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論文

Laminar and blazed type holographic gratings for a versatile soft X-ray spectrograph attached to an electron microscope and their evaluation in the 50-200 eV range

今園 孝志; 小池 雅人; 河内 哲哉; 長谷川 登; 小枝 勝*; 長野 哲也*; 笹井 浩行*; 大上 裕紀*; 米澤 善央*; 倉本 智史*; et al.

Applied Optics, 51(13), p.2351 - 2360, 2012/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.45(Optics)

電子顕微鏡に搭載するための汎用軟X線平面結像型分光器用ラミナ型及びブレーズ型ホログラフィック不等間隔溝球面回折格子を設計・作製・評価した。放射光を用いて実施した入射角86.00$$^circ$$におけるラミナ型マスター及びレプリカ回折格子の絶対回折効率は50$$sim$$200eV領域で5%超を示す一方、ブレーズド型の場合は8%超であった。それぞれの最大回折効率は、22%, 26$$sim$$27%であった。レーザープラズマ光源を用いた分解能実験により、すべての回折格子の分解能がLiの${it K}$発光スペクトルのエネルギー(約55eV)で700以上であることがわかった。また、透過型電顕に搭載した分光器を用いて金属Liの${it K}$スペクトルを高い分解能で計測することに成功した。

論文

High spatiotemporal-quality petawatt-class laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

Applied Optics, 49(11), p.2105 - 2115, 2010/04

 被引用回数:34 パーセンタイル:12.77(Optics)

近年の高強度レーザー発生技術の急速な進展により、ペタワット(PW)級のピーク出力を有するレーザー装置が開発され、粒子加速,高エネルギー物理等多くの研究に利用されようとしている。このようにレーザー装置の高強度化が進むとともに、実際の応用に向けての研究開発として、時間構造や空間構造の向上に移行しつつある。本論文では、高強度レーザーの時間制御技術として背景光抑制、及び空間制御技術としてビーム均質化を原子力機構で開発されたJ-KARENレーザーに適用した実験結果について報告する。

論文

Self-seeding of a pulsed double-grating Ti:sapphire laser oscillator

田村 浩司

Applied Optics, 47(10), p.1517 - 1521, 2008/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.26(Optics)

grazing incidence型でdouble-grating型を使用した共振器構造において、定常波共振器との2重キャビティ構成で、自己注入を用いた共振器を構成し、その特性を測定した。これは、バンド幅が狭い単一縦モード発振とSLM波長掃引が可能で、損失が減ることにより発振しきい値が大幅に低下した動作が可能であり、その応用に望ましい特性であった。

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:41 パーセンタイル:10.39(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

Fabrication and evaluation of a wideband multilayer laminar-type holographic grating for use with a soft-X-ray flat-field spectrograph in the region of 1.7 keV

今園 孝志; 石野 雅彦; 小池 雅人; 笹井 浩行*; 佐野 一雄*

Applied Optics, 46(28), p.7054 - 7060, 2007/10

 被引用回数:16 パーセンタイル:33.65(Optics)

波長0.70$$sim$$0.75nm領域を対象とする軟X線平面結像型多層膜ラミナー型ホログラフィック回折格子(刻線溝本数2400本/mm)を設計・製作した。非球面露光システムを用いて不等間隔溝パターンを生成し、イオンエッチング法によりラミナー型溝を形成した。当該領域(1.7keV)における特性X線(Hf-M, Si-K, W-M)に対して最適化したMo/SiO$$_2$$多層膜を同回折格子表面に光軸上直列に3つ並べて蒸着した。各領域からの回折効率(1次光)は18$$sim$$20%であった。平面結像型分光器に搭載した多層膜回折格子の評価測定において電子衝突型軟X線光源からのHf-M, Si-K, W-M発光スペクトルのバンド幅は8$$sim$$14eVを示した。

論文

Single-longitudinal-mode scan of a pulsed double-grating Ti:sapphire oscillator

田村 浩司

Applied Optics, 46(23), p.5924 - 5927, 2007/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:83.28(Optics)

Grazing incidence型レーザー共振器において、分散性とモード安定性を高め、かつ縦モード条件を維持した波長掃引方法を提示した。任意の中心点での回転と共振器長掃引を組合せることにより、単純な機構により、分散式とモード条件式を満たすことができ、干渉計型共振器に比べ波長掃引範囲が広がった。これは、高い選択性を必要とするレーザー物質制御研究に寄与するものである。

論文

Development of a chirped pulse amplification laser with zigzag slab Nd:glass amplifiers dedicated to X-ray laser research

越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 永島 圭介

Applied Optics, 46(9), p.1500 - 1506, 2007/03

 被引用回数:31 パーセンタイル:16.85(Optics)

X線レーザー研究のためのジグザグスラブ型Nd:ガラス増幅器を用いたチャープパルス増幅(CPA)レーザーを開発した。ジグザグスラブ型増幅器によるレーザー光の主増幅はシステムのコンパクト性,経済性を考慮して2段階で行う設計とした。第1段階では断面形状が10$$times$$10mm$$^{2}$$のレーザービームをイメージ転送を行いつつマルチパス増幅することにより、数mJから数Jまで増幅する。第2段階では、レーザービームを10$$times$$90mm$$^{2}$$へ拡大した後、さらに$$>$$10Jまでの増幅を行う。最終的にはパルス圧縮後でパルス幅1.6ps,エネルギー約7Jのレーザー光を繰り返し周波数0.1Hzで出力することに成功した。このレーザーシステムを励起源として用いることにより、ニッケル様銀のX線レーザー(波長13.9nm)を飽和増幅することに成功した。

論文

Development of multilayer laminar-type diffraction gratings to achieve high diffraction efficiencies in the 1-8 keV energy region

石野 雅彦; Heimann, P. A.*; 笹井 浩行*; 畑山 雅俊*; 竹中 久貴*; 佐野 一雄*; Gullikson, E. M.*; 小池 雅人

Applied Optics, 45(26), p.6741 - 6745, 2006/09

 被引用回数:10 パーセンタイル:50.19(Optics)

1-8keVのエネルギー領域のX線には、元素の吸収端が数多く存在することから元素分析や物質の構造解析等の分野で広く利用されている。しかし、回折格子分光器は2keVよりも高エネルギーでは効率が極端に減少することから実用上問題が多い。われわれは1-8keVのX線領域において高い効率を実現する回折格子として、多層膜をコーティングしたラミナー型多層膜回折格子の生成と評価を行った。多層膜としては1-8keVで高い反射率が期待できるW/C多層膜及びCo/SiO$$_{2}$$多層膜を選択し、マグネトロンスパッタリング法及びイオンビームスパッタリング法により回折格子基板上に成膜を行った。そして、回折効率を米国ローレンスバークレー国立研究所の放射光施設であるAdvanced Light SourceのBL5.3.1, BL6.3.2, 立命館大学SRセンターのBL-11、そしてX線回折装置を用いて測定した。その結果、Co/SiO$$_{2}$$多層膜回折格子が6.0keVにおいて47%の回折効率を、W/C多層膜回折格子が8.0keVにおいて38%の回折効率を示した。このことから、開発した多層膜回折格子は1-8keV領域において十分実用となることを見いだした。これらの測定結果は今まで報告されている効率の中で最も高い値である。そして粗さを考慮した理論計算からCo/SiO$$_{2}$$多層膜回折格子の粗さを$$sigma$$=0.7-1.3nm, W/C多層膜回折格子の粗さを$$sigma$$=0.8-1.0nmと評価した。これは回折格子基板の持つ表面粗さから考えて、妥当な値である。

論文

Fabrication of multilayer mirrors consisting of oxide and nitride layers for continual use across the K-absorption edge of carbon

石野 雅彦; 依田 修

Applied Optics, 43(9), p.1849 - 1855, 2004/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:90.2(Optics)

炭素のK殻吸収端(4.4nm)近傍で高い反射率を有する多層膜反射鏡の開発を開始した。理論計算から、成膜物質として重元素層にコバルト酸化物(Co$$_3$$O$$_4$$)、軽元素層にシリコン酸化物(SiO$$_2$$)及び窒化ホウ素(BN)を見いだし、イオンビームスパッタリング法により、Co$$_3$$O$$_4$$/SiO$$_2$$多層膜及びCo$$_3$$O$$_4$$/BN多層膜の成膜を行った。Cu$$K$$$$_{alpha1}$$線を用いたX線回折測定及び高分解能断面透過電子顕微鏡(TEM)観察による構造評価の結果、Co$$_3$$O$$_4$$/SiO$$_2$$多層膜は一様で安定な膜構造を有し、各層の膜厚も小さくできることがわかった。しかし、Co$$_3$$O$$_4$$/BN多層膜では、重元素層中のCo$$_3$$O$$_4$$層が凝集し、膜構造が乱れ、多層膜反射鏡として不都合なことがわかった。Co$$_3$$O$$_4$$/BN多層膜の構造改善を目的として、Co$$_3$$O$$_4$$にクロム酸化物(Cr$$_2$$O$$_3$$)を添加した混合酸化物(Mix)を導入し、Mix/BN多層膜の成膜を行った。構造評価の結果、Mix/BN多層膜はCo$$_3$$O$$_4$$/BN多層膜に比べて安定な層構造を有し、Co$$_3$$O$$_4$$/SiO$$_2$$多層膜と同様に、軟X線多層膜反射鏡として有望であることを見いだした。

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:26 パーセンタイル:25.16(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

Grazing-incidence Monk-Gillieson monochromator based on surface normal rotation of a varied-line-spacing grating

小池 雅人; 波岡 武*

Applied Optics, 41(1), p.245 - 257, 2002/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:43.95(Optics)

光路関数の手法を用いて、回折格子表面の法線方向の周りの回転により、波長走査を行う平面回折格子分光器の解析を行った。不等間隔溝(VLS)平面回折格子が、球面鏡により生成させた収束光により照明されているものと仮定した。主光線の光線方向を与える回折格子の式、結像条件、分散方向、非点収差を持つスペクトル像の傾き角及び長さ、不等間隔溝回折格子の溝関数の最適化式について解析的な表式を導出した。これらの表式の評価と予測分解能を見積もるため、具体的な設計例を用いて、光線追跡によるシュミレーション行った。その結果、光線追跡により形成させるスペクトル像から得られた値と解析的な表式から得られた値はよい一致を示した。

論文

Tunable continuous-wave Yb:YLF laser operation with a diode-pumped chirped-pulse amplification system

河仲 準二; 西岡 一*; 井上 典洋*; 植田 憲一*

Applied Optics, 40(21), p.3542 - 3546, 2001/07

 被引用回数:37 パーセンタイル:14.61(Optics)

Yb系固体材料は半導体レーザー(LD)直接励起が可能な高出力レーザー材料として注目されている。中でもYb:YLFは幅広い蛍光スペクトルを有することから超短パルスの発生・増幅が可能なため、次世代LD励起超高ピーク出力レーザー用レーザー媒質の有力な1つである。本論文では、LD励起によるYb:YLFレーザーの室温発振に初めて成功した。得られた25nmにわたる広帯域の波長可変幅から最短で40fsの超短パルスの発生・増幅が可能であることがわかった。また、50%にのぼる高いスロープ効率が得られたことから、今後LDの高輝度化が進み100kW/cm$$^{2}$$を超える高強度励起が可能になれば高いエネルギー変換効率が得られることを明らかにした。さらに、Yb:YLFの低温分光を行った結果、Yb:YLFを70K以下に低温冷却することにより38nmにわたる幅広いレーザー利得や高効率が現状のLD励起強度においても得られることを明らかにした。

論文

Comparison of mechanically ruled versus holographically varied line-spacing gratings for a soft-X-ray flat-field spectrograph

山嵜 孝; Gullikson, E. M.*; 宮田 登*; 小池 雅人; 原田 善寿*; Mrowka, S.*; Kleineberg, U.*; Underwood, J. H.*; 柳原 美広*; 佐野 一雄*

Applied Optics, 38(19), p.4001 - 4003, 1999/07

 被引用回数:18 パーセンタイル:32.47(Optics)

本論文ではレーザープラズマ分光等に用いられる平面結像型斜入射球面回折格子分光器用のラミナ型ホログラフィック回折格子を非球面波露光法により設計、製作、評価した例について述べている。製作した中心溝本数1200本/mmの回折格子は$$pm$$25mmの両端で$$pm$$約200本/mm溝本数が変化している。これと従来の機械刻線型とを比較すべく、スペクトル分布測定を東北大科研の平面結像型分光器を用いて4.4nm輝線で行ったところ、1次光の半値幅は約0.4nmと機械刻線型の約3倍であった。ただし、回折格子の溝間隔等の微妙な違いが影響している可能性がある。また、絶対回折効率測定をLBNL/ALSの反射率計を用いて4.5nm-22nmの範囲で行い、1次光強度に対する2次光の相対強度が機械刻線型の120%-10%に対しラミナ型が13%-20%と、2次光の相対強度が総じて低くするという結果を得た。

論文

High-repetition rate 1-J green laser system

鄭 和翊*; 加藤 政明; 松岡 史哲*; 丹羽 善人*; 丸山 庸一郎; 的場 徹; 有澤 孝

Applied Optics, 38(21), p.4548 - 4551, 1999/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:57.62(Optics)

半導体励起高繰り返しジグザグスラブNd:YAGレーザーシステムに関する論文である。同レーザーは高平均出力テラワットチタンサファイアレーザーの励起に用いられる。同レーザーは100Hz以上の繰り返し数で2Jのパルスを発生することのできる増幅システムと高調波(2次:532nm)発生用に開発された拡散接合KTP結晶とで構成されている。増幅システムは2台の増幅器をリング型に統合したユニークな構成となっており、60%という高いエネルギー抽出効率を実現している。また、グレートラッキングフリーの2つのKTP結晶を接合して作られた波長変換器では約50%、1Jのパルスエネルギーを100Hzの繰り返し数で実現している。

論文

Direct bonding of Ti:sapphire laser crystals

杉山 僚; 福山 裕康*; 貴家 恒男; 有澤 孝; 宅間 宏*

Applied Optics, 37(12), p.2407 - 2410, 1998/04

 被引用回数:25 パーセンタイル:22.9(Optics)

極短パルス超高出力レーザーシステムには、大型・高品質のチタンサファイア結晶が必要不可欠である。この大型結晶を作成する方法として、我々は今回独自の直接接合法を開発した。接合面を化学処理によって活性化した後に熱処理を施すことで接着剤を用いない直接接合が可能となった。接合した結晶と通常の結晶で得られるレーザー発振特性を測定したところ、両者に差は生じなかった。この結果、大型化の方法としての可能性を示すことができた。

論文

Characteristics of a dye laser amplifier transversely pumped by copper vapor lasers with a two-dimensional calculation model

杉山 僚; 中山 剛*; 加藤 政明; 丸山 庸一郎

Applied Optics, 36(24), p.5849 - 5854, 1997/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:75.74(Optics)

これまでの定常状態1次元レート方程式による色素レーザー増幅器のゲイン評価では、ゲイン領域が拡大するにつれて実験値との差が大きくなる。この原因として、励起光進行方向における励起光の吸収を無視していることが考えられる。そこで当報告書では、この吸収変化を考慮した2次元レート方程式を作成し、得られる結果について検討を行った。R6G有機色素溶液をレーザー媒体に用いた実験結果と比較したところ、1次元レート方程式で生じる過大値を良く是正することがわかった。更に定常状態1次元レート方程式では得られないゲインの溶液濃度依存性についても実験値を反映する結果が得られた。これらのことから、今回作成した2次元レート方程式は、R6Gにおいて各波長での最適濃度を設定する上でも有意義な計算方法であることが明らかとなった。

論文

Two-step selective photoionization of rubidium by using a Ti:sapphire laser

田村 浩司; 大場 正規; 有澤 孝

Applied Optics, 32(6), p.987 - 991, 1993/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:71.58(Optics)

斜入射型共振器を用いた、チタンサファイアレーザー(TSL)により、ルビジウムの同位体($$^{85}$$Rb,$$^{87}$$Rb)を選択的に励起、電離した。電離は2波長2段階で行い、選択励起にはTSLの基本波出力(~780nm)を、電離にはYAGレーザーの第3高調波を用いた。TSLの波長を掃引してルビジウムの蛍光、吸収スペクトルを測定したところ、2つの同位体の同位体シフトと、各同位体の超微細構造を分離して検出することができた。2段目レーザーを入射させて、イオンシグナルの波長依存性を測定したところ、各同位体が選択的に電離されていることがわかった。又、2段階のレート方程式により、光イオン化プロセスの解析を行った。これらにより、TSLにより、ルビジウムの同位体分離が可能であることが示された。

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