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論文

Aperiodic multilayer structures in soft X-ray optics

Pirozhkov, A. S.; Ragozin, E. N.*

Physics-Uspekhi, 58(11), p.1095 - 1105, 2015/11

 被引用回数:27 パーセンタイル:55.97(Physics, Multidisciplinary)

This paper reviews a series of studies that address the development and application of aperiodic multilayer structures (aperiodic multilayer mirrors) as soft X-ray (SXR) ($$lambda approx$$ 4-40 nm) optical elements. The paper discusses the potential of such structures for reflecting SXR radiation in a broad wavelength range, primarily at normal radiation incidence; and as polarization elements (broadband polarizer mirrors and phase shifters). Also, the capabilities of aperiodic structures as elements of attosecond SXR optics are discussed.

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:30 パーセンタイル:81.22(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

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

 被引用回数:1 パーセンタイル:46.55

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

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.13

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.13

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:69 パーセンタイル:90.79(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

Coherent X-ray generation in relativistic laser - gas jet interactions

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; Koga, J. K.; 桐山 博光; et al.

Proceedings of SPIE, Vol.8140, p.81400A_1 - 81400A_16, 2011/10

We present experimental results, theory, and simulations demonstrating two novel sources of coherent X-ray radiation generated in the relativistic laser ($$>$$ 10$$^{18}$$ W/cm$$^{2}$$) interaction with easily accessible, repetitive, and debris-free gas jet targets. The first source, demonstrated with the 9 TW J-KAREN laser (JAEA), is based on a relativistic mirror reflecting a counter-propagating laser pulse. The second source, demonstrated with the laser power ranging from 9 to 170 TW in experiments with the J-KAREN (JAEA) and Astra Gemini (CLF, RAL) lasers, is based on high order harmonics generation by relativistic-irradiance lasers interacting with underdense plasmas.

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:10.44(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

Enhancement of photon number reflected by the relativistic flying mirror

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 川瀬 啓悟; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 桐山 博光; 岡田 大; 大東 出; 亀島 敬; 林 由紀雄; et al.

Physical Review Letters, 103(23), p.235003_1 - 235003_4, 2009/12

 被引用回数:96 パーセンタイル:93.66(Physics, Multidisciplinary)

Laser light reflection by a relativistically moving electron density modulation (flying mirror) in a wake wave generated in a plasma by a high intense laser pulse is investigated experimentally. A counter-propagating laser pulse is reflected and up shifted in frequency with a multiplication factor of 37-66, corresponding to the extreme ultraviolet wavelength. The demonstrated flying mirror reflectivity (from 3$$times$$10$$^{-6}$$ to 2$$times$$10$$^{-5}$$, and from 1.3$$times$$10$$^{-4}$$ to 0.6$$times$$10$$^{-3},$$ for the photon number and pulse energy, respectively) is close to the theoretical estimate for the parameters of experiment.

論文

Experimental studies of the high and low frequency electromagnetic radiation produced from nonlinear laser-plasma interactions

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 福田 祐仁; Esirkepov, T. Z.; 大東 出; 川瀬 啓悟; Ma, J. L.*; Chen, L. M.*; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

European Physical Journal D, 55(2), p.465 - 474, 2009/09

 被引用回数:18 パーセンタイル:64.11(Optics)

高強度レーザーとプラズマの非線型な相互作用により、高エネルギーの粒子やX線からTHz領域までの光子が生成される。われわれの高周波電磁放射生成方法は、高強度超短パルスレーザーにより作られる航跡波に近赤外のレーザー光を相互作用させるものである。この飛翔鏡の原理検証実験についてレビューを行う。また、われわれの実験では同時に、低周波の電磁波生成も観測している。これはプラズマ中に生成されるソリトンからの電磁放射であると認識している。ソリトンは、不足密度プラズマ中で生成され、レーザー光のエネルギーの一部をレーザーと同一の偏光の低周波電磁波として閉じこめ、プラズマと真空の境界で電磁放射を行うものである。このソリトンからの低周波電磁波を偏光分解計測した結果を報告する。

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

XUV and IR electromagnetic radiation from nonlinear laser-plasma interaction

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 福田 祐仁; Esirkepov, T. Z.; 大東 出; 川瀬 啓悟; Ma, J.-L.; Chen, L.-M.; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

Harnessing Relativistic Plasma Waves as Novel Radiation Sources from Terahertz to X-Rays and Beyond (Proceedings of SPIE Vol.7359), p.73590K_1 - 73590K_11, 2009/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07

Electromagnetic wave generation at the extreme ultraviolet (XUV) and infrared (IR) wavelength range is described through the interaction of intense short laser pulses with underdense plasmas. XUV pulses are generated through a laser light reflection from a relativistically moving electron dense shells (flying mirrors). A proof-of-principle and an advanced experiment of flying mirrors are presented. Both of the experiments demonstrated light reflection and frequency upshift in the XUV wavelength range (14-20 nm). The advanced experiment with a head-on collision of two laser pulses exhibited the high reflected photon number. IR radiation, which is observed in the forward direction, has the wavelength of 5 $$mu$$m and the same polarization as the driving laser dominantly. The source of the IR radiation is attributed to emission from relativistic solitons formed in underdense plasma.

論文

XUV diagnostics of preformed plasma in laser-driven proton acceleration experiments

Ragozin, E. N.*; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; Ma, J.-L.; 小倉 浩一; 織茂 聡; 匂坂 明人; 森 道昭; Li, Z.*; 西内 満美子; et al.

Proceedings of 11th Annual Symposium of Nanophysics and Nanoelectronics (Internet), 2 Pages, 2007/03

We demonstrated that the preformed plasma in the relativistic laser-matter interaction can be monitored using XUV multilayer mirrors coupled to fast photodiodes and back-illuminated CCD. In particular, it was demonstrated that the temporal shape of the XUV plasma emission depends on the duration of ASE pedestal, which can be used for the diagnostics.

論文

Design, fabrication, and study of wideband multilayer X-ray mirrors

Kozhevnikov, I. V.*; Voronov, A. S.*; Roshchin, B. S.*; Asadchikov, V. E.*; Mednikov, K. N.*; Pirozhkov, A. S.; Ragozin, E. N.*; Wang, Z.*; Zhong, Z.*; Wang, F.*

Crystallography Reports, 51(6), p.1075 - 1081, 2006/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.77(Crystallography)

Multilayer depth-graded (aperiodic) W/Si and W/B$$_4$$C mirrors with a period changing over depth have been designed, fabricated, and investigated. The mirrors have almost constant reflectance (from 25 to 35% for different mirrors) at a wavelength of 0.154 nm in a wide range of grazing angles (the reflection bandwidth ranges from 0.25$$^{circ}$$ to 0.4$$^{circ}$$). It is shown that the main reason for the distortions observed on the plateau of the reflection curve is incorrect consideration of the interlayers formed at the interface of neighboring films during fabrication of the structures. The mirrors with sharp interfaces (for example, WSi$$_2$$/Si) are preferential for practical purposes.

論文

Extreme ultraviolet diagnostics of preformed plasma in laser-driven proton acceleration experiments

Ragozin, E. N.*; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; Ma, J.-L.; 小倉 浩一; 織茂 聡; 匂坂 明人; 森 道昭; Li, Z.*; 西内 満美子; et al.

Review of Scientific Instruments, 77(12), p.123302_1 - 123302_6, 2006/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:40.87(Instruments & Instrumentation)

フェムト秒パルスチタンサファイヤレーザー装置JLITE-Xを用いて、厚さ5ミクロンのチタン薄膜ターゲットからのプロトン加速実験を行ったので報告する。波長13.5ナノメートルのプラズマ発光を湾曲多層膜ミラーを用いて測定した。ここでは、薄膜の表面と裏面でのプラズマイメージを硬X線フォトダイオードと軟X線CCDカメラで測定した。また、飛行時間オンライン分析法によって、加速されたプロトンの同時計測を行った。高速プロトンの発生とXUVプラズマ発光の間に強い相関性が見いだされた。とくに、長いレーザープリパルスの誘起するXUVプラズマ発光が測定されたとき、プロトンのエネルギーが減少する結果が得られた。これは高強度レーザー-薄膜相互作用測定装置としてXUV発光が有用であることを意味する。

論文

Aperiodic X-ray multilayer mirrors and their application in plasma spectroscopy

Levashov, V. E.*; Mednikov, K. N.*; Pirozhkov, A. S.; Ragozin, E. N.*

Radiation Physics and Chemistry, 75(11), p.1819 - 1823, 2006/11

 被引用回数:17 パーセンタイル:74.73(Chemistry, Physical)

We discuss the potentialities of aperiodic multilayer structures for the reflection of XUV radiation, including attooptical applications. Pilot samples of aperiodic normal-incidence broadband focusing multilayer mirrors are employed in a stigmatic transmission grating spectrograph with an operating range of 12.5-30 nm. This spectrograph was used to study (1) the XUV spectra arising from the charge exchange of laser-produced plasma ions with rare-gas (Xe, Kr, He) jet atoms, (2) a debris-free Xe-jet plasma XUV source driven by Nd-laser pulses.

論文

Optimisation of a laser-plasma soft X-ray source excited in a pulsed xenon jet

Levashov, V. E.*; Mednikov, K. N.*; Pirozhkov, A. S.; Ragozin, E. N.*

Quantum Electronics, 36(6), p.549 - 552, 2006/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:60.83(Engineering, Electrical & Electronic)

A "clean" (debris-free) pulsed soft X-ray (12.5 - 25 nm) source excited by nanosecond neodymium laser pulses in a pulsed xenon jet was optimised. The source efficiency in the $$ lambda < 15$$ nm range is improved due to the weakening of photoabsorption in the peripheral regions of the gas jet in going over to the supersonic regime of xenon gas flow into vacuum, as well as due to the laser beam focusing onto the plateau edge in the radial gas density profile nearest to the observer. The source efficiency at 13.5 nm is 0.22% into a solid angle of 2$$pi$$ sr into a 0.5 nm band.

口頭

Laser wake wave as a relativistic flying mirror

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

no journal, , 

A laser-driven strongly nonlinear wake wave near wave breaking can act as a partially reflecting relativistic mirror (the flying mirror). Such a mirror directly converts low-frequency counter-propagating radiation into high-frequency radiation, with a frequency multiplication factor proportional to the $$gamma$$-factor squared. We present results of theoretical and experimental studies of a new coherent high-frequency radiation source based on the light reflection from the relativistic flying mirror. This source 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. We also discuss the non-trivial characteristics of the reflected radiation caused by the relativistic dynamics of the curved flying mirror.

口頭

レーザー・プラズマが作る電子密度変調からの電磁波の反射と周波数上昇; アト秒コヒーレントX線源の実現に向けて

神門 正城; 福田 祐仁; Pirozhkov, A. S.; Ma, J.*; Chen, L.*; Esirkepov, T. Z.; 小倉 浩一; 本間 隆之; 林 由紀雄; Bulanov, S. V.; et al.

no journal, , 

われわれは、アト秒,高強度,コヒーレントX線を作り出す新しい手法を紹介する。この方法では、高強度・超短パルスレーザーによって不足密度プラズマ中に励起されるプラズマ電子変調を利用する。この電子変調は、航跡波とも呼ばれ、これが壊れようとするときに入射されるレーザーを部分的に反射する飛翔鏡として作用する。この飛翔鏡によって反射された光は、ドップラー効果により周波数は上昇し、時間幅は圧縮され、入射レーザー光の持つコヒーレンス性を受け継ぐ。われわれは、この飛翔鏡の原理の検証実験について示し、将来のX線源としての可能性を議論する。

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