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論文

Insertable pulse cleaning module with a saturable absorber pair and a compensating amplifier for high-intensity ultrashort-pulse lasers

余語 覚文; 近藤 公伯; 森 道昭; 桐山 博光; 小倉 浩一; 下村 拓也; 井上 典洋*; 福田 祐仁; 榊 泰直; 神野 智史; et al.

Optics Express (Internet), 22(2), p.2060 - 2069, 2014/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.84(Optics)

We demonstrate the performance of an efficient insertable pulsecleaning module that uses a saturable absorber pair with a compensatingmulti-pass amplifier. The module is implemented with a conventional CPATi:sapphire laser system. It suppresses the amplified spontaneous emission (ASE) level of the pulse pedestal by about three orders of magnitude whilepreserving the output pulse energy and repetition-rate of the overall lasersystem. The effectiveness of the cleaning module is confirmed in laserdrivenproton acceleration experiments. At the 10$$^{9}$$ W/cm$$^{2}$$ pedestal level, the surface structure and electrical resistivity of an insulator target (100 nmsilicon nitride) are preserved prior to the arrival of the intense ultrashortpulse.

論文

Spectroscopic characterization of ultrashort laser driven targets incorporating both Boltzmann and particle-in-cell models

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J.*; Csanak, G.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹*; 山川 考一; et al.

High-Power Laser Ablation VII (Proceedings of SPIE Vol.7005), p.70051R_1 - 70051R_11, 2008/06

A model that solves simultaneously both the electron and atomic kinetics was used to generate synthetic X-ray spectra to characterize high intensity ultrashort-laser-driven target experiments. A particle-in-cell simulation was used to model the laser interaction for both cluster and foil targets and provided the initial electron energy distribution function (EEDF) for a Boltzmann solver. Though this model suggests that both Ar cluster and Ti foil plasmas are held in a highly non-equilibrium state for both the EEDF and the ion level populations for several picoseconds, the spectral line features of the foil experiment was shown to evolve too quickly to be seen by current ultrafast time resolved spectrometers.

論文

Ultrarelativistic electron generation during the intense, ultrashort laser pulse interaction with clusters

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 林 由紀雄; 本間 隆之; 井上 典洋*; 神門 正城; 金沢 修平; 桐山 博光; 近藤 修司; et al.

Physics Letters A, 363(2-3), p.130 - 135, 2007/02

高強度レーザー励起航跡場による電子加速は、レーザープラズマ加速器の原理検証や極短パルスX線源開発にとって重要な役割を果たしている。最近、準単色の電子発生が報告され注目を浴びているが、電子注入過程のコントロールによる準単色電子のエネルギー制御と安定化が今後の研究課題となっている。本研究では、強光子場中でのクラスター媒質を用いた電子加速実験を行い、レーザープラズマ加速におけるクラスターの役割について調べた。その結果、クラスター媒質を用いて初めて、指向性を有する相対論電子の発生に成功した(最大エネルギー=58MeV)。電子エネルギー分布は、温度の異なる2つの成分から構成されている。2D-PICシミュレーションによる解析から、高エネルギー成分を構成する電子は、レーザー光との相互作用によってクラスターから生成した電子が、レーザー光に注入され、その後、レーザー光によって直接加速されて生成したものであることが明らかとなった。

論文

Generation of broadband mid-infrared pulses by noncollinear difference frequency mixing

杉田 明宏; 横山 啓一; 山田 秀尚; 井上 典洋*; 青山 誠; 山川 考一

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 46(1), p.226 - 228, 2007/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:23.89(Physics, Applied)

非同軸差周波混合(DFM)による広帯域中赤外光(MIR)レーザーパルスの発生について報告した。AgGaS$$_{2}$$結晶による非同軸位相整合を用いてチタンサファイアレーザーからの2つの波長の異なるフェムト秒レーザーパルスを混合させた。この結果、発生させたMIRパルスの相対帯域は中心波長の23%であることを観測し、これまでのほかの報告に比べ最も広い帯域であった。また、この方法においてタイプ2結晶を用いるより、タイプ1結晶を用いた方が位相整合条件範囲が広いことを見いだした。

論文

Spectroscopic characterization of an ultrashort-pulse-laser-driven Ar cluster target incorporating both Boltzmann and particle-in-cell models

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹*; 山川 考一; et al.

Physical Review E, 73(6), p.066404_1 - 066404_6, 2006/06

 被引用回数:29 パーセンタイル:77.97(Physics, Fluids & Plasmas)

電子と原子のキネティクスを連立して解くモデルを用いて、極短パルスレーザー照射Arクラスターから発生したK殼X線スペクトル(He$$_alpha$$線)の解析を行った。このモデルでは、非平衡電子エネルギー分布関数はPICコードを用いて生成したものを用いた。その結果、X線は極めて非平衡な状態にある高密度プラズマから発生しており、その時間スケールは約5.7psであることがわかった。また、さらに固体密度に近い10$$^{21}$$cm$$^{-3}$$を超えるイオン密度のクラスタープラズマの生成が可能となった場合には、X線発生のタイムスケールはフェムト秒となることが明らかとなった。

論文

Coupled electron and atomic kinetics through the solution of the Boltzmann equation for generating time-dependent X-ray spectra

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Kilcrease, D. P.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; et al.

Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 99(1-3), p.584 - 594, 2006/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.72(Optics)

本研究では、電子分布関数が非熱的、かつ、イオンの内部状態が非定常であるような極めて非平衡なプラズマ中における電子と原子のキネティクスを自己無矛盾に解くモデルを開発した。このモデルを用いて、原研100TWレーザーを用いて測定されたArクラスターからのK殼X線スペクトル(He$$_alpha$$線)の解析を行った。

論文

Prepulse-free, multi-terawatt, sub-30-fs laser system

桐山 博光; 井上 典洋*; 赤羽 温; 山川 考一

Optics Express (Internet), 14(1), p.438 - 445, 2006/01

 被引用回数:23 パーセンタイル:70.48(Optics)

プリパルスフリー・高強度レーザーパルスの生成を目的として、OPAをCPAレーザーの前置増幅部に組み込んだシステムの開発を行った。本システムは低い励起エネルギーで有効にプリパルスを低減させるために、新たに考案した再生増幅器からの出力光を減光し、OPAで主パルスのみを選択的に増幅する構成を採用している。OPAにはタイプI位相整合のBBO結晶を2つ用い、その励起光には単一縦モードのQスイッチNd:YAGレーザーの第二高調波光を用いた。シード光をOPAで増幅することにより24mJのシグナル増幅光が高いコントラストで得られた。後段のチタンサファイアレーザー増幅器でさらに増幅することにより、高エネルギーのシグナル増幅光が得られた。

論文

Selective transition to the closely-lying states Cs(7$$D$$$$_{3/2}$$) and Cs(7$$D$$$$_{5/2}$$) by femtosecond laser pulses

山田 秀尚; 横山 啓一; 寺西 慶哲*; 杉田 明宏; 白井 稔三*; 青山 誠; 赤羽 温; 井上 典洋*; 上田 英樹*; 山川 考一; et al.

Physical Review A, 72(6), p.063404_1 - 063404_5, 2005/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:32.38(Optics)

量子制御による近接準位の超高速で精確な選択の実証を報告している。波形整形器で位相ロックされたフェムト秒パルス対を作り、これによってセシウム原子を基底状態からCs(7$$D$$$$_{3/2}$$)及びCs(7$$D$$$$_{5/2}$$)状態へ二光子吸収によって励起させているそれぞれのスピン-軌道状態からの蛍光検出によって、励起状態のポピュレーションを測定している。パルス対の位相差を制御することによって、精確な超高速選択が達成されている。パルスペアの遅延時間400フェムト秒以内の条件において、選択比の最小に対する最大の比は1000を超えている。

論文

Generation and evaluation of a 10$$^{20}$$ W/cm$$^{2}$$ intensity by focusing wavefront corrected 100 TW, 10 Hz laser pulses

赤羽 温; Ma, J.; 福田 祐仁; 青山 誠; 桐山 博光; 井上 典洋*; 辻 公一*; 中井 善基*; 山本 洋一*; Sheldakova, J. V.*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(8), p.6087 - 6089, 2005/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:4.93(Physics, Applied)

フィードバック制御波面補償光学系により日本原子力研究所100TWチタンサファイアレーザーシステムにおいてレーザー集光強度の向上が達成された。レーザーパルスの光学パラメータ計測結果及び観測された希ガス原子のトンネルイオン化レートのレーザーエネルギースケーリング性により10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$を越える超相対論的強度が10Hzの繰り返し動作で発生することを実験的に確認した。

論文

Measurement of $$2l-nl$$' X-ray transitions from $$approx$$1 $$mu$$m Kr clusters irradiated by high-intensity femtosecond laser pulses

Hansen, S. B.*; Fournier, K. B.*; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Y.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; et al.

Physical Review E, 71(1), p.016408_1 - 016408_9, 2005/01

 被引用回数:16 パーセンタイル:58.15(Physics, Fluids & Plasmas)

原研100TWレーザーを直径約1$$mu$$mのKrクラスターに照射し、Ne-like Krイオンの$$2l-nl$$'遷移に由来するX線スペクトルを測定した。X線スペクトルの入射レーザー光の強度に対する依存性は弱かった。このことは、クラスターの寿命(1-2ps)が、衝突イオン化で生成した多価イオンのイオン化レベルをNe-like Krまでに留めていることを示唆している。 相対論的多配置FACコードに基づいた衝突放射モデルを作成し、実験結果のシミュレーションを行った。その結果、クラスタープラズマの電子密度=10$$^{22}$$cm$$^{-3}$$,温度=数百eV,高速電子含有率=数%という結果が得られた。

論文

Electron acceleration by a nonlinear wakefield generated by ultrashort (23-fs) high-peak-power laser pulses in plasma

神門 正城; 益田 伸一; Zhidkov, A.*; 山崎 淳; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 本間 隆之*; 金沢 修平; 中島 一久; 林 由紀雄; et al.

Physical Review E, 71(1), p.015403_1 - 015403_4, 2005/01

 被引用回数:33 パーセンタイル:79.46(Physics, Fluids & Plasmas)

現在まででは最短のパルス幅(23fs)で相対論的な高出力(20TW)のレーザーを、不足密度プラズマ中に強く集光する実験を行った。プラズマ密度が10$$^{20}$$cm$$^{-3}$$の領域で、MeVを越えるエネルギーの電子の発生を確認した。このMeV電子は、2温度分布をしており、シミュレーションの結果から、波の破砕機構の違いから生じていると考えられる。高温部の電子は、レーザーのプリパルスにより作られるプラズマ密度のキャビティー部での速い入射により形成され、パルス幅はフェムト秒であり、一方、低温部の電子は相対論的強度による波の破壊により加速されたもので、ピコ秒のパルス幅を持つことがわかった。

論文

Relativistic laser plasma from micron-sized argon clusters as a debris-free X-ray source for pulse X-ray diffraction

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 中井 善基*; 辻 公一*; 山川 考一; 弘中 陽一郎*; 岸村 浩明*; et al.

Applied Physics Letters, 85(21), p.5099 - 5101, 2004/11

 被引用回数:10 パーセンタイル:41.51(Physics, Applied)

レーザー光(レーザー強度6$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$,パルス幅30fs)を巨大アルゴンクラスターに照射して発生させたX線を用いてSi(111)結晶からのX線回折実験を行った。発生したHe$$_{alpha1}$$線(3.14keV)のフォトン数、及び、線幅は、それぞれ、4$$times$$10$$^{7}$$photons/shot/4$$pi$$sr、及び、3.7eV(FWHM)であった。これらは、時間分解X線回折実験を行うためのデブリフリー光源として十分な値を有している。

論文

Generation of X-rays and energetic ions from superintense laser irradiation of micron-sized Ar clusters

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 岸本 泰明; 山川 考一; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; et al.

Laser and Particle Beams, 22(3), p.215 - 220, 2004/07

 被引用回数:41 パーセンタイル:80.38(Physics, Applied)

マイクロメートルサイズのArクラスターに高強度レーザー(レーザー強度=10$$^{19}$$W/cm$$^2$$,パルス幅=30fs)を照射することによって発生したプラズマからの高分解能X線スペクトルを測定した。発生したHe$$_{alpha1}$$($$lambda$$=3.9491$AA , 3.14keV)$のフォトン数は、2$$times$$10$$^8$$photons/pulseであり、固体ターゲット照射時に匹敵するフォトン数であることが明らかになった。X線スペクトル測定と同時に、発生した高速多価イオンのエネルギー分布を測定した。発生した多価イオンの平均エネルギーは、約800keVであった。コントラスト比の高いレーザーパルスによって発生した高速電子はクラスターターゲットのisochoric heatingを可能にし、より高い価数のイオン生成、及び、He$$_{alpha1}$$線強度の増大をもたらすことが明らかとなった。

論文

Microdroplet evolution induced by a laser pulse

Smirnov, M. B.*; Skobelev, I. Y.*; Magunov, A. I.*; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 福田 祐仁; 山川 考一; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; et al.

Journal of Experimental and Theoretical Physics, 98(6), p.1123 - 1132, 2004/06

高強度レーザーと10$$^9$$-10$$^{10}$$個の原子から構成される巨大クラスター(マイクロドロップレット)との相互作用について検討を行った。巨大クラスターの大きさは、レーザー波長に匹敵する大きさである。高強度レーザーパルス照射によって誘起される巨大クラスターのダイナミクスを記述するモデルを開発し、レーザーパルス通過後に起こるさまざまな過程を解析した。その結果、巨大クラスタープラズマは過熱状態にあることが理論的に示された。すなわち、プラズマの温度は、プラズマ中の多価イオンのイオン化ポテンシャルにほぼ等しいことがわかった。また、巨大クラスタープラズマのパラメータは、レーザーパルスの形状やパルス幅に依存しないことがわかった。これら理論的結果は、日本原子力研究所100TWレーザーのパラメータをさまざまに変化させながら行った(パルス幅:30-500fs,レーザー強度:6$$times$$10$$^{16}$$-2$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^{2}$$)巨大クリプトンクラスターと巨大キセノンクラスターからのX線測定実験によって支持された。

論文

Optimal control of ultrafast selection

横山 啓一; 寺西 慶哲; 戸谷 由起雄; 白井 稔三; 福田 祐仁; 青山 誠; 赤羽 温; 井上 典洋*; 上田 英樹; 山川 考一; et al.

Journal of Chemical Physics, 120(20), p.9446 - 9449, 2004/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:19.84(Chemistry, Physical)

レーザーパルスの波形整形により近接準位への高速選択励起の制御を試みた。レーザーのスペクトル帯域幅よりも狭いエネルギー差を持つセシウム原子の7D5/2及び7D3/2状態に対して、閉ループ型の学習アルゴリズムを用いた波形整形により高選択性を示すパルス波形を見いだした。解析の結果、選択性は量子干渉効果により生じていることが明らかとなり、その有効性を証明できた。単純なパルス対による位相制御に比べて約30%選択比のコントラストが向上した。

論文

Many-electron dynamics of a Xe atom in strong and superstrong laser fields

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 内海 隆行*

Physical Review Letters, 92(12), p.123001_1 - 123001_4, 2004/03

 被引用回数:62 パーセンタイル:87.84(Physics, Multidisciplinary)

波長800nm, パルス幅20fsのレーザー光を集光強度10$$^{13}$$W/cm$$^{2}$$から10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$の範囲でキセノン原子に照射し、そのイオン化過程におけるダイナミクスについて研究を行った。レーザー照射強度に対するキセノン1価から20価イオンまでのイオン化収率を測定し、トンネルイオン化モデルとの比較を行った結果、(1)低価数イオンにおける予想外なイオン化収率の向上、(2)遮蔽効果による外殻と内殻電子群の非相互作用、(3)相対論レーザー強度及び数サイクルパルスによる多電子同時イオン化の抑制、等が明らかとなった。これらの新しい発見は、このような高強度場において多電子原子がどのように振る舞うかを知るうえで、新しい知見を与えるものである。

論文

X-ray radiation of clusters irradiated by ultrafast, high-intensity laser pulses

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 岸本 泰明; 山川 考一; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; et al.

Laser-Generated & Other Lab. X-Ray & EUV Sources (Proceedings of SPIE Vol.5196), p.234 - 243, 2004/00

10$$^{19}$$W/cm$$^2$$を超える強レーザー場中における希ガスクラスターからのX線発生に関する研究を行った。本研究では、レーザープレパルスによるクラスターの破壊を抑制するため、ポッケルスセルを用いてプレパルスを除去し、さらに、特殊ノズルを用いてマイクロメーターサイズの巨大クラスターを発生させた。また、時間依存Bolzmann-KineticモデルによるX線スペクトルのシミュレーションを行い、実験結果を定量的に再現することに成功した。

報告書

Ionization dynamics of a xenon atom in super-strong laser fields

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 内海 隆行*

JAERI-Research 2003-030, 14 Pages, 2003/12

JAERI-Research-2003-030.pdf:0.75MB

波長800nm,パルス幅20fsのレーザー光を集光強度10$$^{13}$$W/cm$$^{2}$$から10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$の範囲でキセノン原子に照射し、そのイオン化過程におけるダイナミクスについて研究を行った。レーザー照射強度に対するキセノン1価から20価イオンまでのイオン化収率を測定し、トンネルイオン化モデルとの比較を行った結果、(1)低価数イオンにおける予想外なイオン化収率の向上,(2)遮蔽効果による外殻と内殻電子群の非相互作用,(3)相対論レーザー強度及び数サイクルパルスによる多電子同時イオン化の抑制、等が明らかとなった。これらの新しい発見は、このような高強度場において多電子原子がどのように振る舞うかを知るうえで、新しい知見を与えるものである。

論文

Time-dependent Boltzmann kinetic model of X-rays produced by ultrashort-pulse laser irradiation of argon clusters

Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 山川 考一; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; et al.

Physical Review A, 68(6), p.063201_1 - 063201_8, 2003/12

 被引用回数:52 パーセンタイル:87.91(Optics)

極短パルス・高強度レーザー照射によって発生した非平衡プラズマから発生するX線スペクトルのシミュレーションを行うため、時間依存ボルツマン方程式と詳細な原子衝突放射方程式を連立して解いた。シミュレーション結果は、最近日本で測定された極短パルス・高強度レーザー照射アルゴンクラスターから発生したF-likeからHe-likeのアルゴンイオンの高分解スペクトルをよく再現した。

論文

Ionization of many-electron atoms by ultrafast laser pulses with peak intensities greater than 10$$^{19}$$ W/cm$$^{2}$$

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹

Physical Review A, 68(6), p.065403_1 - 065403_4, 2003/12

 被引用回数:37 パーセンタイル:80.22(Optics)

光量子科学研究センターでは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めてきた。われわれは、既に開発に成功したピーク出力100TW,パルス幅20fsのチタンサファイアレーザー光を希ガス原子に集光し、トンネルイオン化過程により生成する多価イオンを飛行時間分解型質量分析器によって計測することにより、相対論効果が顕著となる集光照射強度2.6x10$$^{19}$$W/cm$$^{2}$$において、アルゴンの16価,クリプトンの19価,キセノンの26価を観測した。こうして生成したイオンは、これまで光電界のみでイオン化した場合の最高価数である。また、得られた実験結果を従来のトンネルイオン化モデルと比較し、相対論的レーザー場が初期段階のトンネルイオン化確率にほとんど影響を与えないことを初めて明らかにした。

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