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川堀 龍*; 渡部 雅; 今井 良行; 植田 祥平; Yan, X.; 溝尻 瑞枝*
Applied Physics A, 129(7), p.498_1 - 498_9, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では空気中におけるナノ粒子を使用した炭化ケイ素(SiC)のフェムト秒レーザー焼結の可能性を調査した。ポリビニルピロリドンとエチレングリコールを含むSiCナノ粒子インクは、780nmの波長でナノ粒子による強い吸収を示した。走査速度1mm/sでは焼結フィルムパターンの表面から底部まで全体が酸化しており、過剰なエネルギー照射により酸化ケイ素が生成したと考えられる。対照的に、走査速度5mm/s及び30
mのラスターピッチのレーザー走査で作製されたパターンでは焼結領域が観察され、表面から1.72mを除き、原料のSiCナノ粒子の酸化に有意な差は見られなかった。これらの結果からフェムト秒レーザーパルスの照射は熱の蓄積が少ないため、原料の大気酸化を受けることなく焼結SiCパターンが生成できることが示された。また、X線光電子分光法によって分散剤であるポリビニルピロリドン及びエチレングリコールは焼結に影響を及ぼさないことがわかった。したがって、この真空フリー直接描画技術は積層造形に適用できる可能性がある。
和田 資子*; 赤木 浩*; 熊田 高之; 板倉 隆二*; 若林 知成*
Photochem (Internet), 2(3), p.798 - 809, 2022/09
フェムト秒レーザーを用いたジクロロエチレン異性体のクーロン爆発実験をおこなったところ、異性体間で
Cl
とC
の異なる質量分解モーメンタムイメージングが得られた。
熊田 高之
プラズマ・核融合学会誌, 96(4), p.176 - 180, 2020/04
フェムト秒レーザーを用いた精密加工技術の高度化を目指す上で膨張波が引き起こす剥離現象(非熱効果)の理解が欠かせない。我々は破壊測定ながら数万ショットの積算測定ができる高感度時間分解反射率装置を開発して、これまで金属・半導体材料でしか報告されていなかった非熱効果による膜剥離現象を透明材料においても新たに観測することに成功した。大方の予想に反し、剥離膜は耐熱材料である溶融石英のみならず熱耐性の低い透明高分子材料においても明瞭に観測されている。両材料の高い高温粘性が熱による膜の断片化を抑制したものと考えられる。
熊田 高之; 乙部 智仁; 錦野 将元; 長谷川 登; 林 照剛*
Applied Physics Letters, 108(1), p.011102_1 - 011102_4, 2016/01
被引用回数：12 パーセンタイル：49.56(Physics, Applied)ダブルパルスを用いた時間分解反射率測定法により、フェムト秒レーザーアブレーションにおける非熱効果によって膜状に試料が剥離するダイナミクスを調べた。アブレーション閾値以上のポンプ光照射後、剥離膜と母体試料表面におけるプローブ光反射波の干渉による振動が現れる。その振幅は、第1ポンプ光の直後に第2ポンプ光を照射すると増大するが、両光の時間間隔とともに減少し、20ps以上では消滅した。この結果は、第1ポンプ光直後の第2光が膜剥離前の母体試料表面を励起するのに対して、20ps以上離れた第2光は既に剥離した膜を励起したものと考えられる。剥離膜は試料母体との機械的接触を持たないために、膜に付与されたエネルギーは試料母体に散逸することなく、膜表面から激しい蒸発を促し、膜自体を破壊したのであろう。本結果から決定される膜剥離時間は10ps程度と決定され、この値は膜厚と音速によって決定される構造緩和時間20psと実験結果と近い値となることが見出された。
長谷川 登; 錦野 将元; 富田 卓朗*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 井筒 類*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; et al.
X-Ray Lasers and Coherent X-Ray Sources; Development and Applications XI (Proceedings of SPIE, Vol.9589), p.95890A_1 - 95890A_8, 2015/09
被引用回数：1 パーセンタイル：55.4(Optics)フェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブ計測法を開発し、フェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を開始している。レーザーアブレーション過程は、初期過程における変化が高速(~ピコ秒)である反面、粒子が飛散する過程はマイクロ秒程度と長い時間をかけて行われる。我々は、この様な現象を同一の装置で観測するため、ポンプ光とプローブ光を異なる発振器で発生させることで両者の遅延時間を数ピコ秒の時間精度を保ちつつ、マイクロ秒以上の幅広い時間に対応させた。今回は本システムを用いることで、金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程において、その初期(数ピコ秒)に金属表面から剥離した薄膜が、マイクロ秒程度まで膜としての形状を保持したまま膨張することを新たに見いだした。
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：6.97(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.
長谷川 登; 富田 卓朗*; 錦野 将元; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 河内 哲哉; et al.
JAEA-Conf 2015-001, p.17 - 20, 2015/07
軟X線レーザーをプローブとした干渉計を構築することで、フェムト秒レーザーアブレーション過程におけるexpansion frontとablation frontの同時計測に成功した。これにより、フェムト秒レーザーアブレーションのダイナミクスの全体像を実験的に得ることに成功した。更に金とタングステンのexpansion frontの形状を比較することにより、アブレーション過程が局所的な照射強度と加工閾値に強く依存していることが示された。これは、照射レーザーのプロファイルの制御により、expansion frontの形状が制御可能であることを示しており、過渡的な光学素子の形成等への応用が期待される。
熊田 高之; 赤木 浩; 板倉 隆二; 乙部 智仁; 錦野 将元; 横山 淳
Applied Physics Letters, 106(22), p.221605_1 - 221605_5, 2015/06
被引用回数：3 パーセンタイル：13.81(Physics, Applied)時間分解反射率測定法を用いて透明高分子のフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスを追ったところ、アブレーション閾値以上の強度のポンプ光入射後に反射率の振動を観測した。本振動は試料表面と、非熱効果によって試料から剥離した薄膜において反射したプローブ光の干渉によるものであると結論付けた。
錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 馬場 基芳*; 南 康夫*; 河内 哲哉; et al.
レーザー学会第471回研究会報告; 短波長量子ビーム発生と応用, p.9 - 12, 2014/12
フェムト秒レーザーアブレーションによるリップル形成、ナノスケールアブレーションやナノ粒子生成などに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。これまでの金や白金に加えて融点の高いタングステンを用いて実験を開始した。フェムト秒レーザー照射によるタングステンのアブレーション過程の解明のために、フェムト秒レーザー(波長795nm、パルス幅80fs)ポンプ・ピコ秒軟X線レーザー(波長13.9nm、パルス幅7ps)プローブを構築し、ピコからナノ秒スケールで起きる金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を行った。レーザー照射の数ピコ秒後から数ナノ秒後の時間領域のサンプル表面でのアブレーション面の膨張過程について軟X線による反射及び干渉計測を行い、アブレーションフロントの表面状態について解析を行った。また、講演ではタングステンと他の金属のアブレーション過程の違いについて考察を行う。
飯島 北斗; 羽島 良一; 永井 良治; 峰原 英介; 山内 俊彦
Proceedings of 2nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 30th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.793 - 795, 2005/07
原研・光量子科学研究センター・FELグループはエネルギー回収型超伝導加速器(ERL)を用いた遠赤外超短パルス高出力FELの開発を進めてきた。この加速器から発振される波長約20mのチャープされたFELは、例えば多原子分子の解離などに応用した場合、現状の技術よりも飛躍的に高い解離効率が期待される。これまでの研究で、波長23.3m,パルス幅319fs(FWHM),チャープ量
=14.3%のFEL発振に成功し、これを自己相関により測定した。現在はこのチャープされたFELの時間と周波数の相関を直接観測するために、frequency-resolved optical grating (FROG)による計測の準備を進めている。加えて、FEL光輸送系の構築も行った。
山川 考一
電気学会光・量子デバイス研究会資料OQD-04-46, p.27 - 35, 2004/11
30兆分の一秒(33フェムト秒)の間に、百万キロワットの発電設備85万基分の、850兆ワット(0.85ペタワット)の光を放つテーブル・トップレーザーが完成した。このようなレーザーは、瞬間的にエネルギーを微小領域に集中することができるため、超高強度,超高圧,超高密度等の極限状態の下で初めて発現する現象の研究が飛躍的に進展し、荷電粒子の加速からガン治療まで幅広い応用が期待される。本講演では、相対論的レーザー場の生成を可能にする高強度レーザー光の発生方法について紹介するとともに、このような強電磁場が原子にどのような影響を与えるかについて最近の実験結果をもとに議論する。また、このような高強度レーザーによって生成される高エネルギー粒子や光子の特性とこれらの線源を用いた応用研究の可能性について紹介する。
上坂 充*; 飯島 北斗; 上田 徹*; 室屋 裕佐*; 作美 明*; 熊谷 教孝*; 冨澤 宏光*
Proceedings of 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 29th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.628 - 630, 2004/08
ポンプ-アンド-プローブ法を用いた超高速反応の放射線化学実験では、ポンプ・ビームとプローブ・レーザーのパルス幅が短いことも重要であるが、2つのパルスの時間同期も精度に対する重要な要因となる。本研究ではMgフォトカソードRF電子銃とシケイン型圧縮器を用いたリニアックからの電子ビームとフェムト秒モードロックレーザーで、ピコ秒からサブピコ秒の時間分解能実現してきた。しかしながら短時間では安定な時間同期も、レーザー室の温度変化に敏感で、1時間程度では10psのタイミング・ドリフトを起こすことがある。これは、レーザー室の温度変化に伴い、レーザー共振器中での光の行路長が変化し、発振周波数が変化することで、RFに対するタイミングがずれることにより起きる。行路長の変化は、共振器長自身の変化に加えて、結晶の屈折率が変化する場合の2つに起因している。現在、この解決策として、共振器とフォトカソード電子銃の間に光学遅延装置を置き、共振器でのタイミングのずれを補正する装置を開発中である。
山川 考一
応用物理, 73(2), p.186 - 193, 2004/02
30兆分の1秒(33フェムト秒)の間に、百万キロワットの発電設備85万基分の、850兆ワット(0.85ペタワット)の光を放つテーブルトップレーザーが完成した。このようなレーザーは、瞬間的にエネルギーを微小領域に集中することができるため、超高強度,超高圧,超高密度等の極限状態の下で初めて発現する現象の研究が飛躍的に進展し、荷電粒子の加速からガン治療まで幅広い応用が期待される。本稿では、最近開発に成功したペタワットチタンサファイアレーザー装置を中心に、これらのレーザー開発において最も重要となる極短パルスレーザー光の発生とその増幅過程におけるレーザー制御技術及びこれらのレーザーを用いた応用研究の現状について紹介する。
峰原 英介
Proceedings of ARTA 2004, p.75 - 76, 2004/00
原研超伝導リニアック駆動自由電子レーザーは、世界で唯一、波長可変,6%高変換効率,数百フェムト秒,2.34kW高出力FEL光を生成することに成功している。これをさらに高効率化,非放射線発生装置化,小型化,高出力化することによって大規模で広範囲な産業応用を可能にするためにはどのような加速器技術が具体的に必要なのかについて以下に議論し、報告する。具体的な産業応用として原子力エネルギー分野等を取り上げ、幾つかの加速器関連あるいは非加速器関連技術に関する応用時に必要な要求について議論する。
西岡 一*; 河仲 準二
光アライアンス, 14(11), p.21 - 25, 2003/11
原研光量子科学研究センターでは小型・高効率で高繰り返し可能な次世代超短パルスレーザーとして半導体レーザー励起によるYb系レーザーを研究開発中である。同レーザーの実現によりレーザー加工などの従来の応用分野の急速な発展や高強度場科学などの新規分野の開拓が大きく期待されている。本報告では、半導体レーザーによって直接励起でき、簡単な構成で高出力の超短パルス光を発生できるYb系レーザーの特徴と、光量子科学研究センターで行われた最先端のレーザー装置の開発について概説した。
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：86 パーセンタイル：93.67(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
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。
西内 満美子; 大道 博行; 高部 英明*; 松門 宏治*
レーザー研究, 31(11), p.711 - 720, 2003/11
天体物理の分野で見られるような極限状態は、近年における超高強度レーザー研究の発展により、広いパラメータにわたるプラズマが生成可能になり、地上の実験室で広い範囲の天体プラズマが生成可能になった。超高強度レーザーをターゲットに照射した時にできるプラズマは超高密度・超高温度の状態にある。このようなプラズマの内部における物理過程は、宇宙における天体現象を支配している物理過程と同様であることが期待される。これから、超高強度レーザーを用いたプラズマ実験が、宇宙における極限状態:「模擬天体」を提供でき、宇宙物理における弱点を補うことができるものと期待される。具体的には流体力学,原子物理,輻射輸送,相対論的プラズマ,核反応プラズマ,重力相互作用等の課題が、両者のオーバーラップする研究領域となっている。本論文では、これら実験室宇宙物理の観点で位置づけて具体的実験例を紹介している。
青山 誠; 山川 考一; 赤羽 温; Ma, J.; 井上 典洋*; 上田 英樹; 桐山 博光
Optics Letters, 28(17), p.1594 - 1596, 2003/09
被引用回数：264 パーセンタイル：99.26(Optics)チャープパルス増幅法(CPA法)の進展により、近年、極短パルス・超高ピーク出力レーザーの性能は飛躍的に向上しており、10
W/cm
を超えるレーザー集光強度が達成されている。実験室サイズのレーザーシステムで、より高いピーク強度を達成するために、われわれはペタワット(PW)チタンサファイアレーザーシステムの開発を行っている。この達成のためには大口径チタンサファイア増幅器における寄生発振の抑制と理論限界での高効率増幅、そして30fsまでパルス幅を再圧縮する技術の開発が不可欠となる。本PWチタンサファイアレーザーシステムは、これまでに開発された100TWチタンサファイアレーザーシステムから得られるレーザー光を直径8cmのチタンサファイアブースター増幅器によりPWレベルまで増幅するよう構成されている。このような大口径増幅器で高効率増幅を達成するには、寄生発振の制御が不可欠となり、このためチタンサファイアと同等の高屈折率(n=1.7)を有する熱可塑性プラッスチックを結晶の周囲にクラッディングとして用いる技術を開発した。その結果増幅実験では、励起エネルギー65Jに対して37.4Jを達成した。ここで得られた増幅効率はグリーン光で励起されるチタンサファイア増幅器の理論限界に及ぶ。また、パルス圧縮後に30fsのパルス幅を得るため、溝本数が異なる回折格子をそれぞれパルス伸張器と圧縮器に用いて、レーザーシステムの高次分散補償を行った。実験で得られたレーザー光のパルス幅は32.9fsであり、これによりピーク出力0.85PWを達成した。このピーク出力,エネルギーはチタンサファイア結晶を用いたレーザーシステムでは世界最高性能である。本システムの詳細な報告を論文に発表する。
青山 誠; 張本 鉄雄*; Ma, J.; 赤羽 温; 山川 考一
Optics Express (Internet), 9(11), p.579 - 585, 2001/11
被引用回数：22 パーセンタイル：70.18(Optics)チャープパルス増幅法により、超高出力フェムト秒レーザー光発生が可能となり高強度光電場と物質との相互作用の研究やX線発生等に関する研究が盛んに行われている。レーザーとプラズマとの相互作用研究においては、高効率にレーザーエネルギーを輸送できるなどの利点によりレーザー光の短波長化が求められている。さらに非線形結晶を用いた波長変換により、プラズマ実験で重要になるレーザー光のコントラスト比の向上が期待できる。今回、高強度レーザー光高効率波長変換を目指し第2高調波発生実験を行った。実験には厚さ1mmのKDP結晶(typeI)を用いた。また基本波レーザー光はチタンサファイアCPAレーザーシステムの前段増幅部を用い、中心波長とスペクトル帯域は再生増幅器中のスペクトルフィルターにより制御され、中心波長800nm,パルス幅134fsである。実験では強度が192GW/cmのときにエネルギー変換効率約80%が得られた。本結晶厚では、分散による第2高調波のパルス幅伸張はほとんど無視できる。本波長変換では複雑なレーザー制御を必要とせず、簡便なセットアップで高効率に波長変換を行うことができる。
上坂 充*; 小瀧 秀行; 中島 一久; 原野 英樹*; 木下 健一*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 吉井 康司*; 神門 正城; 出羽 英紀; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.90 - 98, 2000/11
被引用回数：36 パーセンタイル：88.88(Instruments & Instrumentation)直線加速器-レーザー同期システムを使った、フェムト秒X線パルスの発生と応用を行った。240フェムト秒17MeV電子パルスと100フェムト秒3TW Ti:Sapphireレーザーパルスとを、3.5psでの同期に成功した。この技術を使い、90°及び180°でのエレクトロン-レーザーでのトムソン散乱により、フェムト秒X線パルスの発生を行った。さらに、単結晶において、原子振動の動画像化のため、時間分解X線回折を行った。ここでは、10ピコ秒の電子ビームを100mの銅のワイヤーに照射して発生したピコ秒のX線を使用した。これにより、銅のK
線のX線回折パターンを得ることができた。
