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論文

Simultaneous measurements of superradiance at multiple wavelength from helium excited states, 2; Analysis

大饗 千彰*; Harries, J.; 岩山 洋士*; 川口 健太郎*; 久間 晋*; 宮本 祐樹*; 永園 充*; 中嶋 享*; 中野 逸夫*; 繁政 英治*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 85(3), p.034301_1 - 034301_10, 2016/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.43(Physics, Multidisciplinary)

Previous experimental studies of superradiance (SR) in multi-level systems have been explainable using the predictions of the well-known simple two-level SR model. However our recent study using EUV free-electron laser excitation of helium atoms, where SR was observed at wavelengths of 502 nm, 668 nm, and 728 nm, revealed behaviour which necessitates a full multi-level treatment of the SR development. In this paper, we report simulations of the initial excitation by the FEL pulses, and the subsequent development of multi-level SR. The results of the simulation reproduce the experimental findings, and reveal that competitive SR on two transitions with a common upper level plays an important role in the development of the system.

論文

A Streak camera study of superfluorescence at multiple wavelengths from helium atoms excited using free electron laser pulses

Harries, J.; 岩山 洋士*; 永園 充*; 富樫 格*; 矢橋 牧名*; 久間 晋*; 中嶋 享*; 宮本 祐樹*; 大饗 千彰*; 笹尾 登*; et al.

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 48(10), p.105002_1 - 105002_9, 2015/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:55.3(Optics)

We report the observation of superfluorescence at wavelengths (in air) of 501.6 nm, 667.8 nm, and 728.1 nm following the excitation of helium atoms with free-electron laser pulses at wavelengths of 53.7 nm ($$n$$=3 excitation) and 52.2 nm ($$n$$=4 excitation). The observed wavelengths of the superfluorescence pulses correspond to 1s3p-1s2s, 1s3d-1s2p, and 1s3s-2p transitions. Observation of superfluorescence on these transitions implies either competing cascade decays, or direct excitation of non-dipole allowed transitions. We have studied the time structure of the emitted pulses using a streak camera, and the results cannot be explained by straightforward considerations using the usual model for two-level superfluorescence.

論文

Simultaneous measurements of super-radiance at multiple wavelengths from helium excited states, 1; Experiment

中嶋 享*; Harries, J.; 岩山 洋士*; 久間 晋*; 宮本 祐樹*; 永園 充*; 大饗 千彰*; 富樫 格*; 矢橋 牧名*; 繁政 英治*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 84(5), p.054301_1 - 054301_7, 2015/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.64(Physics, Multidisciplinary)

In this paper, we report the results of measurements of the intensities and delays of super-radiance decays from excited helium atoms at multiple wavelengths. The experiment was performed using extreme ultraviolet radiation produced by the free electron laser at the SPring-8 Compact SASE Source test accelerator facility as an excitation source. We observed superradiant transitions on the 1s3p$$rightarrow$$1s2s ($$lambda$$=502 nm), 1s3d$$rightarrow$$1s2p ($$lambda$$=668 nm), and 1s3s$$rightarrow$$1s2p ($$lambda$$=728 nm) transitions. The pulse energy of each transition and its delay time were measured as a function of the target helium gas density. Several interesting features of the data, some of which appear to contradict with the predictions of the simple two-level super-radiance theory, are pointed out.

論文

Photon-in, photon-out gas-phase experiments at the SPring-8 compact SASE source SCSS

Harries, J.; 岩山 洋士*; 沖原 理沙*; 永園 充*; 繁政 英治*

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.013083_1 - 013083_6, 2014/03

In this article we describe four recent results from "photon-in, photon-out" fluorescence spectroscopy studies using the SPring-8 compact SASE source SCSS. Fluorescence spectroscopy avoids problems due to space charge, and is particularly suited to the highly-intense FEL pulses, since multiple excitations/ionisations occur for each laser shot.

論文

Resonance-enhanced three-photon single ionization of Ne by ultrashort extreme-ultraviolet pulses

繁政 英治*; 永園 充*; 岩山 洋士*; Harries, J.; 石川 理沙*

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 46(16), p.164020_1 - 164020_5, 2013/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Optics)

Time-resolved extreme-ultraviolet (EUV) fluorescence spectroscopy has been applied to study the multi-photon, single ionization of Ne irradiated by intense EUV-free-electron laser (FEL) pulses at a wavelength of 51 nm. A broad, intense peak at a wavelength of around 46 nm is observed, which is shorter than the incident FEL wavelength. The time-dependence of the fluorescence reveals that the peak has two un-resolved components, which we attribute to the decay of the excited ion states Ne$$^+$$2s$$^{-1}$$($$^2$$S) and 2p$$^{-2}$$($$^3$$P$$rm ^e$$)3s($$^2$$P$$rm ^e$$) at 46.0 nm and 44.6 nm. From the observed intensity ratios and fluorescence lifetimes we conclude that the Ne$$^+$$ 2p$$^{-2}$$ ($$^3$$P$$rm ^e$$)3s($$^2$$P$$rm ^e$$) state is populated by two-photon resonance-enhancement, via a 2p$$^4$$3p$$^2$$ doubly-excited state of Ne.

論文

Towards coherent control of SASE pulses using propagation through helium gas at wavelengths corresponding to double excitation

Harries, J.; 永園 充*; 岩山 洋士*; 繁政 英治*

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 46(16), p.164021_1 - 164021_5, 2013/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Optics)

Using the third harmonic of the FEL radiation from the SPring-8 compact SASE source SCSS we have studied the effects on SASE (self-amplified stimulated emission) pulses with central wavelengths near 20 nm due to passage through a helium gas cell. The positions of zero ionisation cross-section close to wavelengths corresponding to double-excitations allow operation as an efficient wavelength filter, with effectively 100% transmitted peak intensity until the Doppler-broadening limit is reached. We discuss how the time profile of the SASE pulses is affected, and discuss potential applications.

論文

Compact XFEL and AMO sciences; SACLA and SCSS

矢橋 牧名*; 田中 均*; 田中 隆次*; 冨澤 宏光*; 富樫 格*; 永園 充*; 石川 哲也*; Harries, J.; 彦坂 泰正*; 菱川 明栄*; et al.

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 46(16), p.164001_1 - 164001_19, 2013/08

 被引用回数:64 パーセンタイル:3.46(Optics)

The concept, design, and performance of Japan's compact FEL facilities, the SPring-8 Compact SASE Source test accelerator (SCSS) and SPring-8 Angstrom Compact free electron LAser (SACLA), and their applications are reviewed. At SCSS, intense, ultrafast FEL pulses at extreme ultraviolet (EUV) wavelengths have been utilized for investigating various multiphoton processes in atoms, molecules and clusters by means of ion and electron spectroscopy. The quantum optical effect superfluorescence has been observed with EUV excitation. A pump-probe technique combining FEL pulses with near infrared laser pulses has been realized to study the ultrafast dynamics of atoms, molecules and clusters in the sub-picosecond regime. At SACLA, deep inner-shell multiphoton ionization by intense X-ray free-electron laser pulses has been investigated. The development of seeded FEL sources for producing transversely and temporally coherent light, as well as the expected impact on advanced science are discussed.

論文

Full-coherent free electron laser seeded by 13th- and 15th-order harmonics of near-infrared femtosecond laser pulses

佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 大和田 成起*; 山内 薫*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 富樫 格*; 深見 健司*; et al.

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 46(16), p.164006_1 - 164006_6, 2013/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:77.09(Optics)

自由電子レーザー(FEL)は、自己増幅自発放射方式を用いているため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のない極端紫外領域のシード型FELの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.7nm)、15次高調波(波長53.4nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。また、シードFEL光のコントラスト比についても検討した。この結果について発表する。

論文

Demonstration of up-conversion fluorescence from Ar clusters in intense free-electron-laser fields

岩山 洋士*; 永園 充*; Harries, J.; 繁政 英治*

Optics Express (Internet), 20(21), p.23174 - 23179, 2012/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:36.23(Optics)

Extreme ultraviolet (EUV) fluorescence emitted from Ar clusters irradiated by intense EUV free electron laser (FEL) pulses has been investigated. The EUV fluorescence spectra display rich structure at wavelengths shorter than the incident FEL wavelength of 51 nm. The results suggest that multiply-charged ions are produced following the ion-electron recombination processes which occur in the nanoplasma created by multi-photon excitation during the intense EUV-FEL pulses.

論文

高強度EUV-FEL光による原子・分子のイオン化過程と高調波シード化FEL

岩崎 純史*; 佐藤 尭洋*; 大和田 成起*; 富樫 格*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 神成 文彦*; 柳下 明*; et al.

レーザー研究, 40(9), p.687 - 690, 2012/09

極端紫外(EUV)域における原子・分子の多光子イオン化などの非線形光学過程の観測は高次高調波を用いて行われてきた。しかし、高次高調波では光強度が低いため、高次の非線形光学過程を観測することが困難であった。近年、高輝度光源であるEUV域の自由電子レーザー(FEL)が登場し、高次の非線形光学過程を観測することが可能になってきた。われわれはEUV域のFELを使用し、Heの2光子イオン化断面積の絶対値を計測するのに成功した。実験ではHeの共鳴遷移である波長58.4nmと、共鳴波長から離れている波長61.4nm, 56.0nmのFEL光を使用して断面積の絶対値を計測した。共鳴波長ではFEL光の集光強度に断面積が依存するが、共鳴波長から離れた領域では集光強度に依存しないことが観測された。実験で使用したFELは自己増幅自発放射のため、波長プロファイルがパルスごとに揺らぐ問題があり、実験精度を低下させている。このため、EUV域の高次高調波をFELにインジェクションし、フルコヒーレント化されたシード型FELの研究開発に取り組み、EUV域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。

論文

Synchronization of FEL and high-order harmonics of ultrashort-pulsed laser for generating intense full-coherent EUV light pulses

岩崎 純史*; 佐藤 尭洋*; 大和田 成起*; 富樫 格*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 松原 伸一*; 岡安 雄一*; et al.

Proceedings of International Conference on Ultrafast Phenomena 2012 (UP 2012) (Internet), 3 Pages, 2012/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域のシード型自由電子レーザーの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.2nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。さらに、シード光と電子バンチの同期精度についても検討を行った。

論文

Optical features of a LiF crystal soft X-ray imaging detector irradiated by free electron laser pulses

Pikuz, T.; Faenov, A.*; 福田 祐仁; 神門 正城; Bolton, P.; Mitorfanov, A.*; Vinogradov, A.*; 永園 充*; 大橋 治彦*; 矢橋 牧名*; et al.

Optics Express (Internet), 20(4), p.3424 - 3433, 2012/02

 被引用回数:20 パーセンタイル:26.74(Optics)

Optical features of point defects photoluminescence in LiF crystals, irradiated by soft X-ray pulses of the Free Electron Laser were measured. We found that peak of photoluminescence spectra lies near of 530 nm. Our results suggest that redistribution of photoluminescence peak intensity from red to green part of the spectra is associated with a shortening of the applied for irradiation of LiF laser pulses down to pico - or femtosecond durations. Dependence of peak intensity of photoluminescence spectra from the soft X-ray irradiation fluence was measured and the absence of quenching phenomena, even at relatively high fluencies was found, which is very important for wide applications of LiF crystal X-ray imaging detectors.

論文

Observation of free-electron-laser-induced collective spontaneous emission (superfluorescence)

永園 充*; Harries, J.; 岩山 洋士*; 富樫 格*; 登野 健介*; 矢橋 牧名*; 仙波 泰徳*; 大橋 治彦*; 石川 哲也*; 繁政 英治*

Physical Review Letters, 107(19), p.193603_1 - 193603_5, 2011/11

 被引用回数:29 パーセンタイル:18.34(Physics, Multidisciplinary)

We have observed and characterized 501.6 nm collective spontaneous emission (superfluorescence) following 1$$s$$$$^2rightarrow$$1$$s$$3$$p$$ excitation of helium atoms by 53.7 nm free-electron laser radiation. Emitted pulse energies of up to 100 nJ ($$sim$$10$$^{{11}}$$ photons) are observed, corresponding to a photon number conversion efficiency of up to 10%. We observe the peak intensity to scale as $$rho^2$$, and the pulse width and delay with respect to the pump pulse to scale as $$rho^{-1}$$, where $$rho$$ is the atom number density. Emitted pulses as short as 1 ps are observed, which corresponds to a rate around 75000 times faster than the spontaneous 1$$s$$3$$p$$$$rightarrow$$1$$s$$2$$s$$ decay rate. To our knowledge this is the first observation of superfluorescence following pumping in the extreme ultraviolet wavelength region, and extension of the technique to the generation of EUV and X-ray superfluorescence pulses should be straightforward by using suitable atomic systems and pump wavelengths.

論文

XUV-FEL spectroscopy; He two-photon ionization cross-sections

佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 石橋 和樹*; 沖野 友哉*; 山内 薫*; 足立 純一*; 柳下 明*; 矢澤 洋紀*; 神成 文彦*; 青山 誠; et al.

Europhysics News, 42(5), P. 10, 2011/09

Heガスに、XUV領域のイオン化断面積が既知である水素分子のガスを混合することによって、Heの2光子イオン化断面積の波長依存性を実験的に検証した結果について解説する。

論文

Ablation of insulators under the action of short pulses of X-ray plasma lasers and free-electron lasers

Inogamov, N. A.*; Anisimov, S. I.*; Petrov, Y. V.*; Khokhlov, V. A.*; Zhakhovskii, V. V.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; Fortov, V. E.*; Skobelev, I. Y.*; 加藤 義章*; et al.

Journal of Optical Technology, 78(8), p.473 - 480, 2011/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:67.52(Optics)

An experimental and theoretical study has been carried out of the ablation of a solid insulator with a wide band gap (LiF) under the action of ultrashort laser pulses of the UV range, obtained in a free-electron laser, and the soft X-ray region, obtained in a silver-plasma laser. A comparison is made of the results obtained on the two laser systems. It is shown that the ablation threshold is about the same for both lasers. A theory is presented that explains the weak growth of the ablation mass with increasing surface energy density of the laser radiation (the fluence) in the case of X-ray lasers as a result of the transition from spallation close to the ablation threshold to evaporative ablation at high fluence values.

論文

Determination of the absolute two-photon ionization cross section of He by an XUV free electron laser

佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 石橋 和樹*; 沖野 友哉*; 山内 薫*; 足立 純一*; 柳下 明*; 矢澤 洋紀*; 神成 文彦*; 青山 誠; et al.

Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 44(16), p.161001_1 - 161001_5, 2011/08

 被引用回数:32 パーセンタイル:14.81(Optics)

Heガスに、XUV領域のイオン化断面積が既知である水素分子のガスを混合することによって、Heの2光子イオン化断面積の波長依存性を実験的に示した。

論文

Two-temperature warm dense matter produced by ultrashort Extreme Vacuum Ultraviolet-Free Electron Laser (EUV-FEL) pulse

Inogamov, N. A.*; Faenov, A. Ya.*; Zhakhovsky, V. V.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Yu.*; Petrov, Y. V.*; Khokhlov, V. A.*; Shepelev, V. V.*; Anisimov, S. I.*; Fortov, V. E.*; et al.

Contributions to Plasma Physics, 51(5), p.419 - 426, 2011/06

 被引用回数:19 パーセンタイル:30.15(Physics, Fluids & Plasmas)

極短パルス,極端紫外自由電子レーザー(EUV-FEL)パルス(波長:50nm,パルス幅:100fs)をフッ化リチウム(LiF)のような誘電体に照射することで、結晶状態にあるLiFの破砕現象を初めて観測した。低フルーエンスの場合ではLiFの破砕現象が起こり、これがLiFの低いアブレーション閾値の原因となっていることを明らかにした。同様の現象は、ピコ秒パルスの関西光科学研究所X線レーザー装置を用いた実験でも観測されている。この破砕現象は、ナノ秒パルスのX線レーザー装置では観測されておらず、フェムト$$sim$$ピコ秒パルス特有の現象であることをモデル計算から明らかにした。

論文

Extreme ultraviolet free electron laser seeded by high-order harmonic

富樫 格*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 沖野 友哉*; 山内 薫*; 原 徹*; et al.

Proceedings of 2011 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2011) (CD-ROM), p.1527 - 1528, 2011/05

波長61nmのシード型自由電子レーザーの発振に成功した。高強度Ti:SapphireレーザーをXeガスセルに集光して得られる13次高調波(61nm)をアンジュレータに入射することで実現している。極端紫外領域では、世界初のシード型FELである。

論文

Extreme ultraviolet free electron laser seeded with high-order harmonic of Ti:sapphore laser

富樫 格*; 高橋 栄治*; 緑川 克美*; 青山 誠; 山川 考一; 佐藤 尭洋*; 岩崎 純史*; 大和田 成起*; 沖野 友哉*; 山内 薫*; et al.

Optics Express (Internet), 19(1), p.317 - 324, 2011/01

 被引用回数:82 パーセンタイル:3.02(Optics)

自由電子レーザー(FEL)は、共振器を使用しない自己増幅自発放射(SASE)方式を用いている。この方式では、自然放射光を種光としてレーザー発振・増幅するため、発振したレーザー光のスペクトルや時間波形がスパイク状構造になる欠点がある。この問題点を解決するために、短波長光源である高次高調波をFELにインジェクションし、スペクトルや時間波形にスパイク構造のないフルコヒーレント化された極端紫外領域のシード型自由電子レーザーの研究開発を進めている。高次高調波を発生させるドライブレーザーである高出力フェムト秒・チタンサファイアCPAレーザーシステムは、これまで原子力機構で培ったレーザー技術を設計に活かし、レーザーシステムの構築を行った。そして、このドライブレーザーをXeガス中に集光して得られる13次高調波(波長61.2nm)をシード光としてFELへインジェクションし、極端紫外領域でシード型FEL(波長61.2nm)の発振に世界で初めて成功した。高次高調波のシーディングによりSASE方式特有のスパイク構造がなくなり、スムーズなスペクトルが得られた。

口頭

極端紫外自由電子レーザーとフッ化リチウム画像計測器とを用いた物質のイメージング

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 永園 充*; 東谷 篤*; 富樫 格*; 矢橋 牧名*; 木村 洋昭*; 大橋 治彦*; 石川 哲也*

no journal, , 

X線自由電子レーザー(XFEL)のプロトタイプ機として整備が進められている極端紫外自由電子レーザー(EUVFEL)とフッ化リチウム(LiF)製の放射線画像検出器とを用い、EUVFELの空間コヒーレンス分布の計測、及び、LiF画像検出器のEUV領域でのダイナミックレンジの評価を行うためのイメージング実験を行った。その結果、金属メッシュ,アルミフィルター等のシングルショットイメージの取得に成功した。このイメージの解析から、LiF検出器は、EUVFEL光のシングルショットでも十分な感度を有する、EUVFEL光の空間コヒーレンスは極めてよい、この観測を行った位置でのEUVFELのビーム径は9.0$$times$$8.4mm(半値全幅)である等、のことを明らかにした。

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