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論文

Effect of the laser contrast ratio within picosecond timescales on generating a high-quality electron beam by laser-plasma interaction

小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 亀島 敬*; 川瀬 啓悟*; Chen, L. M.*; 福田 祐仁; Koga, J. K.; 桐山 博光; 近藤 修司; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 50(6), p.066401_1 - 066401_3, 2011/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.46(Physics, Applied)

The laser contrast ratio within picosecond timescales is one of the important parameters for laser acceleration. For a high laser contrast ratio, a 140 MeV monoenergetic electron beam with a charge of 44 pC is obtained by using a 20 TW Ti:sapphire laser. For a low laser contrast ratio, a low quality electron beam or no electron beam is generated, because the pre-pulse blows out plasma electrons and puts the plasma into disorder before the main pulse interacts with the plasma. The laser contrast ratio should be high enough in order to generate a high quality electron beam with a large amount of charge.

論文

Laser-driven proton generation with a thin-foil target

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; Ma, J.*; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

NIFS-PROC-85, p.30 - 33, 2011/02

レーザー駆動イオン源の開発を目的とし、陽子発生実験を行った。薄膜ターゲットを用いて、レーザーとプラズマとの相互作用により発生した陽子を計測した。高エネルギー陽子を得るため、レーザーのコントラストレベルを下げて、プリプラズマの大きさを減少させた。高コントラストのレーザーパルスを用いた結果、ターゲット裏面方向に発生する陽子の最大エネルギーは増加した。

論文

Proton generation and terahertz radiation from a thin-foil target with a high-intensity laser

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; Ma, J.*; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 38(9), p.702 - 705, 2010/09

高強度レーザーと薄膜との相互作用により、高エネルギーの粒子,硬X線,高次高調波,テラヘルツ(THz)波などが発生する。特に高エネルギー陽子については、医療用としての小型加速器への利用が期待されている。本研究では、薄膜ターゲット照射による陽子ビームとTHz波の同時発生について調べた。原子力機構設置のチタンサファイアレーザー(J-KAREN)を用いて、薄膜ターゲットへの照射実験を行った。その結果、ターゲット裏面方向の陽子とレーザー反射方向のTHz波の同時発生を測定した。また、プリプラズマを抑制することで陽子の高エネルギー化を確認した。

論文

Control of laser-accelerated proton beams by modifying the target density with ASE

余語 覚文; 桐山 博光; 森 道昭; Esirkepov, T. Z.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 長友 英夫*; et al.

European Physical Journal D, 55(2), p.421 - 425, 2009/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:75.87(Optics)

高強度レーザー光に先んじてターゲットに入射する自然増幅光(amplified spontaneous emission: ASE)を利用して、固体ターゲットを近臨界密度プラズマに変換し、そこからのレーザーイオン加速を実証した。本発表では、ASE強度を3桁変化させることで、ターゲットの密度がレーザーイオン加速に与える効果を直接的に比較した。その結果、ターゲット密度を変化させることで、レーザー加速された陽子線のビーム方向を制御できることが明らかになった。

論文

Observation of UV harmonics from a thin-foil target in the high-intensity laser-driven proton generation

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; Ma, J.-L.; 森 道昭; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.8, p.464 - 467, 2009/09

高エネルギー陽子発生における薄膜ターゲットからの紫外高調波を、レーザーのパルス幅を変えて計測した。陽子の最大エネルギーは、およそ1MeVであった。パルス幅$$sim$$500fsのとき、4次までの紫外高調波が測定された。パルス幅を$$sim$$100fsや$$sim$$30fsに変えた場合、紫外高調波においてスペクトルの広がりやシフトが測定された。

論文

Contrast effect on the laser injected electron beam

小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 本間 隆之; 亀島 敬; 川瀬 啓悟; Chen, L.-M.*; 福田 祐仁; 桐山 博光; 近藤 修司; et al.

AIP Conference Proceedings 1153, p.176 - 181, 2009/07

Laser Wake Field Acceleration (LWFA) is regarded as a basis for the next-generation of charged particle accelerators. In experiments, it has been demonstrated that LWFA 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. The laser contrast ratio is one of the important parameters for LWFA due to pre-plasma effects. For the high laser contrast ratio, a 140 MeV monoenergetic electron beam with a charge of 100 pC is obtained. For the low laser contrast ratio; a low quality electron beam or no electron beam are generated, because the pre-pulse blowout plasma electrons and put into disorder the plasma before the main pulse interacting the plasma. The laser contrast ratio should be high in order to generate a high quality electron beam with a high charge.

論文

精密に時間制御された高強度レーザーによるイオン加速

余語 覚文; 大道 博行; 森 道昭; 桐山 博光; Bulanov, S. V.; Bolton, P.; Esirkepov, T. Z.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; et al.

レーザー研究, 37(6), p.449 - 454, 2009/06

パルス時間波形の高度に制御された1Hz繰返し運転可能なレーザーを用いて、密度の制御されたターゲットからの陽子線加速機構を検証した。実験の結果、高コントラストのレーザーを用いた、固体密度ターゲットを用いた陽子線加速では、エネルギーの安定した陽子線を再現性よく発生させることが可能となった。一方、臨界密度近傍に制御されたターゲットでは、ビームの高エネルギー成分が低エネルギー成分とは異なる方向に加速される結果を得た。計算機シミュレーションの結果、ターゲット裏面の磁場が陽子線加速電場を傾かせる効果をもつことが明らかになった。これをさらに発展させて、ターゲットの密度分布を高度に制御すれば、ビーム方向をエネルギーに応じてコントロールすることが可能になると考えられる。高強度レーザーの時間・空間制御技術の発展は、レーザー駆動粒子線の利用研究において、今後さらに重要な役割を担うことになるものと結論する。

論文

高強度チタンサファイアレーザーの高コントラスト及び高ビーム品質増幅技術

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 田上 学*; 圷 敦; 岡田 大; 本村 朋洋*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 37(6), p.425 - 430, 2009/06

チャープパルス増幅(CPA)を用いた高強度チタンサファイアレーザーの時間・空間制御技術に関するレビューである。ここで、時間制御技術は主パルスとプリパルス(背景光)の強度比を向上させる高コントラスト化であり、光パラメトリックチャープパルス増幅を用いた手法について紹介する。また、空間制御技術は空間的に一様な強度を有しかつ熱による収差を低減する高ビーム品質化であり、レーザー媒質を低温に冷却する手法について紹介する。これらの手法の特徴を詳細に紹介するとともに、これらの制御技術を用いて得られた時間・空間特性についても報告する。

論文

Proton-induced nuclear reactions using compact high-contrast high-intensity laser

小倉 浩一; 静間 俊行; 早川 岳人; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; et al.

Applied Physics Express, 2(6), p.066001_1 - 066001_3, 2009/05

 被引用回数:14 パーセンタイル:42.64(Physics, Applied)

強度10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$のレーザー光(10Hz,小型高コントラスト高強度レーザー)をポリイミドテープ(7.5$$mu$$m)に集光することによって最大3.5MeVのプロトンを生成した。このプロトンで$$^{11}$$B(p,n)$$^{11}$$C反応を起こした。その結果、60ショットで11.1Bqの放射能を得た。薄層放射化への応用の可能性について議論した。

論文

Generation of high-contrast and high-intensity laser pulses using an OPCPA preamplifier in a double CPA, Ti:sapphire laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 田上 学*; 圷 敦; 岡田 大; 本村 朋洋*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.

Optics Communications, 282(4), p.625 - 628, 2009/02

 被引用回数:51 パーセンタイル:7.16(Optics)

光パラメトリックチャープパルス増幅器(Optical Parametric Chirped-Pulse Amplification; OPCPA)を前置増幅器とした高コントラスト,高強度ダブルCPA(chirped-Pulse Amplification)チタンサファイアレーザーシステムの開発を行った。OPCPAに高コントラスト,高エネルギーシード光を導入することで、ピコ秒の時間領域において10桁以上の高いコントラストを達成した。このときのレーザーパルスのエネルギーは1.7J,パルス幅は30fsであり、ピークパワー60TWが10Hzの繰り返し動作で得られた。また、最終段のチタンサファイア増幅器を100ケルビン以下の低温にすることにより、熱歪みを低減することで$$10^{20}$$W/$$cm^{2}$$以上の高い集光強度を達成した。

論文

"J-KAREN"高強度レーザー

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; 岡田 大; 本村 朋洋*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.

JAEA-Conf 2008-007, p.13 - 16, 2008/08

高強度場科学研究において、メインパルスと背景光(ASE光)との強度比であるコントラストが、高強度レーザーを利用するうえでボトルネックになっている。高強度レーザーシステムより出力されるレーザーパルスの時間構造において、メインパルスに先立って数桁強度の低い背景光(ASE)が存在する。一般的な高強度レーザーシステムにおいて、メインパルスとASEの強度比(コントラスト)は10$$^{-5}$$$$sim$$10$$^{-6}$$桁程度であり、この場合ASEの光強度は10$$^{12}$$$$sim$$10$$^{13}$$W/cm$$^{2}$$となり、高強度を有するメインパルスが固体物質と相互作用する前にターゲット上にプリプラズマが形成され、メインパルスは膨張しつつある低い密度のプラズマと主として相互作用し、メインパルスと物質との相互作用に影響を及ぼす。このため多くの実験において、プリパルスによりプリプラズマが形成されないようなレーザーの時間制御技術開発が必要である。われわれは背景光が発生しにくい光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)を前置増幅器として用いた高強度レーザーシステムの開発を行った。OPCPAを用いることにより、メインパルスの数ps前において従来よりも1,000$$sim$$10,000倍改善された7$$times$$10$$^{-9}$$の高いコントラストを実現した。

論文

High-contrast, high-intensity laser pulse generation using a nonlinear preamplifier in a Ti:sapphire laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; 近藤 修司; 金沢 修平; 岡田 大; 本村 朋洋*; et al.

Optics Letters, 33(7), p.645 - 647, 2008/04

 被引用回数:64 パーセンタイル:4.94(Optics)

レーザー駆動粒子加速をはじめとした超高強度光利用研究を推進するために、光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)と従来のチタンサファイアチャープパルス増幅器を組合せた高強度・高コントラストレーザーシステムの開発を行っている。チタンサファイアレーザー発振器からの10fs以下のパルス光は、パルス拡張器によりそのパルス幅を1nsに伸張される。パルス拡張されたシード光はOPCPA前置増幅器により、高い利得で数mJにまで増幅され、その後、チタンサファイア前置増幅器300mJ,チタンサファイア主増幅器で3Jにまで増幅される。チタンサファイア主増幅器における熱負荷を低減させるために結晶を100K以下にまで冷却している。最後にパルス圧縮を行うことにより、19fsのパルス幅で80TWのピークパワーまで得られている。パルス圧縮後のコントラストは、メインパルスの数ps前までの時間領域において、7$$times$$10$$^{-9}$$以下の高いコントラストを達成した。

論文

高強度・高コントラストOPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザーシステム

桐山 博光; 森 道昭; 大東 出; 小瀧 秀行; 金沢 修平; 近藤 修司; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; et al.

レーザー学会第362回研究会報告; 高機能固体レーザーとその応用, p.33 - 37, 2007/07

相対論領域における高強度レーザーと物質との相互作用の研究のために、従来のチタンサファイアチャープパルス増幅(CPA)と光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)を組合せた高強度・高コントラストレーザーの開発を行った。10Hzの繰り返し動作で、パルス圧縮前でパルスあたりのエネルギー2.9Jを得た。再圧縮されたパルス幅は19fsであり、ピークパワーは80TWに達する。OPCPAを前置増幅器として導入することにより、従来よりも3から4桁高い数ピコ秒領域で7$$times$$10$$^{-9}$$以下の高いコントラストを達成した。また、最終段のチタンサファイア結晶を77K以下に冷却することにより、最大励起時で4kmの長い熱レンズ焦点距離を得た。

口頭

Demonstration of high-peak-power, high-contrast, OPCPA pre-amplifier / cryogenic-cooled Ti:sapphire power amplifier laser system

桐山 博光; 森 道昭; 大東 出; 小瀧 秀行; 金沢 修平; 近藤 修司; 中井 善基; 山本 洋一*; 下村 拓也*; 田上 学*; et al.

no journal, , 

相対論領域の高強度レーザーと物質との相互作用研究のために、従来のチタンサファイアチャープパルス増幅と光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)法を用いた高ピークパワー,高コントラストレーザーの開発を行った。パルス拡張されたシード光は3ステージのタイプI位相整合のBBO非線形光学結晶を用いたOPCPAにて、約1億倍の利得で10mJにまで増幅される。その後、OPCPAにて増幅されたシグナル光は、後段のチタンサファイア増幅器により2.9Jにまで増幅される。最後にパルス圧縮を行うことにより、19fsのパルス幅が得られ、80TWのピークパワーを達成した。プリパルスとメインパルスのコントラスト比は数ピコ秒の時間領域で$$7times10^{-9}$$以下であった。また、熱レンズ焦点距離は約4kmであった。

口頭

原子力機構J-KARENレーザーの高度化とその利用研究,2; 高強度レーザーによる高エネルギー高品質電子ビーム発生

小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 本間 隆之; 亀島 敬; 川瀬 啓悟; Chen, L.-M.; 福田 祐仁; 桐山 博光; 近藤 修司; et al.

no journal, , 

高強度レーザーにより生成されるプラズマ中の高電場(ウェーク場)を用いて小型超短パルスの高品質電子ビーム源を作ることが可能となる。本電子ビームは、高品質でパルス幅が短いため、次世代の加速器の電子ビーム源や構造変化の測定などへの実用化が考えられる。25TW, 28fsの高コントラストのチタンサファイアレーザーをヘリウムガスジェットに集光し、高エネルギー高品質電子ビーム発生実験を行った。レーザーのプリパルスの状態やプラズマ密度、ガスジェット中でのレーザー集光位置を変化させながら、電子ビームを生成した。本実験により、140MeVの単色エネルギー電子ビームの生成に成功した。さらにコントラストを変化させながらの測定により、高コントラストの方が、エネルギーが高く、電荷量も多い準単色エネルギー電子ビームが生成できることがわかった。高コントラスト(10$$^{9}$$)での実験においては、最大200MeVの電子ビーム発生も確認した。

口頭

原子力機構J-KARENレーザーの高度化とその利用研究,1; OPCPA前置増幅器/低温冷却チタンサファイア主増幅器によるJ-KARENレーザーの高度化

桐山 博光; 森 道昭; 大東 出; 小瀧 秀行; 金沢 修平; 近藤 修司; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; et al.

no journal, , 

レーザー駆動粒子加速などの利用研究を推進するために、光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)と従来のチタンサファイアチャープパルス増幅器を組合せた高強度・高コントラストレーザーシステムの開発を行っている。チタンサファイアレーザー発振器からの8.4fsのパルス光は、パルス拡張器によりそのパルス幅を1nsに伸張される。パルス拡張されたシード光はOPCPA前置増幅器により、高い利得で5mJにまで増幅され、その後、チタンサファイア前置増幅器で280mJ、チタンサファイア主増幅器で2.9Jにまで増幅される。チタンサファイア主増幅器における熱負荷を低減させるために結晶を77Kにまで冷却している。最後にパルス圧縮を行うことにより、19fsのパルス幅で80TWのピークパワーまで得られている。パルス圧縮後のコントラストの測定を行った。メインパルスの数ps前までの時間領域において7$$times$$10$$^{-9}$$以下の高いコントラストを達成した。

口頭

JAEA J-KAREN laser; High-intense, high-contrast OPCPA/Ti:sapphire laser

桐山 博光; 森 道昭; 大東 出; 小瀧 秀行; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; 岡田 大; 本村 朋洋*; et al.

no journal, , 

相対論領域の高強度レーザーと物質との相互作用研究のために、従来のチタンサファイアチャープパルス増幅と光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)法を用いた高ピークパワー,高コントラストレーザーの開発を行った。パルス拡張されたシード光は3ステージのタイプI位相整合のBBO非線形光学結晶を用いたOPCPAにて、約1億倍の利得で10mJにまで増幅される。その後、OPCPAにて増幅されたシグナル光は、後段のチタンサファイア増幅器により2.9Jにまで増幅される。最後にパルス圧縮を行うことにより、19fsのパルス幅が得られ、80TWのピークパワーを達成した。プリパルスとメインパルスのコントラスト比は数ピコ秒の時間領域で$$7 times 10^{-9}$$以下であった。また、熱レンズ焦点距離は約4kmであった。

口頭

High-intense, high-contrast J-KAREN laser at Advanced Photon Research Center

岡田 大; 桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; 本村 朋洋*; 近藤 修司; 金沢 修平

no journal, , 

われわれはOPCPAをフロントエンドに採用した、小型の高強度,高コントラストチタンサファイアレーザーを開発した。ピーク強度80TW,パルス繰り返し10Hz,ピコ秒領域の時間コントラスト9桁を達成した。

口頭

高強度レーザーによる高エネルギー高品質電子ビーム発生

小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 本間 隆之; 亀島 敬; 川瀬 啓悟; Chen, L. M.; 福田 祐仁; 桐山 博光; 近藤 修司; et al.

no journal, , 

高強度レーザーにより生成されるプラズマ中の高電場(ウェーク場)を用いて小型超短パルスの高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。本電子ビームは、高品質でパルス幅が短いため、次世代の加速器の電子ビーム源や構造変化の測定などへの実用化が考えられる。25TW, 28fsの高コントラストのチタンサファイアレーザーをヘリウムガスジェットに集光し、高エネルギー高品質電子ビーム発生実験を行った。レーザーのプリパルスの状態やプラズマ密度、ガスジェット中でのレーザー集光位置を変化させながら、電子ビームを生成した。本実験により、140MeVの単色エネルギー電子ビームの生成に成功した。さらにコントラストを変化させながらの測定により、高コントラストの方が、エネルギーが高く、電荷量も多い準単色エネルギー電子ビームが生成できることがわかった。高コントラスト(10$$^9$$)での実験においては、最大200MeVの電子ビーム発生も確認した。

口頭

J-KARENレーザーを用いた高エネルギーイオンビーム発生研究

森 道昭; 余語 覚文; 桐山 博光; 匂坂 明人; Ma, J.-L.; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 岡田 大; et al.

no journal, , 

昨年9月から、今年度高度化した関西光科学研究所大型チタンサファイアレーザー装置J-KARENレーザーシステムを用いてイオン加速実験を展開している。現在までに、J-KARENレーザー発生したパルス幅32fs・ピーク出力30TW・コントラスト(108)のレーザー光を、f/3.5(f=175mm)の軸外し放物面鏡で固体ターゲット上に集光・照射し、ターゲット裏面から最大4.1MeVの陽子線を発生している。本講演では、現状と今後の展望について報告する予定である。

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