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論文

Low electron temperature in ablating materials formed by picosecond soft X-ray laser pulses

石野 雅彦; 長谷川 登; 錦野 将元; Pikuz, T.*; Skobelev, I. Y.*; Faenov, A.*; Inogamov, N.*; 河内 哲哉; 山極 満

X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.958904_1 - 958904_6, 2015/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:60.64

波長13.9nmを持つピコ秒軟X線レーザーパルスを集光照射すると、物質表面には多彩なアブレーション構造が形成される。軟X線レーザーによるアブレーション機構の解明を目指して、アブレーション物質からのプラズマ発光観察および電子温度の導出を試みた。アブレーションに伴う可視発光の観察から、アブレーションの継続時間を1,000ps以下と仮定したとき、軟X線レーザーによって加熱された物質の電子温度が1eV未満であることがわかった。また、導出した加熱物質の電子温度は、Warm Dense Matterと呼ばれる非平衡な物質状態の中でも特に低温領域にあることが判明した。発表ではアブレーション実験の現状についても述べる。

論文

The Observation of a transient surface morphology in the femtosecond laser ablation process by using the soft X-ray laser probe

長谷川 登; 錦野 将元; 富田 卓朗*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 井筒 類*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; et al.

X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.95890A_1 - 95890A_8, 2015/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:60.64

フェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブ計測法を開発し、フェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を開始している。レーザーアブレーション過程は、初期過程における変化が高速(~ピコ秒)である反面、粒子が飛散する過程はマイクロ秒程度と長い時間をかけて行われる。我々は、この様な現象を同一の装置で観測するため、ポンプ光とプローブ光を異なる発振器で発生させることで両者の遅延時間を数ピコ秒の時間精度を保ちつつ、マイクロ秒以上の幅広い時間に対応させた。今回は本システムを用いることで、金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程において、その初期(数ピコ秒)に金属表面から剥離した薄膜が、マイクロ秒程度まで膜としての形状を保持したまま膨張することを新たに見いだした。

論文

Hydrodynamics driven by ultrashort laser pulse; Simulations and the optical pump - X-ray probe experiment

Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; 長谷川 登; 錦野 将元; 山極 満; 石野 雅彦; Agranat, M. B.*; Ashitkov, S. I.*; Faenov, A. Y.*; Khokhlov, V. A.*; et al.

Applied Physics B, 119(3), p.413 - 419, 2015/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:40.44(Optics)

Spatial structures of ablative mass flow produced by femtosecond laser pulses are studied. In experiments with a gold film, the Ti:sap laser pulse having a focal size of 100 microns on a target was used, while a soft X-ray probe pulse was utilized for diagnostics. The experimental data are compared with simulated mass flows obtained by two-temperature hydrodynamics and molecular dynamics methods. Simulation shows evolution of a thin surface layer pressurized after electron-ion thermalization, which leads to melting, cavitation and formation of spallation liquid layer. The calculated asymptotic surface velocity of this layer as a function of fluence is in reasonably good agreement with experimental data.

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

Very low electron temperature in warm dense matter formed by focused picosecond soft X-ray laser pulses

石野 雅彦; 長谷川 登; 錦野 将元; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Y.*; Faenov, A.*; Inogamov, N. A.*; 河内 哲哉; 山極 満

Journal of Applied Physics, 116(18), p.183302_1 - 183302_6, 2014/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:36.01(Physics, Applied)

軟X線レーザーパルスによって物質表面で起こるアブレーション物質の電子温度の導出を試みた。アブレーションに伴って発生する可視発光の計測から、軟X線レーザーの照射によって加熱される物質の電子温度は、アブレーションの継続時間を100-1000psと仮定したとき、0.4-0.7eVと見積もることができた。導出した加熱物質の電子温度は、Warm Dense Matterと呼ばれる非平衡な物質状態の中でも極低温領域にあることが判明した。この結果から、軟X線レーザーによって物質表面で起こるアブレーションは、破砕的アブレーションの中でも明瞭なプラズマ発光を伴わない現象であると結論される。

論文

Surface nano-structuring produced by spallation of metal irradiated by an ultrashort laser pulse

Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; Ashitkov, S. I.*; Emirov, Y. N.*; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 石野 雅彦; 神門 正城; 長谷川 登; 錦野 将元; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 500(11), p.112070_1 - 112070_6, 2014/05

 被引用回数:20 パーセンタイル:99.16

超短パルスレーザーの照射によって金属表面に形成される構造とその形成機構についての報告である。複雑な形状のナノ構造はレーザーの照射によって融解した表面層の破砕的アブレーションによって形成されることが、実験結果および理論計算から示された。破砕的アブレーションは照射レーザーによって加熱融解された表面層の内部に形成される泡状構造の成長を伴っている。融解層はレーザーの照射後数ナノ秒後には凝固し、表面には泡状構造由来の複雑な形状のナノ構造が残ると考えられる。

論文

Atomic physics of relativistic high contrast laser-produced plasmas in experiments on Leopard laser facility at UNR

Safronova, A. S.*; Kantsyrev, V. L.*; Faenov, A. Y.; Safronova, U. I.*; Wiewior, P.*; Renard-Le Galloudec, N.*; Esaulov, A. A.*; Weller, M. E.*; Stafford, A.*; Wilcox, P.*; et al.

High Energy Density Physics, 8(2), p.190 - 195, 2012/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:38.12(Physics, Fluids & Plasmas)

The results of the recent experiments focused on study of X-ray radiation from multicharged plasmas irradiated by relativistic sub ps laser pulses on Leopard laser facility at UNR are presented. These shots were done under different experimental conditions related to laser pulse and contrast. In particular, the duration of the laser pulse was 350 fs or 0.8 ns and the contrast was varied. The thin laser targets made of a broad range of materials (from Teflon to iron and molybden to tungsten and gold) were utilized. Specifically, the new L-shell Fe spectral features indicating non-stationary ionization and hot electrons, K-shell Mg features with dielectronic satellites from high-Rydberg states, and the new K-shell F features with dielectronic satellites including exotic transitions from hollow ions are highlighted.

論文

Surface modifications of metals induced by soft X-ray laser pulse irradiations

石野 雅彦; Faenov, A. Y.*; 田中 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 保 智己*; Pikuz, T.; 大場 俊幸*; 海堀 岳史; 河内 哲哉

Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 7(2), p.147 - 151, 2012/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:31.02(Nanoscience & Nanotechnology)

軟X線レーザーによる金属表面加工への応用展開の可能性を探るために、波長13.9nm,パルス幅7psの軟X線レーザーパルスをアルミニウム,銅,金の各表面に集光照射した。照射後の試料表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、アルミニウム表面に銅や金の表面には見られない特異的な円錐状ナノ構造を持つ改質領域が形成されていることを見いだした。アルミニウム表面に形成される改質領域は、軟X線レーザーによる新規なナノ構造の創成として興味深い。このアルミニウム表面に形成される円錐状ナノ構造を利用することによって、立体構造の形成も可能になると考えられる。応用例としては、例えば触媒表面やX線回折素子等が考えられる。

論文

Generation of hard X rays by femtosecond laser pulse interaction with solid targets in atmosphere

Zhidkov, A. G.*; Pikuz, S. A.*; Faenov, A. Y.; Chefonov, O. V.*; Ovchinikov, A. V.*; Agranat, M. B.*; Zigler, A.*

Optics Letters, 37(5), p.884 - 886, 2012/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:19.94(Optics)

X ray radiation as high as 50 KeV, including K-shell spectra of Ba, have been observed during the interaction of low energy 0.65 mJ, 1 kHz femtosecond laser pulses focused on the solid target in air of atmospheric pressure. Possible mechanism of such generation by energetic electrons produced when the field strength in laser pulse wake exceeds the runaway threshold in air is considered. Multidimensional particle-in-cell simulations including optical field ionization of air confirm this mechanism.

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。

論文

Ablation of insulators under the action of short pulses of X-ray plasma lasers and free-electron lasers

Inogamov, N. A.*; Anisimov, S. I.*; Petrov, Y. V.*; Khokhlov, V. A.*; Zhakhovskii, V. V.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; Fortov, V. E.*; Skobelev, I. Y.*; 加藤 義章*; et al.

Journal of Optical Technology, 78(8), p.473 - 480, 2011/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:31.11(Optics)

An experimental and theoretical study has been carried out of the ablation of a solid insulator with a wide band gap (LiF) under the action of ultrashort laser pulses of the UV range, obtained in a free-electron laser, and the soft X-ray region, obtained in a silver-plasma laser. A comparison is made of the results obtained on the two laser systems. It is shown that the ablation threshold is about the same for both lasers. A theory is presented that explains the weak growth of the ablation mass with increasing surface energy density of the laser radiation (the fluence) in the case of X-ray lasers as a result of the transition from spallation close to the ablation threshold to evaporative ablation at high fluence values.

論文

Two-temperature warm dense matter produced by ultrashort Extreme Vacuum Ultraviolet-Free Electron Laser (EUV-FEL) pulse

Inogamov, N. A.*; Faenov, A. Ya.*; Zhakhovsky, V. V.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Yu.*; Petrov, Y. V.*; Khokhlov, V. A.*; Shepelev, V. V.*; Anisimov, S. I.*; Fortov, V. E.*; et al.

Contributions to Plasma Physics, 51(5), p.419 - 426, 2011/06

 被引用回数:19 パーセンタイル:67.23(Physics, Fluids & Plasmas)

極短パルス,極端紫外自由電子レーザー(EUV-FEL)パルス(波長:50nm,パルス幅:100fs)をフッ化リチウム(LiF)のような誘電体に照射することで、結晶状態にあるLiFの破砕現象を初めて観測した。低フルーエンスの場合ではLiFの破砕現象が起こり、これがLiFの低いアブレーション閾値の原因となっていることを明らかにした。同様の現象は、ピコ秒パルスの関西光科学研究所X線レーザー装置を用いた実験でも観測されている。この破砕現象は、ナノ秒パルスのX線レーザー装置では観測されておらず、フェムト$$sim$$ピコ秒パルス特有の現象であることをモデル計算から明らかにした。

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:53.57(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

Laser ablation of gold; Experiment and atomistic simulation

Starikov, S. V.*; Stegailov, V. V.*; Norman, G. E.*; Fortov, V. E.*; 石野 雅彦; 田中 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 大場 俊幸*; 海堀 岳史; et al.

JETP Letters, 93(11), p.642 - 647, 2011/04

 被引用回数:23 パーセンタイル:76.19(Physics, Multidisciplinary)

The interaction of radiation of a picosecond X-ray laser (wavelength $$lambda$$ = 13.9 nm) with targets made of a thick gold film has been studied theoretically and experimentally. It has been shown experimentally that the action of individual X-ray laser pulses with a fluence of $$F$$ $${approx}$$ 21 mJ/cm$$^{2}$$ initiates the nanostructuring of the gold surface. Explicitly taking into account the electron subsystem, we have proposed an atomistic model of ablation that makes it possible to adequately described the experimental results. The atomistic simulation involves the ion-ion potential depending on the electron temperature $$T$$$$_{e}$$. The use of such a potential makes it possible to take into account an increase in the pressure in the system with increasing $$T$$$$_{e}$$ and to reveal two laser ablation mechanisms.

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:11 パーセンタイル:43.19(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

Spallative ablation of dielectrics by X-ray laser

Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; Faenov, A. Ya.*; Khokhlov, V. A.*; Shepelev, V. V.*; Skobelev, I. Y.*; 加藤 義章*; 田中 桃子; Pikuz, T. A.*; 岸本 牧; et al.

Applied Physics A, 101(1), p.87 - 96, 2010/10

 被引用回数:30 パーセンタイル:76.37(Materials Science, Multidisciplinary)

A short laser pulse in wide range of wavelengths, from infrared to X-ray, disturbs electron-ion equilibrium and increases pressure in a heated layer. The case where the pulse duration $$tau$$$$_{L}$$ is shorter than acoustic relaxation time $$t$$$$_{s}$$ is considered. It is shown that this short pulse may cause thermomechanical phenomena such as spallative ablation regardless of wavelength. While the physics of electron-ion relaxation strongly depends on wavelength and various electron spectra of substances. There are spectra with an energy gap in semiconductors and dielectrics opposed to gapless continuous spectra in metals. The paper describes entire sequence of thermomechanical processes from expansion, nucleation, foaming, and nanostructuring to spallation with particular attention to spallation by X-ray pulse.

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:36.82(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

Interaction of short laser pulses in wavelength range from infrared to X-ray with metals, semiconductors, and dielectrics

Inogamov, N. A.*; Faenov, A. Ya.*; Zhakhovskii, V. V.*; Skobelev, I. Y.*; Khokhlov, V. A.*; 加藤 義章*; 田中 桃子; Pikuz, T. A.*; 岸本 牧; 石野 雅彦; et al.

Contributions to Plasma Physics, 51(4), p.361 - 366, 2010/05

 被引用回数:19 パーセンタイル:67.23(Physics, Fluids & Plasmas)

Laser-matter interaction is defined by an electric band structure of condensed matter and frequency of electromagnetic radiation. The thermalization processes are different for optical as compared with X-ray quanta and for metals relative to semiconductors and dielectrics, since the light absorption and electron-electron, electron-ion dynamics are sensitive to the electron population in a conduction band and the width of a forbidden gap. Although the thermalization processes are different, the final state is simply a heated matter. Laser heating creates powerful stresses in a target if duration of laser pulse $$tau$$$$_{L}$$ is short in acoustic time scale. Nucleation and material removal take place under such stresses. Such way of removal is called here the spallative ablation. Thus the spallative ablation is an ablation mechanism universally important for qualitatively different materials and quanta.

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:11.33(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。

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