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High dynamic range multi-channel cross-correlator for single-shot temporal contrast measurement

今 亮; 西内 満美子; 桐山 博光; 小倉 浩一; 森 道昭; 榊 泰直; 神門 正城; 近藤 公伯

Journal of Physics; Conference Series, 717, p.012103_1 - 012103_4, 2016/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.62(Physics, Applied)

We have experimentally demonstrated that a multi-channel cross-correlator (MCCC) for single-shot measurement of temporal contrast achieved the high dynamic range of 10$$^{10}$$ and large temporal window of ~1 ns. In the experiment with short pulse laser, the shot to shot fluctuation of a pedestal intensity at sub-ns was measured. The fluctuation is mainly due to the random process of amplified spontaneous emission. The precise information on temporal contrast shot to shot will be crucial in assessing the particle acceleration in relativistic laser-mater interaction studies. We will discuss the experimental detail and result.


Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology

西内 満美子*; 榊 泰直*; Esirkepov, T. Zh.*; 西尾 勝久; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; Pirozhkov, A. S.*; 匂坂 明人*; et al.

Plasma Physics Reports, 42(4), p.327 - 337, 2016/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:58.65(Physics, Fluids & Plasmas)

ペタワットレーザーと原子核物理学の技術を組み合わせることで、エキゾチック原子核の性質の測定を決定的に可能にする。数値シミュレーションとレーザー駆動実験により、我々は論文、西内等、Phys. Plasmas 22, 033107 (2015)で提案された「レーザー駆動エキゾチック核抽出-加速法」の展望について紹介する。この方法の特徴は、(1)フェムト秒ペタワットレーザーを、外部イオンビームによって破砕された原子核標的に照射し、(2)そして生成された短寿命の重エキゾチック原子核を数GeVの多価電荷としてまとめて一気に加速する、という画期的な方法である。


Relativistically strong electromagnetic radiation in a plasma

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; 桐山 博光; 近藤 公伯

Journal of Experimental and Theoretical Physics, 122(3), p.426 - 433, 2016/03

We present a brief review of physical processes in a plasma irradiated by relativistically intense electromagnetic waves generated by high power lasers. The interaction of high power laser pulses with matter has attracted a lot of attention in regards with the novel methods of charged particle acceleration, with the development of high brightness sources of hard electromagnetic radiation and with research of the properties of matter under the conditions determined by the quantum electrodynamics phenomena.


The Precise energy spectra measurement of laser-accelerated MeV/n-class high-Z ions and protons using CR-39 detectors

金崎 真聡; 神野 智史*; 榊 泰直; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*; 福田 祐仁

Plasma Physics and Controlled Fusion, 58(3), p.034013_1 - 034013_6, 2016/03

 被引用回数:23 パーセンタイル:78.58(Physics, Fluids & Plasmas)

本研究では、背景ガスイオンの加速メカニズムを明らかにすることを主な目的とし、クラスターを構成するイオンと背景ガスイオンのエネルギースペクトルをそれぞれ評価した。高強度レーザーJ-KAREN(1J, 40fs)を、H$$_2$$を背景ガスとするCO$$_2$$クラスターに集光しイオン加速実験を行い、計測体系を工夫することで、背景ガスイオンであるプロトンとクラスターを構成するC及びOイオンを完全に分離した計測に成功した。得られたエネルギースペクトルを評価したところ、プロトンは、高エネルギー側に裾を引く形でなだらかに個数が減少するのに対し、C及びOイオンについては1MeV/u付近で急激に個数が減少するという特性が明らかとなった。実験を模擬した粒子コードシミュレーションは、それぞれのイオンについて、実験結果とよく似た形状のエネルギースペクトルを示しており、クラスターがクーロン爆発する際に生成される電場によって背景ガスイオンが圧縮され、加速されるというメカニズムが明らかとなった。クラスターのクーロン爆発による背景ガスイオンの加速は、レーザープラズマ中の衝撃波発生機構とも関連していると考えられ、この観点からも興味深い現象である。


Ion acceleration via "nonlinear vacuum heating" by the laser pulse obliquely incident on a thin foil target

余語 覚文*; Bulanov, S. V.; 森 道昭; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 金崎 真聡*; 榊 泰直; 福田 祐仁; Bolton, P.; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 58(2), p.025003_1 - 025003_7, 2016/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.47(Physics, Fluids & Plasmas)

The dependence of the energy of ions accelerated during the interaction of the laser pulse obliquely incident on the thin foil target on the laser polarization is studied experimentally and theoretically. We found that the ion energy being maximal for the p-polarization drastically decreases when the pulse becomes s-polarized. The experimentally found dependencies of the ion energy are explained by invoking anomalous electron heating, which results in high electrostatic potential formation at the target surface.


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:7 パーセンタイル:38.53(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。


Attractors and chaos of electron dynamics in electromagnetic standing waves

Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. S.*; Koga, J. K.; 神門 正城; 近藤 公伯; Rosanov, N. N.*; Korn, G.*; Bulanov, S. V.

Physics Letters A, 379(36), p.2044 - 2054, 2015/09

 被引用回数:52 パーセンタイル:89.73(Physics, Multidisciplinary)

In an electromagnetic standing wave formed by two super-intense colliding laser pulses, radiation reaction totally modifies the electron motion. The quantum corrections to the electron motion and the radiation reaction force can be independently small or large, depending on the laser intensity and wavelength, thus dividing the parameter space into 4 domains. The electron motion evolves to limit cycles and strange attractors when radiation reaction dominates. This creates a new framework for high energy physics experiments on the interaction of energetic charged particle beams and colliding super-intense laser pulses.


Stochastic regimes in the driven oscillator with a step-like nonlinearity

Bulanov, S. V.; 余語 覚文*; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Bulanov, S. S.*; 近藤 公伯; 神門 正城

Physics of Plasmas, 22(6), p.063108_1 - 063108_11, 2015/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:32.46(Physics, Fluids & Plasmas)

A nonlinear oscillator with an abruptly inhomogeneous restoring force driven by an uniform oscillating force exhibits stochastic properties under specific resonance conditions. This behaviorelucidates the elementary mechanism of the electron energization in the strong electromagnetic waveinteraction with thin targets.


High-order harmonics from relativistic laser plasmas

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Pirozhkov, A. S.; 近藤 公伯; 神門 正城

Research Using Extreme Light; Entering New Frontiers with Petawatt-Class Lasers II (Proceedings of SPIE, Vol.9515), p.95150C_1 - 95150C_13, 2015/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Engineering, Electrical & Electronic)

High-order harmonic generation of high intensity ultra-short laser pulses by means of laser produced plasmas are discussed. Since with plasma targets there is no limitation on applicable laser intensity the generated harmonics can be substantially intense. Recent results of experiments and computer simulations on the high-order harmonic generation are briefly reviewed. Main attention is paid to the analysis of basic mechanisms of high-order harmonic generation from overdense and underdense plasma targets irradiated by relativistically intense laser pulses.


Laser-driven multi-charged heavy ion beam acceleration

西内 満美子; 榊 泰直; Esirkepov, T. Z.; 西尾 勝久; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 金崎 真聡; et al.

Research Using Extreme Light; Entering New Frontiers with Petawatt-Class Lasers II (Proceedings of SPIE, Vol.9515), p.95151D_1 - 95151D_4, 2015/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.00(Engineering, Electrical & Electronic)



Acceleration of highly charged GeV Fe ions from a low-Z substrate by intense femtosecond laser

西内 満美子; 榊 泰直; Esirkepov, T. Z.; 西尾 勝久; Pikuz, T.*; Faenov, A.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; 佐甲 博之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physics of Plasmas, 22(3), p.033107_1 - 033107_8, 2015/03

 被引用回数:72 パーセンタイル:96.81(Physics, Fluids & Plasmas)



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:61 パーセンタイル:95.30(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。


On the problems of relativistic laboratory astrophysics and fundamental physics with super powerful lasers

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Koga, J. K.; 近藤 公伯; Korn, G.*

Plasma Physics Reports, 41(1), p.1 - 51, 2015/01

 被引用回数:99 パーセンタイル:98.68(Physics, Fluids & Plasmas)

We discuss the ways towards modelling of astrophysical processes and extreme field regimes with superpower lasers. This will enable modelling under terrestrial laboratory conditions the processes in astrophysical objects and paves the way to experimental verifications using ultra intense lasers.


Development of an apparatus for characterization of cluster-gas targets for laser-driven particle accelerations

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Y.; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

Progress in Ultrafast Intense Laser Science XI; Springer Series in Chemical Physics, Vol.109, p.215 - 233, 2015/00



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.


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:80.89(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.


High power laser developments with femtosecond to nanosecond pulse durations for laser shock science and engineering

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



Prepulse and amplified spontaneous emission effects on the interaction of a petawatt class laser with thin solid targets

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:96.27(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.


Evaluation of dose level in a laser-driven ion accelerator using PHITS code

榊 泰直; 福田 祐仁; 西内 満美子; 神野 智史; 金崎 真聡; 余語 覚文; 近藤 公伯; 西藤 文博; 深見 智代; 上野 正幸; et al.

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.182 - 185, 2014/04



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。

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