection coatings

永島 圭介; 小菅 淳; 越智 義浩; 田中 桃子

Optics Express (Internet), 21(16), p.18640 - 18645, 2013/07

 被引用回数:10 パーセンタイル:41.13(Optics)

透過型回折格子の回折効率を向上するための新しい方法を提案した。この方法では、回折格子領域と基板の間に誘電体多層膜を挿入する。この多層膜は透過型回折格子に対して無反射コーティングとして働く。この無反射コーティングを用いた格子数1740本/mmの回折格子が99%以上の回折効率を持つことを明らかにした。

論文

Experimental verification of femtosecond laser ablation schemes by time-resolved soft X-ray reflective imaging

富田 卓朗*; 山本 稔*; 長谷川 登; 寺川 康太*; 南 康夫*; 錦野 将元; 石野 雅彦; 海堀 岳史*; 越智 義浩; 河内 哲哉; et al.

Optics Express (Internet), 20(28), p.29329 - 29337, 2012/12

 被引用回数:15 パーセンタイル:29.06(Optics)

軟X反射率計測からフェムト秒レーザーアブレーションにおけるアブレーションフロントの表面状態について計測を行った。軟X線レーザーとフェムト秒レーザーを用いたポンプ・プローブ計測手法を開発し、系統的な遅延時間における軟X線反射率の計測を行った。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒レーザー光(800nm)をポンプ光として用いることで、強励起,中励起,弱励起と照射強度を変化させた場合の軟X線反射率の時間変化を計測した結果、強励起領域においては、反射率がフェムト秒レーザー照射後、すぐに低下し、中励起領域においては強励起部分よりは遅い時間で反射率が低下し、最終的に160ピコ秒程度で反射率が最低になる。弱励起領域においては反射率の低下は計測されなかった。これらの結果より、フェムト秒レーザー照射の局所フルエンスに対して明確な閾値特性をもったアブレーションダイナミクスの変化が起こることを明らかにした。

論文

High intensity, high temporal contrast, high repetition-rate laser for laser driven particle acceleration

鈴木 将之; 桐山 博光; 大東 出; 岡田 大; 越智 義浩; 佐藤 方俊*; 吉井 健裕*; 玉置 善紀*; 前田 純也*; 松岡 伸一*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.53 - 57, 2012/07

レーザー駆動粒子線発生用励起源に求められるその特徴は高ピーク強度,高コントラスト及び高繰り返しである。これを実現するために高コントラスト化が見込めるOPCPA増幅器を第一段目増幅器に用い、高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAG薄膜ディスクを第二段目の増幅器に用いたハイブリッドレーザーシステムの開発を行った。発振器からのレーザーパルスはパルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長される。その後、このレーザーパルスはポッケルセルにて10Hzに切り出され、波長532nmのレーザー光を励起光としたBBOで構成されるOPCPAを用いて、エネルギー3.5mJまで増幅される。さらにこのレーザーパルスは、LD(波長940nm)を励起源としたYb:YAG薄膜ディスクで構成される増幅器にて出力130mJまで増幅に成功した。この増幅されたレーザーパルスはパルス圧縮器でパルス幅450fs程度まで圧縮され、クロスコリレーターを用いて時間的コントラスト計測を行った。その結果、増幅光の150ps直前において約8桁のコントラストを得ることに成功した。

論文

Interaction of soft X-ray laser pulse radiation with aluminum surface; Nano-meter size surface modification

石野 雅彦; Faenov, A.*; 田中 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 保 智己*; Pikuz, S.*; Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; Skobelev, I.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.236 - 240, 2012/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:43.3

軟X線レーザーによるアブレーション過程の理解を目的として、アルミニウム表面に軟X線レーザーを集光照射した。照射痕を走査型電子顕微鏡で観察したところ、アブレーション構造とは異なる表面改質領域が形成されていることがわかった。この表面改質領域には、ナノメートルオーダーの直径を持つ円錐状構造が多数形成されている。また、円錐状構造が形成されている改質領域は、照射した軟X線レーザーの浸入長に一致する深さであるこことも確認した。軟X線レーザーによるアルミニウム表面に形成される改質構造は、新規のナノ構造形成プロセスとしても興味深い。このX線レーザーとアルミニウム表面との相互作用によって形成される改質領域については、理論計算により提唱されている破砕的モデルで説明することができる。

論文

Development of the X-ray interferometer and the method of temporal synchronization of X-ray and optical pulse

長谷川 登; 山本 稔*; 寺川 康太*; 錦野 将元; 越智 義浩; 南 康夫*; 富田 卓朗*; 河内 哲哉; 末元 徹

AIP Conference Proceedings 1465, p.23 - 27, 2012/07

 パーセンタイル:100

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面形状の過渡的な変化」の観測を行っている。固体表面を観測するのに適した波長を持つプラズマ軟X線レーザーをプローブ光源とした干渉計を開発し、これにポンプ光源としてチタンサファイアレーザーを組合せることで、「フェムト秒レーザー照射による金属表面のレーザーアブレーション」のナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測した。さらにX線レーザーとチタンサファイアレーザーの同期手法を改善し、同期精度を3ピコ秒以下に低減することに成功したので、これを報告する。

論文

Nanomodification of gold surface by picosecond soft X-ray laser pulse

Norman, G.*; Starikov, S.*; Stegailov, V.*; Fortov, V.*; Skobelev, I.*; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 保 智己*; 加藤 義章*; 石野 雅彦; et al.

Journal of Applied Physics, 112(1), p.013104_1 - 013104_8, 2012/07

 被引用回数:32 パーセンタイル:14.2(Physics, Applied)

It was shown experimentally the possibility of nanostructuring (about 20 nm) of gold surface by picosecond soft X-ray single pulse with low fluence of 20 mJ/cm$$^{2}$$. The nanometer-scale changes of the surface structure are due to the splash of molten gold under fluence gradient of the laser beam. In addition, the ablation process occurs at slightly higher fluence of 50 mJ/cm$$^{2}$$. The atomistic model of ablation is developed that reveals that the low threshold fluence of this process is due to the build-up of the high electron pressure and the comparatively low electron-ion energy relaxation rate in gold.

論文

Development of a compact high-spatiotemporal-quality Yb:YAG thin-disk laser system using an optical parametric preamplifier

桐山 博光; 鈴木 将之*; 大東 出; 岡田 大; 越智 義浩; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; 前田 純也*; 松岡 伸一*; et al.

レーザー研究, 40(2), p.143 - 145, 2012/02

光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)をベースにした非線形前置増幅器を用いた小型,高時間空間品質,高強度半導体レーザー励起Yb:YAG薄型ディスクチャープパルス増幅器の開発を行った。ストレッチャーでパルス幅を伸張されたチャープパルスは、OPCPA前置増幅器、及びYb:YAG主増幅器において、10Hzの繰り返し動作で100mJにまで増幅される。集光性能は、横方向では回折限界の1.1倍、縦方向では1.4と高い空間特性を有していることがわかった。また、470fsにまでパルス圧縮に成功するとともに、10$$^{-8}$$の高いコントラストを得ており、時間特性も優れた特性を示すことがわかった。

論文

Picosecond soft-X-ray laser interferometer for probing nanometer surface structure

越智 義浩; 寺川 康太*; 長谷川 登; 山本 稔*; 富田 卓朗*; 河内 哲哉; 南 康夫*; 錦野 将元; 今園 孝志; 石野 雅彦; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(1), p.016601_1 - 016601_3, 2012/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:47.92(Physics, Applied)

波長13.9nm,パルス幅7psの軟X線レーザーを用いたダブルロイズ型干渉計を開発し、深さ5nmの溝をシングルショットで撮像し、再生することに成功した。この干渉計の平面内、及び深さ方向の分解能はそれぞれ1.5$$mu$$m, 1nmよりも高く、固体表面におけるナノメートル級の過渡変位の診断への応用が期待される。

論文

Development of silver tape target system for high repetition X-ray laser

錦野 将元; 越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 永島 圭介

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.93 - 98, 2011/12

先進ビーム技術研究ユニットで開発した0.1Hz高繰り返しレーザーとテープターゲットシステムを用いて波長13.9nmの高繰り返し高コヒーレントX線レーザーの生成を行った。高繰り返しX線レーザー発生用に開発したテープターゲット装置は、テープターゲットの上下方向から張力をかけることによりレーザー照射面でのテープターゲットの平面一様性を向上させて、X線レーザーを発生させる。2台のテープターゲット装置を用いてダブルターゲット方式のX線レーザー発生実験を行った結果、銀コート固体ターゲットと比較して出力や指向性ビーム発散角が同程度であることを確認し、また、ビーム水平方向のポインティング安定性がテープターゲット装置を使うことにより向上したことを確認した。

論文

Source development and novel applications of laser-driven plasma X-ray lasers in JAEA

河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 岸本 牧; 越智 義浩; 田中 桃子; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.15 - 24, 2011/12

本講演では、原子力機構におけるレーザー駆動X線レーザーの光源開発及び利用研究に関する最新の成果を報告する。利用研究の対象は物質科学,レーザー加工,X線イメージング,生体細胞の放射線損傷等と多岐に渡っている。物質科学への応用に関しては、強誘電体の相転移直上での格子揺らぎの時間相関を初めて観測した。レーザー加工に関しては、短パルスレーザー照射時の試料表面電子融解現象をX線レーザー干渉計で観察した。軟X線回折イメージングに関しては、静止したサンプルの微細構造の観察結果とともに、将来的なポンププローブ観察への計画を紹介する。また、X線レーザーの集光性能を利用した細胞損傷効果の基礎実験では、DNAの2本鎖切断の観察結果とKeV領域のインコヒーレントX線照射の場合との比較を議論する。

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