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論文

Intensity correlation measurement system by picosecond single shot soft X-ray laser

岸本 牧; 並河 一道*; 助川 剛太*; 山谷 寛*; 長谷川 登; 田中 桃子

Review of Scientific Instruments, 81(1), p.013905_1 - 013905_5, 2010/01

AA2009-0790.pdf:0.78MB

 被引用回数:3 パーセンタイル:19.1(Instruments & Instrumentation)

シングルショット高輝度プラズマX線レーザーを用いた全く新しい軟X線スペックル強度相関分光システムを開発した。プラズマX線レーザーは、数ピコ秒パルス幅,90%以上の空間コヒーレンス、そして1パルス辺り10$$^{11}$$個のフォトン数を持つ優れた光源である。われわれは軟X線ビームスプリッターを用いたマイケルソン型遅延パルス生成器を開発し、ピコ秒の遅延時間を持つコヒーレントダブル軟X線パルスの生成に成功した。さらに物質からのスペックル信号をピコ秒時間スケールで計測するために高速軟X線ストリークカメラを用いた。開発した分光システムの性能を検証するため、誘電体物質であるチタン酸バリウムのキュリー温度近傍で生じる分極クラスターの緩和現象観測に本システムを用い、有効性を確認した。

論文

Frequency filter of seed X-ray by use of X-ray laser medium; Toward the generation of the temporally coherent X-ray laser

長谷川 登; 河内 哲哉; 岸本 牧; 助川 鋼太*; 田中 桃子; Tai, R. Z.*; 越智 義浩; 錦野 将元; 永島 圭介; 加藤 義章*

Japanese Journal of Applied Physics, 48(1), p.012503_1 - 012503_6, 2009/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:27.47(Physics, Applied)

時間コヒーレントX線レーザー発生を行うために、高次高調波をX線レーザー媒質により増幅した際に受ける影響についての考察を行った。X線レーザー媒質は、非常に狭いスペクトル幅を持つため、高次高調波の時間コヒーレント成分のみを増幅することが可能である。チタンサファイアレーザーの第29次高調波(26.9nm)を種光としてネオン様マンガンX線レーザー媒質に入射することにより、種光が大きな屈折を受けることなく増幅されることを確認した。これにより、数百フェムト秒の時間コヒーレントなX線レーザーの発生が可能となったことが示された。

論文

Characterization of a high-brilliance soft X-ray laser at 13.9 nm by use of an oscillator-amplifier configuration

錦野 将元; 長谷川 登; 河内 哲哉; 山谷 寛; 助川 鋼太; 永島 圭介

Applied Optics, 47(8), p.1129 - 1134, 2008/03

 被引用回数:43 パーセンタイル:87.17(Optics)

We have demonstrated an X-ray laser with highly peak brilliance and highly spatial coherence at 13.9 nm. In order to generate the highly brilliant X-ray laser by using the oscillator-amplifier configuration, a seeding X-ray laser beam is amplified by a medium plasma with the high gain coefficient. The amplified X-ray laser with highly output is affected by the refraction in the gain medium plasma. However the amplified X-ray laser has very high peak brilliance of $$5times10^{26}$$ photons/(s$$cdot$$mm$$^{2}$$$$cdot$$mrad$$^{2}$$$$cdot$$0.01%bandwidth) and large photon flux of $$6.5times10^{10}$$ photons/pulse.

論文

Direct measurement of the temporal profile of the amplification gain of the transient collisional excitation neonlike manganese X-ray laser medium

長谷川 登; 河内 哲哉; 佐々木 明; 岸本 牧; 助川 鋼太; 田中 桃子; Tai, R. Z.*; 越智 義浩; 錦野 将元; 永島 圭介; et al.

Physical Review A, 76(4), p.043805_1 - 043805_5, 2007/10

 被引用回数:20 パーセンタイル:68.2(Optics)

固体をターゲットとするプラズマX線レーザーは短波長でのレーザー発振が得られるため、その増幅媒質の詳細情報が求められている。しかし、X線レーザーの増幅媒質の時間分解計測は、受動的な分光方法では不可能であり、かつ媒質自身が高電子密度プラズマであるため、可視領域のレーザーを用いた能動分光法も適応不可能であった。今回われわれは、チタンサファイアレーザーの第29次高調波(波長26.9ナノメートル)をプローブ光として用いることにより、過渡利得方式ネオン様マンガンX線レーザー媒質(増幅波長26.9ナノメートル)の増幅率の時間分解計測に成功した。得られた増幅率の立ち上がり時間及び持続時間は、それぞれ23ピコ秒,27ピコ秒であった。これらの結果は、流体シミュレーションと原子過程シミュレーションを組合せた理論計算結果と良い一致が得られた。

論文

Enhancement of double auger decay probability in xenon clusters irradiated with a soft-X-ray laser pulse

難波 愼一*; 長谷川 登; 錦野 将元; 河内 哲哉; 岸本 牧; 助川 鋼太; 田中 桃子; 越智 義浩; 多幾山 憲*; 永島 圭介

Physical Review Letters, 99(4), p.043004_1 - 043004_4, 2007/07

 被引用回数:31 パーセンタイル:78.22(Physics, Multidisciplinary)

波長域が赤外から紫外線までのフェムト秒高強度レーザーを希ガスクラスターに照射すると効率よくレーザーエネルギーの吸収が起こることが知られており、高エネルギー粒子発生や高輝度X線源への応用が期待されている。本研究では、さらに波長の短いX線レーザーとクラスターとの相互作用の原子力機構の解明を目的としている。波長13.9nm,強度2$$times$$10$$^{10}$$W/cm$$^{2}$$のX線レーザーをXeクラスターに照射し、イオン質量分析計を用いて、発生したイオンの時間分解計測を行った。今までに行われている放射光を用いたXe原子を標的とした実験(Xe$$^{2+}$$イオンの発生確率が高い)とは異なり、ダブルオージェ崩壊過程と呼ばれるXe 4d$$^{-1}$$内殻電離状態からXe$$^{3+}$$イオンが発生する遷移確率が高くなることを明らかにした。

報告書

ダブルターゲットX線レーザー用高安定ターゲット装置の開発

助川 鋼太*; 岸本 牧; 加道 雅孝

JAERI-Tech 2004-077, 21 Pages, 2005/01

JAERI-Tech-2004-077.pdf:4.17MB

現在X線レーザー研究グループでは、ダブルターゲット方式を用いた高輝度・高空間コヒーレンスのX線レーザーの開発を行っている。ダブルターゲットX線レーザーは、X線干渉計測やX線スペックル計測などに応用される。ターゲットアライメント精度は、第1ターゲットから生成された種光を第2ターゲットに導入するために非常に重要である。要求アライメント精度を達成するためにターゲットアライメント装置の開発を行い、高精度及び高安定という点において新しいターゲットアライメント装置を設計,製作した。ターゲット位置の安定性に関して、真空引きのターゲット真空容器の歪みによるターゲット位置変動は$$pm$$10$$mu$$m以下、ポンプの振動によるターゲット位置変動は4$$mu$$rad以下であり、高い安定度を得られることを確認した。また、ターゲットアライメント装置の分解能はそれぞれで並進方向で6$$mu$$m、回転方向で20$$mu$$rad、安定度は$$pm$$12$$mu$$m, $$pm$$40$$mu$$radであることがわかった。

報告書

高繰り返し軟X線レーザー開発用ドライバーレーザーの設計と要素性能の評価

越智 義浩; 長谷川 登; 鈴木 庸氏; 助川 鋼太*; 河内 哲哉; 岸本 牧; 永島 圭介

JAERI-Tech 2004-062, 32 Pages, 2004/11

JAERI-Tech-2004-062.pdf:1.84MB

繰返し頻度0.1Hzで動作する軟X線レーザー装置のドライバーレーザーとして、高繰り返しチャープパルスレーザーシステムの設計を行った。前段増幅部としてパルスの制御性にすぐれた光パラメトリック増幅器(OPCPA)を用いた。主増幅部にはレーザーガラスを用いるため、優れた放熱効果にすぐれたジグザグスラブ型増幅器を用い、小さいビームサイズでマルチパス増幅させた後、ダブルパス増幅を行う二段階増幅を採用した。また、像転送系をシステム全体に組み込むことで増幅レーザー光の空間強度分布の均一化を図った。本報告では、各部分について試作器を製作して行った増幅特性評価の結果と、それをもとに決定したシステムの最終仕様について報告する。

論文

Demonstration of a fully spatial coherent X-ray laser at 13.9 nm

錦野 将元; 田中 桃子; 越智 義浩; 岸本 牧; 石野 雅彦; 長谷川 登; 加道 雅孝; 助川 鋼太*; 河内 哲哉; 永島 圭介

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 10(6), p.1382 - 1387, 2004/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:46.45(Engineering, Electrical & Electronic)

過渡励起方式のX線レーザーは単色性・高輝度・短パルスと優れた特性を持ち、X線顕微鏡やX線干渉計測などの応用研究への利用が期待されるが、その空間コヒーレンスはその応用に対し、未だ十分ではなかった。光量子科学研究センターではX線レーザーの指向性や空間コヒーレンスを向上させるため、ある程度の距離を離して配置した2個のターゲットを用いるダブルターゲット方式により高コヒーレントX線レーザーの発生実験を行った。その結果、非常に指向性の良いX線レーザーを発生させることに成功し、このX線レーザーが空間的にフルコヒーレントな状態であることを確認した。また、このフルコヒーレントX線レーザーの高出力化に関する実験も行い、増幅ターゲットプラズマにより約1000倍の増幅と最大出力0.2マイクロジュールが得られた。

論文

Development of a full spatial coherent X-ray laser at 13.9 nm and its applications

永島 圭介; 田中 桃子; 錦野 将元; 岸本 牧; 加道 雅孝; 河内 哲哉; 長谷川 登; 越智 義浩; 助川 鋼太*; Tai, R.; et al.

Applied Physics B, 78(7), p.927 - 932, 2004/05

波長13.9ナノメートルでの空間フルコヒーレントX線レーザーの開発に成功した。この実験は、2つのレーザー媒質を用いて、第1の媒質から得られるシード光を第2の媒質で増幅するもので、ビーム発散角が0.2ミリラジアンという極めて指向性の高いX線ビームが生成された。この発散角は、回折限界の2倍以内である。シード光は第2媒質中で屈折の影響無しに増幅されており、増幅係数はセンチメートル当たり約8であった。また、可視度の測定から、空間コヒーレンス長がビーム径より大きいことがわかった。こうした空間コヒーレンスの高いX線レーザーの応用研究として、強誘電体であるチタン酸バリウムの表面分域構造の観測を行い、キュリー温度近傍での分域構造の変化を明らかにした。

論文

High-precision measurement of the wavelength of a nickel-like silver X-ray laser

長谷川 登; 河内 哲哉; 内海 隆行*; 佐々木 明; 田中 桃子; 加道 雅孝; 助川 鋼太*; Lu, P.; 岸本 牧; Tai, R.; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 43(5A), p.2519 - 2522, 2004/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:45.99(Physics, Applied)

X線レーザーの発振波長の精密な情報は、X線レーザーの応用を行う際に極めて重要である。特にニッケル様銀X線レーザーの発振波長は高効率の反射鏡が既に開発されている応用に適した波長領域である。さらに、多電子系原子過程のシミュレーションによる発振波長の予測値と実測値との一致が十分に成されていない波長領域であり、その標準値として利用が可能である。今回、X線レーザー発振線の2次光を観測することで波長分解能の向上を行うとともに、波長校正用の光源としてヘリウムガスプラズマからの発光線を用いることで波長校正の精度の向上を行い、従来よりも高い精度で発振波長を決定することに成功した。測定されたX線レーザーの中心波長は13.887nmであり、われわれの行ったシミュレーションによる発振波長の予測値と測定誤差範囲内で一致した。これにより、他の発振線についても従来よりも高精度の予測が可能であることが示された。

論文

Development of a laser-pumped X-ray laser with full spatial coherence

永島 圭介; 田中 桃子; 錦野 将元; 岸本 牧; 加道 雅孝; 河内 哲哉; 長谷川 登; 越智 義浩; 助川 鋼太*; Tai, R.

プラズマ・核融合学会誌, 80(3), p.236 - 240, 2004/03

空間フルコヒーレントX線レーザーの開発に初めて成功した。このX線レーザーは、波長13.9ナノメートルで、ビーム発散角0.2ミリラジアンという極めて指向性を有する。実験では、2つのレーザー媒質を用いて、第1の媒質から得られるシード光を第2の媒質で増幅した。この場合、第2媒質は空間フィルターとして機能している。観測されたビーム発散角は、回折限界の2倍以内である。シード光は第2媒質中で屈折の影響無しに増幅されており、第2媒質の増幅領域は、ターゲット表面から離れた低密度領域に生成されている。また、可視度の測定から、空間コヒーレンス長がビーム径より大きいことが明らかになった。

論文

Demonstration of a soft-X-ray laser at 13.9 nm with full spatial coherence

錦野 将元; 田中 桃子; 永島 圭介; 岸本 牧; 加道 雅孝; 河内 哲哉; 助川 鋼太*; 越智 義浩; 長谷川 登; 加藤 義章

Physical Review A, 68(6), p.061802_1 - 061802_4, 2003/12

 被引用回数:60 パーセンタイル:89.77(Optics)

過渡励起方式のX線レーザーは単色性・高輝度・短パルスと優れた特性を持ち、X線顕微鏡やX線干渉計測などの応用研究への利用が期待されている。光量子科学研究センターではX線レーザー(波長13.9nm)の指向性や空間コヒーレンスを向上させるため、ある程度の距離を離して配置した2個のターゲットを用いるダブルターゲット方式により高コヒーレントX線レーザーの発生実験を行った。その結果、従来よりも1桁程度発散角の小さい(ビーム発散角0.2mrad)、非常に指向性の良いX線レーザーを発生させることに成功した。今回、ダブルスリットを用いたyoungの干渉実験により、ダブルターゲット増幅X線レーザーの空間コヒーレンスの計測を行った。X線レーザーの空間コヒーレンス度は、ダブルスリットによって形成される干渉縞の可視度から評価することができ、このX線レーザーの空間コヒーレンス長が、垂直方向・鉛直方向ともにX線レーザーのビーム径よりも長いフルコヒーレントな状態であることを確認した。

論文

Study of the anisotropy of electron energy distribution of optical-field ionized oxygen plasma by using polarization spectroscopy

Kim, J.*; Kim, D. E.*; 河内 哲哉; 長谷川 登; 助川 鋼太*; 岩前 敦*; 藤本 孝*

Journal of the Optical Society of Korea, 7(3), p.145 - 149, 2003/09

強い光電界強度によって生成した酸素プラズマにおける電子の速度分布関数の異方性について偏光プラズマ分光の手法を用いて評価した。用いた光源は幅66fs,ピーク強度10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$のチタンサファイアレーザーで、この強度においては、光電界電離が主要な電離過程となる。観測においてはプラズマからのリチウム様酸素イオン(O$$^{5+}$$イオン)の1s$$^{2}$$2p $$^{2}$$P$$^{2}$$-1s$$^{2}$$4d $$^{2}$$D$$^{0}$$(J=1/2-3/2及びJ=3/2-5/2)遷移(波長12.992nm)の偏光を計測した。その際、同種のイオンからの1s$$^{2}$$ 2p$$^{2}$$P$$^{2}$$-1s$$^{2}$$4s$$^{2}$$S$$^{2}$$(J=1/2-1/2及びJ=3/2-1/2)を異なる偏光方向に対する計測系の感度の校正に用いた。上記の発光線の偏光度を酸素ガス密度、及び入射レーザーの偏光方向を変えた場合に調べた結果、励起レーザーの偏光状態を直線偏光から円偏光にすることで、発光線の偏光度が下がり、またガス密度を増加させると偏光度が下がることが見いだせた。これらの結果から、プラズマ中の電子速度分布関数の異方性の発生及び緩和についての知見が得られ、プラズマの異方性に起因すると考えられるX線レーザーの偏光制御への足掛かりが得られた。

論文

Development of a pumping laser system for X-ray laser research

河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 永島 圭介; 助川 鋼太*; Lu, P.; 高橋 謙二郎; 難波 愼一; 小池 雅人; et al.

Applied Optics, 42(12), p.2198 - 2205, 2003/04

 被引用回数:27 パーセンタイル:73.15(Optics)

X線レーザー研究専用の、2つのチャープパルス増幅ビームからなるNd:ガラスレーザーを開発した。このレーザーは、各々のビームにおいて最大20J, 1.3ピコ秒の出力を持ち、プリパルスのパルス幅を調整するための特徴的な可変機能を持っている。このレーザーシステムと収差を持たない線集光システムを用いることにより、ニッケル様銀X線レーザーの高効率な増幅に成功した。

論文

Spatial coherence measurement of the 13.9nm Ni-like Ag soft X-ray laser pumped by a 1.5ps, 20J laser

Tang, H.; 大道 博行; 岸本 牧; 助川 鋼太*; Tai, R.; Mesesson, S.*; 田中 桃子; Lu, P.; 河内 哲哉; 永島 圭介; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 42(2A), p.443 - 448, 2003/02

 被引用回数:14 パーセンタイル:51.19(Physics, Applied)

本論文では、過渡衝突励起方式のニッケル様Ag X線レーザーの空間コヒーレンスを報告する。X線レーザー励起のために、波長1.053$$mu$$mの1psレーザーパルスが銀のターゲットを照射すると、波長13.9nmニッケル様Ag軟X射線レーザーが発生する。X線レーザービームが、銀ターゲットから距離1mに取り付けたスリット-アレイに伝播すると、出力のX線回折パターンが、X線CCDに記録される。この回折パターンに基づく、ターゲットから距離1mの位置における、X線レーザーの空間コヒーレンスが計算された。このX線ビームのコヒーレンス分布特性も評価された。

論文

Picosecond snapshot of the speckles from ferroelectric BaTiO$$_{3}$$ by means of X-ray lasers

Tai, R.; 並河 一道*; 岸本 牧; 田中 桃子; 助川 鋼太*; 長谷川 登; 河内 哲哉; 加道 雅孝; Lu, P.; 永島 圭介; et al.

Physical Review Letters, 89(25), p.257602_1 - 267602_4, 2002/12

 被引用回数:38 パーセンタイル:80.97(Physics, Multidisciplinary)

温度に対する無秩序表面ドメイン構造の振舞を調べるためにピコ秒X線レーザースペックル計測が初めて行われた。フェロエレクトリックドメインによって引き起こされた過渡的な表面構造はキューリー温度へ向かっての温度増加に伴い減少し、キューリー温度以上で完全に消滅する。c/aドメインの空間的な配置の急激な変化は、キューリー温度より2度以下から始まることが観測された。そしてそこでは、平気的なドメインの大きさは(Tc-T)$$^{0.37pm0.02}$$により減少することがわかった。キューリー温度近くのパラ状態において存在すると考えられていながら、従来の手法では不可能であった分極クラスターの観察を遂行できる見通しが得られた。

論文

Demonstration of a transient-gain nickel-like xenon-ion X-ray laser

Lu, P.; 河内 哲哉; 岸本 牧; 助川 鋼太*; 田中 桃子; 長谷川 登; 鈴木 将之; Tai, R.; 加道 雅孝; 永島 圭介; et al.

Optics Letters, 27(21), p.1911 - 1913, 2002/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:40.32(Optics)

ガスパフターゲットを用いて過渡利得励起方式のNi様XeイオンのX線レーザーにおいて高い利得係数での発振を実証した。X線レーザープラズマは、進行波励起方式で、線集光したパルス幅3ピコ秒のポンプレーザーをガスパフターゲットに照射することにより生成した。全ポンプエネルギーは18Jであった。Xeプラズマから波長9.98nm(4d-4p, J=0-1遷移)の強い発振線が観測され、利得係数は17.4[1/cm]であった。さらに、波長9.64 nmの発振線においても利得係数5.9[1/cm]が観測された。

論文

過渡的衝突励起方式によるX線レーザー開発

永島 圭介; 河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 助川 鋼太*; 難波 慎一; Tang, H.; 大道 博行; 加藤 義章

プラズマ・核融合学会誌, 78(3), p.248 - 255, 2002/03

超短パルスレーザーシステムを励起光源に用いて過渡的衝突励起方式による小型のX線レーザー開発を行っている。励起レーザー光はチタン,銀,スズといった金属ターゲット上に直線状に集光している。これにより、32.6nm(チタン),13.9nm(銀),11.9nm(スズ)の波長でX線レーザーの発振に成功している。さらに、こうしたX線レーザーの空間コヒーレンスを向上させるために高コヒーレントシード光の増幅実験を計画している。

論文

Demonstration of a transient high gain soft X-ray laser for neon-like Argon

Lu, P.; 河内 哲哉; 鈴木 将之*; 助川 鋼太*; 難波 慎一; 田中 桃子; 長谷川 登; 永島 圭介; 大道 博行; 有澤 孝; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 41(2A), p.L133 - L135, 2002/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:38.7(Physics, Applied)

私たちは、ガスパフターゲットを用いて高利得Ne様アルゴンイオンのX線レーザー発振を実証した。X線レーザープラズマは、進行波励起方式で、全エネルギー9Jの、線集光したピコ秒レーザーがガスパフターゲットを照射することにより生成された。強い発振線が観測され、18.7cm$$^{-1}$$の高利得係数と3.7mrad以下のビームダイバージェンスが、ターゲットまで0.45cmで46.9nmのNe様アルゴンの過渡利得励起(TCE)3p$$^{1}$$s$$_{0}$$-3s$$^{1}$$p$$_{1}$$遷移で計測された。

論文

Near field imaging of the transient collisional excitation Ni-like Ag X-ray laser

田中 桃子; 河内 哲哉; 加道 雅孝; 長谷川 登; 助川 鋼太*; Lu, P.; 永島 圭介; 加藤 義章; 竹中 久貴*

Surface Review and Letters, 9(1), p.641 - 644, 2002/02

 被引用回数:12 パーセンタイル:53.97(Chemistry, Physical)

X線レーザーの近視野像をとることは、X線レーザーを集光して用いる利用実験を行ううえで不可欠であり、X線レーザーの高度化を行ううえで必要なゲイン領域の形状などについての情報を与える。X線レーザー研究グループでは過渡利得型電子衝突励起方式により、ネオン様チタン,ニッケル様銀,ニッケル様スズなどの発振に成功している。この会議では、X線多層膜ミラーを用いてニッケル様銀レーザー(波長13.9nm)の近視野像を観測した結果について報告する。ターゲット長を変えてイメージをとった結果、ターゲット表面から30~50$$mu$$mでX線が増幅されていく様子が観測された。利得領域は数10$$mu$$m程度の大きさで、内部に局所的にX線の強い領域がいくつか存在した。また、進行波励起を導入した実験でも同様の結果が得られた。

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