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Koga, J. K.; 森 道昭; 小瀧 秀行; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 桐山 博光; 神門 正城
AIP Conference Proceedings 1721, p.050003_1 - 050003_8, 2016/03
In this talk I will discuss our participation in the ImPACT project, which has as one of its goals, the development an ultra-compact electron accelerator using lasers (
1 GeV, 10 m) and generation of an X-ray beam from the accelerated electrons. Within this I will discuss our investigation into electron beam monitoring and control. Since laser accelerated electrons will be used for X-ray beam generation combined with an undulator, I will present investigation into the possibilities of the improvement of electron beam emittance through cooling.
Oks, E.*; Dalimier, E.*; Faenov, A.*; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; Andreev, A.*; Koga, J. K.; 榊 泰直; 小瀧 秀行; Pirozhkov, A. S.; et al.
Optics Express (Internet), 23(25), p.31991 - 32005, 2015/12
被引用回数：7 パーセンタイル：38.91(Optics)フェムト秒高強度レーザーをアルゴンクラスターターゲットに照射して生成したプラズマから発生したアルゴンXVIIスペクトルサテライト線のライン形状を詳細に解析することにより、プラズマ中で非線形現象が起こっていることを明らかにし、その結果、照射レーザー光の第二次高調波(SHG)が発生していることを解明した。サテライト線解析の新しい理論を構築し、入射レーザー光の2 %がSHGに変換されていることを明らかにした。この実験結果は、二次元粒子コードを用いたシミュレーション結果とも良い一致を示した。
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：6 パーセンタイル：45.25(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.
桐山 博光; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 今 亮; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 金崎 真聡*; et al.
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 21(1), p.1601118_1 - 1601118_18, 2015/01
被引用回数：60 パーセンタイル：95.3(Engineering, Electrical & Electronic)原子力機構で開発を進めているペタワット級超高強度レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の詳細な設計、動作特性、及び将来計画についての報告を招待論文(Invited paper)として行う。また、高い制御性を有する本レーザーシステムによる代表的な成果として、粒子加速、高輝度X線発生などの研究成果についても報告を行う。
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.
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：81.06(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
W/cm
) femtosecond (
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.
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。
Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 砂原 淳*; 守田 利昌; 錦野 将元; 影山 慶*; 長友 英夫*; 西原 功修; 匂坂 明人; 小瀧 秀行; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 745, p.150 - 163, 2014/05
被引用回数：45 パーセンタイル：96.33(Instruments & Instrumentation)When a finite contrast petawatt laser pulse irradiates a micron-thick foil, a prepulse creates a preplasma, where an ultrashort relativistically strong portion of the laser pulse acquires higher intensity due to relativistic self-focusing and undergoes fast depletion transferring energy to fast electrons. If the preplasma thickness is optimal, the main pulse can reach the target generating fast ions more efficiently than an ideal, infinite contrast, laser pulse. The optimal conditions for hundreds of MeV ion acceleration are found with accompanying effects important for diagnostics, including high-order harmonics generation.
桐山 博光; 森 道昭; 岡田 大; 下村 拓也; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; 余語 覚文; 匂坂 明人; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015095_1 - 015095_5, 2014/03
原子力機構関西光科学研究所で開発を進めている高コントラスト、ペタワット級チタンサファイアチャープパルス増幅(CPA)レーザーシステムの設計及び動作特性について報告を行う。2つの可飽和吸収体と低利得光パラメトリックチャープパルス増幅手法(OPCPA)を用いた前置増幅器を用いることで、サブナノ秒の時間領域において1.4
10
の高いコントラストを達成した。最終段増幅器出力は28Jであり、パルス圧縮を行うことで、600TWの高いピーク出力がポテンシャルとして可能である。また、0.1Hzの繰り返しでペタワット以上の出力が可能なシステムへのアップグレードについても簡素に報告する。
森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 桐山 博光; 岡田 大; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. V.; 近藤 公伯; Bolton, P.
JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015094_1 - 015094_6, 2014/03
レーザープラズマ電子加速のイオン化ステージ制御法における電子線発生において適切、もしくは不適切なガスターゲットについて報告する。4TW・40fsのピーク出力及びパルス幅のレーザーをビームは、910
W/cm
の強度でターゲットに照射した。実験では、ネオンとアルゴンを用いてこの電子線生成の調査を行った。アルゴンターゲットにおいて、高エネルギー電子線は510cm
の中性ガス密度の閾値で観測した。一方、ネオンでは中性ガス密度を510cmから510
cmまでスキャンしたものの、顕著な高エネルギー電子(1MeV, 1pC)は観測されなかった。この結果を考察するために光プローブを用いて励起レーザーの挙動を調査した。その結果、特にアルゴンターゲットで観察した強力なレーザー・チャンネルの構造が、ネオンにおいて生じていないことを確認した。さらに、光線追跡計算から、イオン化のスロープ部分での屈折効果によって相対論的自己収束が妨げられていることがわかった。
林 由紀雄; Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; 小倉 浩一; 小瀧 秀行; 桐山 博光; 岡田 大; 後藤 秀樹*; 西川 正*
Laser and Particle Beams, 31(3), p.419 - 425, 2013/09
被引用回数：1 パーセンタイル：4.63(Physics, Applied)レーザークラスター相互作用で発生するX線の強度を増加させるためには、X線生成強度のクラスターサイズ依存性を理解することが重要である。クラスター半径を背圧で制御可能なコニカルノズルを用いて、われわれはXe K殻X線生成実験を試みた。その結果クラスター半径が8から12nmに増加するにつれてX線強度は増加し、12から17nmでほとんど強度が飽和することがわかった。またX線強度のレーザー強度依存性を調べ、X線生成の閾値強度が210と510W/cmの間に存在することを明らかにした。
Giulietti, A.*; Andr
, A.*; Dobosz-Dufrnoy, S.*; Giulietti, D.*; 細貝 知直*; Koester, P.*; 小瀧 秀行; Labate, L.*; Levato, T.*; Nuter, R.*; et al.
Physics of Plasmas, 20(8), p.082307_1 - 082307_6, 2013/08
被引用回数：7 パーセンタイル：30.26(Physics, Fluids & Plasmas)A 65-fs, 800-nm, 2-TW laser pulse propagating through a Nitrogen gas jet has been experimentally studied by 90
Thomson scattering. Time-integrated spectra of scattered light show unprecedented broadening towards the blue which exceeds 300 nm. Images of the scattering region provide for the first time a space- and time-resolved description of the process leading quite regularly to such a large upshift. The mean shifting rate was as high as 
/fs, never observed before. Interferometry shows that it occurs after partial laser defocusing. Numerical simulations prove that such an upshift is consistent with a laser-gas late interaction, when laser intensity has decreased well below relativistic values (
) and ionization process involves most of the laser pulse. This kind of interaction makes spectral tuning of ultrashort intense laser pulses possible in a large spectral range.
桐山 博光; 下村 拓也; 森 道昭; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; et al.
Applied Sciences (Internet), 3(1), p.214 - 250, 2013/03
被引用回数：15 パーセンタイル：50(Chemistry, Multidisciplinary)ペタワット級超高強度レーザーの利用研究に向けてのレーザー高度化技術開発として、原子力機構で開発を進めている高度に時間・空間制御されたペタワット(PW)級チタンサファイアチャープパルス増幅レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の紹介を、招待論文(Invited paper)として行う。また、本レーザーシステムにより創出された粒子加速、高輝度X線発生などの研究成果についても報告を行う。
水田 好雄*; 細貝 知直*; 益田 伸一*; Zhidkov, A.*; 牧戸 啓悟*; 中新 信彦*; 梶野 祥平*; 西田 明憲*; 神門 正城; 森 道昭; et al.
Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(12), p.121301_1 - 121301_10, 2012/12
被引用回数：21 パーセンタイル：72.39(Physics, Nuclear)Laser wakefield acceleration 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. We conducted experiments for controllable electron bunch generation. Short-lived, 
10 ps, deep plasma channels, with their lengths of 1 mm and diameters of 20 
m, are observed and characterized in Ar gas jets irradiated by moderate intensity, 10
W/cm, laser pulses with a duration from subpicosecond to several picoseconds. The channels, upon 2D particle-in-cell simulations including ionization, fit well in the guiding of high intensity femtosecond laser pulses and, therefore, in laser wakefield acceleration with a controllable electron self-injection.
小瀧 秀行; 森 道昭; 林 由紀雄; 神門 正城; 大東 出; 福田 祐仁; Pirozhkov, A. S.; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.
Problems of Atomic Science and Technology, (82), p.134 - 138, 2012/12
Laser wakefield acceleration 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. We conducted experiments for stable electron bunch generation. When the target was nitrogen, the position and the energy were stable due to the long channel length. We have succeeded in generating a stable 40 MeV electron bunch for optimum plasma density. The electron beam oscillates in the electric field of the laser pulse. In energy space, the oscillation can be observed, and the electron energy spectrum can be converted to the electron pulse width. We have succeeded a measurement of the oscillation. The wave structure of the energy spectrum depends on the laser frequency. The pulse width (FWHM) of the electron is 1.5-cycles at a wavelength of 800 nm. The pulse width is 1.7 fs (rms).
小瀧 秀行
レーザー研究, 40(11), p.814 - 818, 2012/11
レーザーとプラズマとの相互作用によりプラズマ中にプラズマ波を生成し、そのプラズマ波により電子を加速できる(レーザー電子加速)。レーザー電子加速により生成した電子ビームを応用研究に用いるには、電子ビームエネルギーや電荷量・ポインティング等の電子ビーム特性の安定化とそのコントロールが必要である。2レーザーパルス衝突によりプラズマ電子の入射をコントロールし、レーザー加速電子ビームの安定化及びコントロールを行う方法について紹介する。
Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Pikuz, S. A.*; Fortov, V. E.*; 福田 祐仁; 林 由紀雄; Pirozhkov, A. S.; 小瀧 秀行; 下村 拓也; et al.
Laser and Particle Beams, 30(3), p.481 - 488, 2012/09
被引用回数：11 パーセンタイル：43.57(Physics, Applied)It is shown that various spectroscopic methods based on measurements of X-ray spectra radiated from cluster targets can be used for estimation of the destruction degree of clusters by laser prepulses. These methods allow answering the important issue of preservation of the dense cluster core at the moment of the arrival of the main laser pulse. In addition, they can be used for quantitative estimation of the size of the undestroyed parts of the clusters and also for measuring the temperature and density of the preplasmas produced by the laser prepulses.
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：46.45(Physics, Applied)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.
Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; 神門 正城; 桐山 博光; Koga, J. K.; 近藤 公伯; 小瀧 秀行; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. S.*; et al.
AIP Conference Proceedings 1465, p.87 - 96, 2012/07
被引用回数：1 パーセンタイル：46.45(Physics, Applied)In the experiments on the collision of laser light and high intensity electromagnetic pulses generated by relativistic flying mirrors, with electron bunches produced by a conventional accelerator and with laser wake field accelerated electrons the studying of extreme field limits in the nonlinear interaction of electromagnetic waves is proposed. The regimes of dominant radiation reaction, which completely changes the electromagnetic wave-matter interaction, will be revealed. This will result in a new powerful source of high brightness 
-rays. A possibility of the demonstration of the electron-positron pair creation in vacuum in a multi-photon processes can be realized. This will allow modeling under terrestrial laboratory conditions neutron star magnetospheres, cosmological ray bursts and the Leptonic Era of the Universe.
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(Physics, Applied)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。
