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論文

Soft X-ray laser observation of femtosecond-laser-driven ablation of tungsten

錦野 将元; 長谷川 登; 石野 雅彦; 越智 義浩; 河内 哲哉; 山極 満; 加藤 義章*

Chinese Optics Letters, 13(7), p.070002_1 - 070002_3, 2015/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:8.29(Optics)

Ablation dynamics of tungsten irradiated with a 70-fs laser pulse is investigated with X-ray interferometry and X-ray imaging using 13.9 nm soft X-ray laser of 7 ps pulse duration. The evolution of high density ablation front of tungsten is presented. The ablation front expands to around 120 nm above the original target surface at 160 ps after fs-laser irradiation with the expansion speed of approximately 750 m/s. These results will provide important data for understanding ablation properties of W, which is a candidate material of the first wall of magnetic confinement fusion reactors.

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

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

Temporal contrast enhancement of petawatt-class laser pulses

桐山 博光; 下村 拓也; 笹尾 一; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 福田 祐仁; et al.

Optics Letters, 37(16), p.3363 - 3365, 2012/08

 被引用回数:35 パーセンタイル:86.14(Optics)

原子力機構で開発を進めているペタワット(PW)級チタンサファイアチャープパルス増幅レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の高度化として、時間コントラストの向上を行った。J-KARENレーザーの前置増幅器である光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を低利得で動作させ、かつOPCPAの直後に可飽和吸収体を用いることにより、70テラワット(TW)の出力レベルにおいて、サブナノ秒の時間領域で1.4$$times$$10$$^{12}$$の高いコントラストを実証した。また、メインパルス近傍のピコ秒領域のコントラストを向上するため、音響光学分散フィルターでスペクトルノイズを除去することにより、約2桁の改善を実証した。この高品質のレーザー光をさらに増幅し、圧縮前で28Jまでの増幅を実現した。本システムにより、再圧縮することにより、約600TWの高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。

論文

Proton acceleration to 40 MeV using a high intensity, high contrast optical parametric chirped-pulse amplification/Ti:sapphire hybrid laser system

小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮*; 匂坂 明人*; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; 静間 俊行; 早川 岳人; 桐山 博光; et al.

Optics Letters, 37(14), p.2868 - 2870, 2012/07

 被引用回数:74 パーセンタイル:96.36(Optics)

OPCPA方式チタンサファイアレーザーで発生した高コントラスト(10$$^{10}$$)高強度(10$$^{21}$$)短パルス(40fs)のレーザー光を用いて、従来の最大エネルギー25MeVを超える40MeVの陽子線を得た。このときのレーザーエネルギーは10ジュール以下であった。15MeV以上の陽子線の発生効率は、0.1%であった。

論文

Generation of hard X rays by femtosecond laser pulse interaction with solid targets in atmosphere

Zhidkov, A. G.*; Pikuz, S. A.*; Faenov, A. Y.; Chefonov, O. V.*; Ovchinikov, A. V.*; Agranat, M. B.*; Zigler, A.*

Optics Letters, 37(5), p.884 - 886, 2012/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:19.94(Optics)

X ray radiation as high as 50 KeV, including K-shell spectra of Ba, have been observed during the interaction of low energy 0.65 mJ, 1 kHz femtosecond laser pulses focused on the solid target in air of atmospheric pressure. Possible mechanism of such generation by energetic electrons produced when the field strength in laser pulse wake exceeds the runaway threshold in air is considered. Multidimensional particle-in-cell simulations including optical field ionization of air confirm this mechanism.

論文

Efficient generation of Xe K-shell X rays by high-contrast interaction with submicrometer clusters

林 由紀雄; Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; 福田 祐仁; Faenov, A.*; 川瀬 啓悟*; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 桐山 博光; 岡田 大; et al.

Optics Letters, 36(9), p.1614 - 1616, 2011/05

 被引用回数:21 パーセンタイル:73.25(Optics)

3.4MPaのガスノズル圧力のもとで生成させたXeクラスターに25TWレーザーを1$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^2$$の強度で集光照射し、生成する放射線について計測を行った。その結果、この実験条件でXe K殻に由来する約30keVのX線生成をX線CCDで明瞭に観測することに成功した。さらにレーザーエネルギーは一定のままレーザー・パルス幅のXe K殻生成量依存性を調べた。その結果40fsのパルス幅の方が、300fsのパルス幅の時に較べてXe K殻生成量は高くなることが明らかになった。

論文

Laser ceramic materials for subpicosecond solid-state lasers using Nd$$^{3+}$$ -doped mixed scandium garnets

岡田 大; 田中 桃子; 桐山 博光; 中井 善基*; 越智 義浩; 杉山 僚; 大道 博行; 木村 豊秋*; 柳谷 高公*; 八木 秀喜*; et al.

Optics Letters, 35(18), p.3048 - 3050, 2010/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:54.33(Optics)

We have successfully developed and demonstrated broadband emission Nd-doped mixed scandium garnets based on laser ceramic technology. The inhomogeneous broadening of Nd$$^{3+}$$ fluorescence lines results in a bandwidth above 5 nm that is significantly broader than that for Nd:YAG and enables subpicosecond mode-locked pulse durations. We have also found the emission cross-section of 7.8$$times$$10$$^{-20}$$ cm$$^{2}$$ to be adequate for efficient energy extraction and thermal conductivity of 4.7 W/mK from these new Nd-doped laser ceramics. The new laser ceramics are good candidates for laser host material in diode-pumped subpicosecond laser system with high efficiency and high repetition rate.

論文

High temporal and spatial quality petawatt-class Ti:sapphire chirped-pulse amplification laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田上 学*; 金沢 修平; 若井 大介*; 笹尾 文崇*; 岡田 大; et al.

Optics Letters, 35(10), p.1497 - 1499, 2010/05

 被引用回数:82 パーセンタイル:95.96(Optics)

高強度チタンサファイアCPA(チャープパルス増幅)レーザーにおいて、30$$mu$$Jの高エネルギーシーダーを用いることにより光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を低利得で動作させることで、5$$times$$10$$^{-11}$$の高いコントラスト(主パルスに対する背景光び強度比)を達成した。また、大口径チタンサファイアレーザー増幅器に対して液体のクラッディングを初めて導入して寄生発振を抑制するとともに回折光学素子を用いた空間ビーム均質化を行いフィリングファクター(空間的なビームのピーク強度に対する平均強度)を80%程度にまで向上させることで、理論限界に近い増幅効率で30J以上の大出力を得た。

論文

Observation of a plasma waveguide in a preformed plasma pumped by double-pulse laser irradiation for the efficient soft X-ray amplification

河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 越智 義浩; 佐々木 明

Optics Letters, 34(5), p.635 - 637, 2009/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Optics)

モリブデンスラブターゲットにCPAガラスレーザーの2段パルスを照射した。プラズマの状態を調べるためのプローブビームをプラズマコラムの軸方向から入射した。2段目のパルスのピーク時刻から0.8$$sim$$1.5ナノ秒遅れた時間帯にプローブビームがプラズマを伝搬することを実験的に見いだした。プローブビームは長さ4.3mmまで伝搬した。流体シミュレーションコードとの比較から、プラズマ中に電子密度勾配の平らな部分もしくは密度窪みが生じていることがわかった。この条件は効率的なX線レーザーの増幅に大変好ましい条件であり、シードX線とX線増幅器を組合せた最新のX線増幅法の効率化にとって大変重要である。

論文

Split-aperture laser pulse compressor design tolerant to alignment and line-density differences

Rushford, M. C.*; Britten, J.*; Barty, C. P. J.*; 實野 孝久*; 近藤 公伯; 宮永 憲明*; 田中 和夫*; 兒玉 了祐*; Xu, G.*

Optics Letters, 33(16), p.1902 - 1904, 2008/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:56.71(Optics)

チャープパルス増幅(CPA)レーザーの大型化により1パルスあたりに出力されるレーザーエネルギーの向上が著しい。近年の技術では最終段階のパルス圧縮器は回折格子対を用いる必要があり、そのダメージ閾値の要請から回折格子の大型化は避けられず、既に2枚の組合せによるパルス圧縮器がデザインされている。本論文では大阪大学で採用されたダイアモンド型圧縮機のアライメント精度や回折格子線密度の違いに対する許容度について議論している。

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:69 パーセンタイル:94.06(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

High-energy diode-pumped picosecond regenerative amplification at 999 nm in wavelength with a cryogenically cooled Yb:LuLiF$$_{4}$$ crystal

赤羽 温; 青山 誠; 杉山 僚; 久保 亮一; 小川 奏; 辻 公一; 山川 考一

Optics Letters, 33(5), p.494 - 496, 2008/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:15.43(Optics)

低温冷却Yb:LuLiF$$_{4}$$結晶を用いたダイオード励起再生増幅レーザーを世界で初めて開発した。シード光は周波数チャープさせパルス伸張させた状態で再生増幅器に入力され、増幅器中で増幅と同時にパルス圧縮を受ける。このためこの装置ではパルス圧縮器なしでエネルギー$$sim$$6mJ,パルス幅13psの999nm増幅パルスが発生可能である。またこの再生増幅器では999nmと1024nmの2波長同時発振も可能で、THz領域での差周波発生に応用することができると思われる。

論文

Elemental sensitivity in soft X-ray imaging with a laser-plasma source and a color center detector

Calegari, F.*; Valentini, G.*; Vozzi, C.*; Benedetti, E.*; Cabanillas-Gonzalez, J.*; Faenov, A. Y.; Gasilov, S.*; Pikuz, T.*; Poletto, L.*; Sansone, G.*; et al.

Optics Letters, 32(17), p.2593 - 2595, 2007/09

 被引用回数:25 パーセンタイル:74.71(Optics)

Elemental sensitivity in soft X-ray imaging of thin foils with known thickness is observed using an ultrafast laser-plasma source and a LiF crystal as detector. Measurements are well reproduced by a simple theoretical model. This technique can be exploited for high spatial resolution, wide field of view imaging in the soft X-ray region, and it is suitable for the characterization of thin objects with thicknesses ranging from hundreds down to tens of nanometers.

論文

High-energy, high-contrast, multiterawatt laser pulses by optical parametric chirped-pulse amplification

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 山本 洋一*; 田上 学*; 圷 敦; 下村 拓也*; 近藤 修司; 金沢 修平; 大道 博行; et al.

Optics Letters, 32(16), p.2315 - 2317, 2007/08

 被引用回数:46 パーセンタイル:87.9(Optics)

小型で高信頼性,高出力,高コントラスト動作が可能な非平行光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)の開発を行った。広スペクトル帯域チタンサファイアレーザー発振器からの出力光をシード光とし、このシード光を回折格子を用いたパルス拡張器によりパルス幅を伸張し、タイプI位相整合のBBO-OPCPAに入射した。OPCPAにより、0.1nJのシード光を10Hzの繰り返し動作で10億倍以上の高い利得で122mJにまで増幅した。最後にパルス圧縮を行うことにより、19fsのパルス幅を得た。ピークパワーで3.2TW、平均出力で0.62Wを得た。また、ピコ秒の時間領域において、8桁以上の高いコントラストを達成した。

論文

High-energy, diode-pumped, picosecond Yb:YAG chirped-pulse regenerative amplifier for pumping optical parametric chirped-pulse amplification

赤羽 温; 青山 誠; 小川 奏; 辻 公一; 時田 茂樹*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 山川 考一

Optics Letters, 32(13), p.1899 - 1901, 2007/07

 被引用回数:38 パーセンタイル:84.44(Optics)

利得による狭帯域化現象を利用したダイオード励起低温冷却Yb:YAG再生増幅器を開発した。1.2nsパルス幅の周波数チャープしたシードレーザー光は再生増幅器内で増幅と同時にパルス圧縮され、外部でのパルス圧縮器なしに35ps, 8mJの増幅レーザー光が発生する。増幅光の第二高調波は実際にピコ秒2波長光パラメトリック増幅の励起光源として用いられた。

論文

Elongation of plasma channel for electron acceleration

Chen, L.-M.; 中島 一久; Hong, W.*; Hua, J. F.*; 亀島 敬; 小瀧 秀行; 杉山 精博*; Wen, X.*; Wu, Y.*; Tang, C.*; et al.

Chinese Optics Letters, 5(S1), p.S133 - S135, 2007/05

Experiments for the laser guiding studies has been carried out with the 30 fs, 100 TW laser pulse interaction with the long slab and discharged capillary of underdense plasma. Formation of extremely long plasma channel with its length 10 times above the Rayleigh length is observed when the laser pulse power is much higher than the critical power for relativistic self-focusing. The long self-guiding channel formation is accompanied by the quasi-monoenergetic electron acceleration with a low transverse emittance and high electric current (10 nC/shot). In order to continuously elongate plasma channel, a 4 cm-scale discharged capillary was used. We successfully demonstrated laser-plasma acceleration of high-quality electron beams up to nearly GeV. Our results exactly verified the prediction of laser-wakefield acceleration through a cm-scale plasma channel in the blowout bubble regime.

論文

Two-color chirped-pulse amplification in an ultrabroadband Ti:sapphire ring regenerative amplifier

山川 考一; Barty, C. P. J.*

Optics Letters, 28(23), p.2402 - 2404, 2003/12

 被引用回数:30 パーセンタイル:76.05(Optics)

われわれは、繰り返し数10Hz,出力エネルギー20mJ以上を発生する広帯域リング型チタンサファイア再生増幅器を開発した。チャープパルス増幅法と再生パルス整形技術により、出力エネルギー10mJ以上の2波長フェムト秒レーザー光(波長間隔120nm)の発生に成功した。また、発生した2波長フェムト秒レーザー光の差周波混合を行い、波長6ミクロンから11ミクロンまでの中赤外光発生に成功した。

論文

30-mJ, diode-pumped, chirped-pulse Yb:YLF regenerative amplifier

河仲 準二; 山川 考一; 西岡 一*; 植田 憲一*

Optics Letters, 28(21), p.2121 - 2123, 2003/11

 被引用回数:80 パーセンタイル:93.53(Optics)

原研光量子科学研究センターでは次世代超高ピーク出力レーザーとして半導体レーザー励起によるYb系固体レーザーの開発を行っている。これまで半導体レーザー励起によるフェムト秒発振器の開発に成功し、今回、発振器に続く初段増幅器として再生増幅器の開発を行ったので報告する。発振器からのフェムト秒パルスをファイバーにより1.2nsにまで時間伸張し再生増幅器に注入する。再生増幅用レーザー媒質としてYb:YLF結晶を用い、これまでの基礎研究から得られたデータをもとに、同材料を液体窒素クライオスタットで冷却することにより超短パルスレーザー材料としての特性を劇的に高めた。これにより再生共振器内を12往復した後、30mJの出力が得られた。これは、半導体レーザー励起のフェムト秒レーザーとしては最高出力である。増幅率は10$$^{9}$$倍であり初段増幅器としての性能を十二分に達成できた。また、回折格子ペアによるパルス圧縮を試みた結果、12mJ, 800fsの超短パルスを得ることに成功した。したがって、本システムのみで応用研究、例えば、バイオや物質加工,表面処理などの研究を遂行できることを示した。

論文

X-ray laser beam with diffraction-limited divergence generated with two gain media

田中 桃子; 錦野 将元; 河内 哲哉; 長谷川 登; 加道 雅孝; 岸本 牧; 永島 圭介; 加藤 義章

Optics Letters, 28(18), p.1680 - 1682, 2003/09

 被引用回数:63 パーセンタイル:90.83(Optics)

高強度で高コヒーレントなパルスX線源は材料・生物分野に有用な光源とされており、そのような光源を実験室規模で実現しうるX線レーザーは精力的に研究されてきた。中でも過渡利得方式によるX線レーザー発生は、小型で短波長X線レーザーを実現しており、高い利得、数ピコ秒程度のパルス幅などの特徴を持っている。しかしながらこの方式では、利得が大きいために短い媒質長で飽和増幅に達してしまうことや、プラズマの密度勾配による屈折の効果になどにより、ビーム発散角が10mrad程度と大きく空間コヒーレンスも他方式と比べて低いという難点があった。今回われわれは、2つの利得媒質を用いることにより、波長13.9nmのX線レーザーをビーム発散角0.2mrad(回折限界の1.8倍)で発振することに成功した。このX線レーザーは、最初の媒質から発生させたパルスX線種光を2つ目の媒質で増幅させるという方法で発生させている。X線種光を空間的・時間的にコントールして2つ目の媒質に入射することにより、媒質中でX線が屈折する効果を抑え、発散角が広がるのを防いでいる。

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