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論文

Revealing the second harmonic generation in a femtosecond laser-driven cluster-based plasma by analyzing shapes of Ar XVII spectral lines

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:6 パーセンタイル:40.44(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。

論文

Direct observation of the pulse width of an ultrashort electron beam

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:50.68(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.

論文

High-contrast, high-intensity petawatt-class laser and applications

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:53 パーセンタイル:96.55(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。

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:25 パーセンタイル:81.51(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

Current status and future prospects of "J-KAREN"; High contrast, high intensity laser for studying relativistic laser-matter interactions

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$$times$$10$$^{12}$$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。

論文

Minimum condition of target gas material at an ionization-stage control scheme in a laser-plasma electron acceleration

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、9$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$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5$$times$$10$$^{18}$$cm$$^{-3}$$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5$$times$$10$$^{18}$$cm$$^{-3}$$から5$$times$$10$$^{19}$$cm$$^{-3}$$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。

論文

High-resolution crystal structure of copper amine oxidase from ${it Arthrobacter globiformis}$; Assignment of bound diatomic molecules as O$$_{2}$$

村川 武志*; 林 秀行*; 角南 智子; 栗原 和男; 玉田 太郎; 黒木 良太; 鈴木 守*; 谷澤 克行*; 岡島 俊英*

Acta Crystallographica Section D, 69(12), p.2483 - 2494, 2013/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:60.68(Biochemical Research Methods)

アルスロバクター-グロビフォルミス由来銅アミン酸化酵素の結晶構造を抗凍結剤として低分子ポリエチレングリコール(LMW PEG; 平均分子量$$sim$$200)を用いて1.08${AA}$分解能で決定した。最終的な結晶構造学的$$R$$因子と$$R$$$$_{rm free}$$値は、それぞれ13.0%と15.0$$%$$であった。LMW PEGの幾つかの分子は、活性部位を含むタンパク質内部の空洞を占めており、それが分子全体の温度因子の著しい低下をもたらし、結果として、単量体分子量が約70,000と比較的大きなタンパク質にも拘わらず原子分解能の構造に至ったことがわかった。推定される全水素原子の約40%は、$$F$$$$_{rm o}$$-$$F$$$$_{rm c}$$差図中に明確な電子密度を持って観察され、複数のマイナーな配座異性体も多くの残基に対して同定された。また、翻訳後に誘導されたキノン補因子と銅原子を含む活性部位における異方的な変位の揺らぎを見積った。さらに、複数の二原子分子、恐らく分子性酸素がタンパク質と結合し、そのうちの一つは二量体界面の中央に位置する空洞から活性部位まで基質である二原子酸素のための進入経路として以前から提案されている領域に位置していた。

論文

Xe K-shell X-ray generation using conical nozzle and 25 TW laser

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:5.34(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2$$times$$10$$^{17}$$と5$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^2$$の間に存在することを明らかにした。

論文

Ultra-intense, high spatio-temporal quality petawatt-class laser system and applications

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:13 パーセンタイル:53.78(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。

論文

Splash plasma channels produced by picosecond laser pulses in argon gas for laser wakefield acceleration

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:18 パーセンタイル:71.87(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, $$sim$$10 ps, deep plasma channels, with their lengths of $$sim$$1 mm and diameters of $$sim$$20 $$mu$$m, are observed and characterized in Ar gas jets irradiated by moderate intensity, $$sim$$10$$^{15-16}$$ W/cm$$^2$$, 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.

論文

Stability improvement of a laser-accelerated electron beam and the pulse width measurement of the electron beam

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).

論文

X-ray spectroscopy diagnoses of clusters surviving under prepulses of ultra-intense femtosecond laser pulse irradiation

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:8 パーセンタイル:37.83(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.

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:49.39

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

Extreme field limits in the interaction of laser light with ultrarelativistic electrons

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:49.39

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 $$gamma$$-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 $$gamma$$ ray bursts and the Leptonic Era of the Universe.

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

High flux laser-Compton scattered $$gamma$$-ray source by compressed Nd:YAG laser pulse

大東 出; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 静間 俊行; 早川 岳人; 羽島 良一; 大垣 英明*

Proceedings of 3rd International Particle Accelerator Conference (IPAC '12) (Internet), p.4124 - 4126, 2012/05

原子力機構と京都大学では核テロ防止を目的とした、貨物コンテナ中に隠された核物質の非破壊検知システムの開発を行っている。このシステムでは核物質の共鳴準位に合わせたエネルギーを持つレーザーコンプトン散乱(LCS)による単色$$gamma$$線を用い、コンテナ中に隠された核物質からのNuclear Resonant Fluorescenceからの$$gamma$$線を計測することにより、核物質の同位体の同定を行うことを可能とする。核物質検知に必要とされる$$gamma$$線量は毎秒3$$times$$10$$^{5}$$個程度と見積もられ、これは既に行われた原子力機構のマイクロトロンにおけるLCS-$$gamma$$線収量の100倍に相当する。必要とされる線量を達成するため、LCSに用いるNd:YAGレーザーのパルス幅(10ns)を誘導ブリユアン散乱(SBS)により200ps程度まで圧縮し、レーザー強度を上げることにより、$$gamma$$線収量の増強を図る。パルス圧縮されたNd:YAGレーザーと原子力機構マイクロトロン加速器からの150MeV電子ビームとを用い、400keVのLSC-$$gamma$$線の発生実験を行った。レーザーパルス圧縮と$$gamma$$線発生の実験結果について報告する。

論文

レーザー航跡場加速による高エネルギー電子の発生

神門 正城; 森 道昭; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 西村 博明*

大阪大学レーザーエネルギー学研究センター平成23年度共同利用・共同研究成果報告書, p.13 - 14, 2012/03

本研究は、大阪大学レーザーエネルギー学研究所で稼働が始まったLFEXレーザーを用いたレーザー航跡場加速による高エネルギー電子加速に関する共同研究報告である。平成24年度は、原子力機構で4TW級レーザーを用いて、安定な電子生成のパワー依存性しきい値を調べた。前年までに安定な電子が生成されることがわかっているアルゴンガスを用い、パワーを4.0TW, 3.6TWと変えて準単色電子ビーム生成の再現率を計測したところ、ガス密度があるしきい値以上ではほぼ100%の再現性であることがわかった。また、このしきい値は、レーザーパワーを上げることで下がることもわかった。また、将来のLFEXレーザーを用いた電子加速実験で用いる予定のサンプリングカロリメータの準備状況についても報告する。

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:64 パーセンタイル:91.71(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。

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