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論文

High-efficiency contact grating fabricated on the basis of a Fabry-Perot type resonator for terahertz wave generation

吉田 芙美子; 永島 圭介; 坪内 雅明; 越智 義浩; 圓山 桃子; 杉山 僚

Japanese Journal of Applied Physics, 55(1), p.012201_1 - 012201_5, 2016/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:37.08(Physics, Applied)

We have designed and fabricated a contact grating device to increase diffraction efficiency on the basis of the principle of the Fabry-Perot resonator. The grating structure and layer thicknesses were carefully determined by considering the electric field strength in the device and the fabrication accuracy of the grating. The prototype device had a peak diffraction efficiency of 71% at an incident angle of 42$$^{circ}$$; these values were slightly different from the design values of 78% and 44.5$$^{circ}$$, respectively. Numerical calculations revealed that this deviation was caused by the fabricated grating structure. A higher terahertz power will be expected with a device as per the design.

論文

Yb:YAG thin-disk chirped pulse amplification laser system for intense terahertz pulse generation

越智 義浩; 永島 圭介; 圓山 桃子; 坪内 雅明; 吉田 芙美子; 河野 七瀬; 森 道昭; 杉山 僚

Optics Express (Internet), 23(11), p.15057 - 15064, 2015/06

 被引用回数:20 パーセンタイル:79.2(Optics)

高強度テラヘルツパルス発生を目的とした繰り返し周波数1kHzのピコ秒CPAレーザーシステムを開発した。本レーザーシステムではYb:YAG薄ディスクを増幅媒質として用いており、再生増幅器にて出力エネルギー10mJ以上、スペクトル帯域1.2nmのパルスが得られている。レーザーパルスはパルス圧縮器によりパルス幅1.3psに圧縮され、テラヘルツパルス発生に供された。結果、LiNbO$$_{3}$$中での光整流を介して中心周波数0.3THz、パルスエネルギー4$$mu$$Jのテラヘルツパルスを1kHzの繰り返しにて発生することに成功した。

論文

テラヘルツ光の高強度化とその利用研究への展開

坪内 雅明

しょうとつ, 12(2), p.36 - 54, 2015/03

光と電波に挟まれた周波数領域にあるテラヘルツ光は「未踏領域」として長年その発生、検出手法の開発が進められてきた。近年の非線形光学に基づく波長変換技術の飛躍的な発達により、現在は比較的容易に高強度テラヘルツ光を発生させることが可能となり、その応用研究も急速に進められている。本稿では、テラヘルツ光の特性や基礎的なテラヘルツ光学を概観した後、高強度テラヘルツ光発生手法とその利用研究について研究を交えて解説する。

論文

Current status of the driver laser system for intense terahertz wave generation

田中 桃子; 越智 義浩; 小菅 淳; 岡田 大; 森 道昭; 桐山 博光; 坪内 雅明; 永島 圭介

JAEA-Conf 2014-001, p.32 - 33, 2014/09

テラヘルツ波発生用ドライバーレーザーとして、Yb:YAGシンディスクを利得媒質として用いた高強度キロヘルツレーザーシステムを構築した。再生増幅器は4バウンスの構成とし、最大10mJの出力を得た。また、圧縮後のパルスを用いてLiNbO$$_{3}$$結晶によるテラヘルツ波発生のデモンストレーションを行った。

論文

Contact grating device with Fabry-Perot resonator for effective terahertz light generation

坪内 雅明; 永島 圭介; 吉田 芙美子; 越智 義浩; 圓山 桃子

Optics Letters, 39(18), p.5439 - 5442, 2014/09

 被引用回数:28 パーセンタイル:84.76(Optics)

Heblingらによって概念が提唱された接触型回折格子を実現し、高品質高強度なTHz光発生を目指した。波面傾斜させる回折格子をTHz光発生デバイス(結晶)上に形成することにより、THz光の結晶内光路長が増大することなく大口径化が実現される。本デバイスでは、(a)波面傾斜光を生成する回折光を高効率で得る、(b)高強度励起光照射に耐えうる高いダメージ閾値を有する、の2点を満たすことが特に重要である。Mg-sLiNbO$$_{3}$$結晶は比較的高いダメージ閾値を有するが、回折効率は最大2割程度と低く、高効率なTHz光発生は期待できない。そこでダメージ閾値が高く、かつ高効率な回折が期待されるようなデバイスとして、結晶上に多層膜を蒸着し、その多層膜の表層に回折格子を工作することを考案した。本デバイスにより入射角44.5度で波長1030nmの励起光を照射した場合、回折効率は80%と高い値が得られると期待された。

論文

Liquid-sheet jets for terahertz spectroscopy

近藤 正人*; 坪内 雅明

Optics Express (Internet), 22(12), p.14135 - 14147, 2014/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:63.97(Optics)

テラヘルツ分光への応用のために膜厚可変の液膜ジェットノズルを開発した。スリット型と衝突型のノズルを使って光学的平坦さを持った液膜ジェットを生成した。液膜の膜厚は分光干渉法とテラヘルツ時間依存分光法とで評価した。衝突型ノズルの衝突角度を変化させることで、膜厚を50から120ミクロンの間で変化させることができた。

論文

Development of high-efficiency etalons with an optical shutter for terahertz laser pulses

坪内 雅明; 熊田 高之

Optics Express (Internet), 20(27), p.28500 - 28506, 2012/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:31.02(Optics)

近年開発が進められているテラヘルツパルス光源の産業応用に向けてパルスを自在に整形する技術を開発する必要がある。本研究ではその基盤技術の一つとして、テラヘルツ周波数領域で動作する小型のエタロン素子を開発した。エタロンを構成する高反射板として、シリコン単結晶薄板、及び酸化インジウムスズ薄膜付きガラスの対を用いた。テラヘルツ光をキャビティに入射後、シリコンに紫外光を照射することで光スイッチを動作させ、非常に高い変換効率でTHz光のパルス列化を実現した。

論文

Terahertz tomography of a photo-induced carrier based on pump-probe spectroscopy using counterpropagation geometry

坪内 雅明; 永井 正也*; 大島 康裕*

Optics Letters, 37(17), p.3528 - 3530, 2012/09

 被引用回数:16 パーセンタイル:65.5(Optics)

シリコン表面への近赤外光励起により生成されるキャリアは、THz領域の光に強く影響を与えるためTHz光透過の阻害要因となる一方、THz光の光スイッチ等の疑似光学素子としての利用が提案されている。キャリアによる精密なTHz光の光学制御を行うためには、キャリアのシリコン内空間分布とダイナミクスを精査する必要がある。そこで本研究では、光学励起・THz検出時間分解測定法を用いて、シリコン内部のキャリアダイナミクスを直接測定する手法を開発した。

論文

高強度レーザーを用いた物質科学の研究

赤木 浩; 板倉 隆二; 乙部 智仁; 熊田 高之; 坪内 雅明; 横山 淳

JAEA-Conf 2011-001, p.40 - 43, 2011/03

高強度場物質科学研究グループでは、超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により起こるイオン化や解離といった光反応や電子励起過程を制御して高効率な同位体分離や物質創製技術の開発へ繋げるため、電子ダイナミクスの直接観測や光電子,解離イオンといった多粒子間のコヒーレント相関の解明,コヒーレントフォノン生成過程などの研究を実験及び理論の両面から進めている。本シンポジウムでは、今までの研究成果の紹介と、それを踏まえた今後の研究計画について紹介する。

論文

Quantum control of molecular vibration and rotation toward the isotope separation

横山 啓一; 松岡 雷士; 笠嶋 辰也; 坪内 雅明; 横山 淳

Proceedings of 5th Asian Symposium on Intense Laser Science (ASILS-5), p.113 - 119, 2009/05

関西光科学研究所で実施している量子制御の研究の現状を紹介する。特に窒素分子及びヨウ素分子の振動制御に関する実験的研究及び、ヨウ化セシウム分子の回転制御に関する理論的研究について紹介する。窒素分子の振動制御の研究では、線形チャープさせた広帯域白色光パルス対の遅延時間を制御することにより励起振動数を選択できることを示した。ヨウ素分子の振動制御の研究では、インパルシブラマン遷移において観察される振動励起及び脱励起の2つのプロセスをチャープの方向を制御することにより選択することが可能であることを示した。ヨウ化セシウム分子の回転制御の研究では、回転分布全体の移動がテラヘルツ波周波数コムにより実現できることを数値計算により予測した。

口頭

Double pulse generation and detection in THz region; Simplest case of arbitrary pulse shaping

坪内 雅明; 横山 啓一; 杉山 僚

no journal, , 

本研究では、テラヘルツ任意波形整形へ向けた最も簡単な系として、テラヘルツダブルパルス発生について精査した。テラヘルツ光の発生の場である結晶のダイナミクスやプラズマ内での光の挙動が、ダブルパルス発生に対して大きく影響することが明らかになった。これは精密なテラヘルツ波形整形の実現における本質的な問題点であり、結晶やプラズマのダイナミクスを正確に考慮に入れた実験装置の設計が必須である。

口頭

次世代レーザー開発研究グループの総括及び次期中期計画の方針

杉山 僚; 桐山 博光; 越智 義浩; 田中 桃子; 中井 善基; 笹尾 一; 立野 亮; 岡田 大; 小菅 淳; 坪内 雅明

no journal, , 

原子力機構次世代レーザー開発研究グループにおける今期の中心開発課題は、超短パルスレーザーのJ-KAREN及びTOPAZの高度化である。J-KARENにおいては、ピーク出力500TW相当の高強度レーザーパルス光の発生に成功するとともに、10の10乗台を超える高コントラスト化を達成した。また、TOPAZでは、0.1Hz動作にて、現在1ビームあたり約15Jのパルス出力を発生した。また、光ネット事業(昨年8月開始)におけるQUADRA:高品位高輝度光源(Quality Ultra ADvanced RAdiation Source)開発に着手した。当事業は、高出力LD励起型のkHz級高平均出力超短パルスレーザー開発である。22年度からの原子力機構の次期中期5か年計画における新規光源開発を行ううえで、QUADRA開発は欠かせない。

口頭

テラヘルツ領域でのダブルパルス発生と検出; 任意波形整形の最も単純な例として

坪内 雅明; 横山 啓一; 杉山 僚

no journal, , 

本研究では、テラヘルツ任意波形整形へ向けた最も簡単な系として、テラヘルツダブルパルス発生について精査した。テラヘルツ光の発生の場である結晶のダイナミクスやプラズマ内での光の挙動が、ダブルパルス発生に対して大きく影響することが明らかになった。これは精密なテラヘルツ波形整形の実現における本質的な問題点であり、結晶やプラズマのダイナミクスを正確に考慮に入れた実験装置の設計が必須である。

口頭

Theoretical study on the isotope-selective vibrational ladder climbing by consecutive stimulated Raman transitions

笠嶋 辰也; 坪内 雅明; 松岡 雷士; 横山 啓一; 横山 淳

no journal, , 

フェムト秒レーザーパルスによる分子振動の多段階励起と同位体選択励起とを組合せた新しい同位体分離法の開発を目指して、現在は窒素分子($$^{14,14}$$N$$_{2}$$$$^{15,15}$$N$$_{2}$$)を使って同位体選択励起スキームの原理実証を行っている。本研究では数値計算を用いて同位体選択性とレーザーパルスの最適条件について検討を行った。

口頭

Theoretical study on the cascade excitation based on pure rotational transition in diatomic molecules

横山 啓一; 松岡 雷士; 赤木 浩; 笠嶋 辰也; 坪内 雅明

no journal, , 

閉殻電子構造の二原子分子の純回転スペクトルは吸収線がきれいに等間隔に並んだ櫛形の構造を示す。この櫛型にぴったり同調させた光周波数コムを照射することを考える。その時の分子の回転状態ダイナミックスを数値的に調べた。その結果、ダイナミックスは量子力学的拡散方程式に支配されることがわかった。また、この方式を使った同位体選択的励起は高温のガスに対しても有効なコヒーレント量子制御の例になっていると思われる。

口頭

線形チャープパルス対による同位体選択振動多段階励起

笠嶋 辰也; 坪内 雅明; 横山 啓一

no journal, , 

線形チャープフェムト秒レーザーパルス対を使って分子振動の多段階励起と同位体選択励起とを組合せた新しい同位体選択励起スキームの開発を行っている。今回は窒素分子($$^{14,14}$$N$$_{2}$$$$^{15,15}$$N$$_{2}$$)をモデル分子として使い、計算によって同位体選択励起スキームの妥当性を調べた。

口頭

Studies for isotope separation of radioactive waste

横山 啓一; 笠嶋 辰也; 松岡 雷士; 橋本 雅史; 坪内 雅明; 杉山 僚; 横山 淳

no journal, , 

長寿命核分裂生成物の同位体分離を実現するためには技術革新を必要とする。量子制御はそのようなブレークスルーを起こす可能性がある。われわれは二原子分子の回転状態のカスケード励起に基づく新しい同位体選択スキームを提案した。これを確かめるための原理実証試験と必要な光源開発に着手した。原理実証試験では、チタンサファイアレーザーを用いたラマン散乱による回転カスケードの実証実験を行う。現在、これに必要となる回転状態分布測定方法の開発を進めている。フェムト秒コヒーレントアンチストークスラマン散乱による窒素分子の回転状態測定実験の現状について報告する。また、高出力テラヘルツ波源の開発状況についても紹介する。その中で特に、ZnTe及びLiNbO$$_{3}$$結晶中で光整流に基づくテラヘルツ波発生試験と高出力ピコ秒レーザーの開発計画について述べる。

口頭

A New scheme for the laser isotope separation applicable to heavy elements

横山 啓一; 松岡 雷士; 笠嶋 辰也; 坪内 雅明; 橋本 雅史

no journal, , 

レーザー技術の進歩により精密な分子制御が可能になりつつある。この量子制御技術によりレーザー同位体分離の技術革新が実現するかもしれない。最近われわれが考案した二原子分子の純回転遷移を利用した手法は、今までの手法と比べて遥かに効率よくかつ選択的に同位体選択できることが、数値計算により示された。このスキームに関する最新の検討結果と実証研究の現状を報告する。

口頭

時間分解テラヘルツ分光によるシリコン内部のキャリアダイナミクス測定

坪内 雅明; 横山 淳; 永井 正也*; 大島 康裕*

no journal, , 

シリコン表面への近赤外光励起により生成されるキャリアは、THz領域の光に強く影響を与えるためTHz光透過の阻害要因となる一方、THz光の光スイッチ等の疑似光学素子としての利用が提案されている。キャリアによる精密なTHz光の光学制御を行うためには、キャリアのシリコン内空間分布とダイナミクスを精査する必要がある。そこで本研究では、光学励起・THz検出時間分解測定法を用いて、シリコン内部のキャリアダイナミクスを直接測定する手法を開発した。

口頭

Time-resolved vibrational CARS for measurement of rotational state distribution

笠嶋 辰也; 坪内 雅明; 松岡 雷士; 横山 啓一

no journal, , 

レーザー同位体分離法開発の第1段階としてパルス列励起による同位体選択的な回転分布移動の実現を目指している。そのためにまずは回転分布移動の結果を観測する方法が必要である。そこで、時間分解振動コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)法に注目した。時間分解振動CARS信号を使ってプローブ分子の回転分布から火炎の温度を決めるという手法がMotzkusらによって確立されている。しかし、火炎の温度測定の場合には系が熱平衡状態にあるとみなせるので回転分布を決めるパラメータは温度のみである。これに対して、パルス列励起によって分布移動が起きた場合には、系は熱平衡状態ではないので回転分布を決めるためには各回転準位のポピュレーションを個別にパラメータとして取り扱わなければならない。このようにパラメータの数が非常に多くなっても正しく回転分布を決めることができるかどうかを確認し、時間分解振動CARS法が回転分布測定法として利用可能かどうかを確かめた。

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