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論文

Spectroscopic characterization of an ultrashort-pulse-laser-driven Ar cluster target incorporating both Boltzmann and particle-in-cell models

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹*; 山川 考一; et al.

Physical Review E, 73(6), p.066404_1 - 066404_6, 2006/06

 被引用回数:29 パーセンタイル:20.63(Physics, Fluids & Plasmas)

電子と原子のキネティクスを連立して解くモデルを用いて、極短パルスレーザー照射Arクラスターから発生したK殼X線スペクトル(He$$_alpha$$線)の解析を行った。このモデルでは、非平衡電子エネルギー分布関数はPICコードを用いて生成したものを用いた。その結果、X線は極めて非平衡な状態にある高密度プラズマから発生しており、その時間スケールは約5.7psであることがわかった。また、さらに固体密度に近い10$$^{21}$$cm$$^{-3}$$を超えるイオン密度のクラスタープラズマの生成が可能となった場合には、X線発生のタイムスケールはフェムト秒となることが明らかとなった。

論文

Coupled electron and atomic kinetics through the solution of the Boltzmann equation for generating time-dependent X-ray spectra

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Kilcrease, D. P.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; et al.

Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 99(1-3), p.584 - 594, 2006/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.85(Optics)

本研究では、電子分布関数が非熱的、かつ、イオンの内部状態が非定常であるような極めて非平衡なプラズマ中における電子と原子のキネティクスを自己無矛盾に解くモデルを開発した。このモデルを用いて、原研100TWレーザーを用いて測定されたArクラスターからのK殼X線スペクトル(He$$_alpha$$線)の解析を行った。

論文

Generation of a 0.55-PW, 33-fs laser pulse from a Ti:sapphire laser system

山川 考一; 青山 誠; 赤羽 温; Ma, J.; 井上 典洋*; 上田 英樹; 桐山 博光

レーザー研究, 30(12), p.747 - 748, 2002/12

われわれは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めている。本論文では新たに開発に成功したピーク出力550TW,パルス幅33fsのチタンサファイアレーザーシステムを中心に、Tキューブレーザー開発において最も重要となる極短パルス(パルス幅$$sim$$10fs)レーザー光の増幅過程におけるレーザー制御技術及び大口径チタンサファイア増幅器における寄生発振制御,高効率増幅技術について述べる。

論文

超高出力レーザー

山川 考一

光学, 31(4), p.287 - 289, 2002/04

われわれは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めている。今回新たに開発に成功したピーク出力850TW,パルス幅33fsのチタンサファイアレーザーシステムを中心に、世界におけるTキューブレーザー開発の進展,現状について紹介する。また、さらなるピーク出力の向上による超ペタワット級レーザー開発研究の将来について述べる。

論文

High energy ions and nuclear fusion in laser-cluster interaction

岸本 泰明; 正木 知宏*; 田島 俊樹*

Physics of Plasmas, 9(2), p.589 - 601, 2002/02

 被引用回数:81 パーセンタイル:7.7(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度極短パルスレーザーと微細な固体粒状物質の集合体であるクラスター媒質との相互作用の基礎的物理過程を理論及びシミュレーションにより解析している。レーザークラスター相互作用は、通例の固体やプラズマとの相互作用と本質的に異なり、横方向の分極作用が起因となり、レーザー伝播や吸収過程に特異な現象を作り出すことが示されている。本相互作用を重水素クラスターに適用することにより、高エネルギー重水素イオンを多量に発生させ、重水素核融合及びそれに伴う多量の中性子発生が可能であることを指摘している。2次元の粒子シミュレーションにより相互作用を最適化し、10$$^{12}$$個/cm$$^{2}$$・secに及ぶ中性子発生が期待でき、将来の中性子源としての可能性を指摘している。

報告書

Ultrafast, ultrahigh-peak power Ti:sapphire laser system

山川 考一; 青山 誠; 松岡 伸一; 赤羽 温; 加瀬 貞二*; 中野 文彦*; 匂坂 明人

JAERI-Research 2000-051, 43 Pages, 2001/01

JAERI-Research-2000-051.pdf:3.62MB

われわれは、100TW,20fsチタンサファイアレーザーシステムをペタワットパワーレベルにするための最近の発展的開発について述べる。また、このような極短パルス高ピークパワーレーザーのコントラストや時間的、空間的な位相等のパルス特性評価技術についても述べる。レーザー光の位相とパルス波形をSHG-FROGにより評価した。その結果、パルス幅20fsにおいて高次の位相分散を含んでいることが判明した。さらに、2次と4次の分散項をバランスさせることで、位相の最適化が可能であることがわかった。またパルスコントラストを高ダイナミックレンジ相互相関法により測定した結果、コントラスト比が1:10$$^{-6}$$であることが判明した。これは、増幅過程におけるASEの影響によると考えられる。

論文

Wave-front measurements of terawatt-class ultrashort laser pulses by the Fresnel phase-retrieval method

松岡 伸一; 山川 考一

Journal of the Optical Society of America, B, 17(4), p.663 - 667, 2000/04

 被引用回数:24 パーセンタイル:26.88(Optics)

われわれは、フレネル位相回復法を用いて、パルス幅100fs高ピーク出力チタンサファイアレーザー光の波面測定を行った。本手法では付加的な光学素子を必要とせず、波面は光軸に沿って2か所で測定されたレーザービームの強度分布のみから復元される。テラワット級のピーク出力のレーザーパルスの復元された波面は、0.36$$lambda$$ peak-to-valleyであった。また、復元された波面から計算された遠視野像とCCDカメラを用いて測定された遠視野像は、良い一致を示した。

論文

Compact X-ray sources by intense laser interactions with beams and plasmas

小瀧 秀行; 神門 正城; 出羽 英紀; 近藤 修司; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 木下 健一*; 吉井 康司*; 上坂 充*; 中島 一久

Lasers Plasma Generation and Diagnostics (Proceedings of SPIE Vol.3935), p.149 - 155, 2000/01

極短パルスX線は、物理、化学、医学等さまざまな分野での応用が考えられており、世界中で研究が行われている。レーザーアンジュレーターは、コンパクトなシンクロトロン放射光源であり、レーザーとプラズマ、レーザーと電子ビームとの相互作用によって、高輝度のX線源となり得る。250mJのTi:SapphireレーザーとPhotocathode RF-Gunからの20MeVの電子ビームを使い、後方トムソン散乱による極短パルスX線発生の実験を行った。Photocathode RF-Gunからの電子ビームを、バンチ圧縮シケインを使ってバンチ圧縮し、それにより、1nC,500fsの電子ビームの発生に成功した。そのサブピコ秒の電子ビームとTi:Sapphireレーザーとを用いて、後方トムソン散乱によりサブピコ秒のX線を発生させ、約500fsのX線発生に成功した。また、X線顕微鏡応用のためのX線源にするためのレーザープラズマX線実験の計画及びレーザーと電子ビームとの相互作用によるレーザーシンクロトロンについての発表を行う。

論文

Giga-Particle simulation on shot pulse photon and particle generation with ultra-shortpulse relativistic laser

上島 豊; 千徳 靖彦*; 岸本 泰明

Proceedings of 4th International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2000) (CD-ROM), 10 Pages, 2000/00

相対論的高強度短パルスレーザーの実現により、その極めて強い電磁場とプラズマの電子との非線形相互作用過程から、高線量のX線やイオンを発生することができるようになった。原子過程から発生するX線とは異なり、自由電子の振動から発生するX線は、その振動時間がレーザーのパルス時間程度なので非常に短パルスである。また、レーザー遮断密度以上のプラズマ(薄膜)における陽子やイオン加速について2D3V-PIC (Particle in Cell) シミュレーションで調べた。いくつかのシミュレーションの結果、イオンの加速状態や効率は、レーザー強度だけでなく、薄膜の形状や構成物質の違いにより大きく変化することがわかった。例えば、アルミニウムの薄膜の裏面に水素をコーティングした凸型の二重層薄膜を400TW級レーザーで照射すれば、100MeV程度のイオンが発生することを見いだした。

論文

超高強度フェムト秒レーザーとその応用

山川 考一

O plus E, 21(9), p.1137 - 1143, 1999/09

近年、小型で繰り返し動作が可能な極短パルス・超高ピーク出力レーザーが出力されている。これらのレーザーは出力エネルギーは小さいが($$>$$1J)、ピーク出力がテラワット級にも達す。このような中、日本原子力研究所関西研究所においてピーク出力100TWのチタンサファイアレーザーシステムが開発された。100TWレーザーを集光照射することにより極めて高い光電場を生成することが可能となる。これにより、数年前までは理論やシミュレーションでの予測でしか得られなかった超高強度レーザーと物質との相互作用の実験研究が実現可能となった。今後、小型、高繰り返しの10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$級のチタンサファイアレーザーの稼動により、高強度光科学と呼ばれている新しい研究分野が幅広く拓かれていくものと期待されている。

論文

Short pulse X-ray generation via backward Thomson scattering on relativistic electron beam

小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; 吉井 康司*; et al.

Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.565 - 567, 1999/00

極短パルスX線は、物理、化学、医学等さまざまな分野での応用が考えられており、世界中で研究が行われている。250mJのTi:SapphireレーザーとPhotocathode RF-Gunからの20MeVの電子ビームを使い、後方トムソン散乱による極短パルスX線発生の実験を行った。Photocathode RF-Gunからの電子ビームを、バンチ圧縮シケインを使ってバンチ圧縮し、それにより、lnC,500fsの電子ビームの発生に成功した。サブピコ秒の電子ビームとTi:Sapphireレーザーとを用いて、後方トムソン散乱によりサブピコ秒のX線を発生させた。レーザーと電子ビームの衝突のタイミングや、衝突点でのレーザーのポジションを変化させ電子ビームをレーザーでスキャンし、X線シグナルの測定を行い、後方トムソン散乱によるX線であることを確認した。

論文

Propagation of a relativistic ultrashort laser pulse in a near-critical-density plasma layer

永島 圭介; 岸本 泰明; 宅間 宏*

Physical Review E, 58(4), p.4937 - 4940, 1998/10

 被引用回数:15 パーセンタイル:41.81(Physics, Fluids & Plasmas)

臨界密度近傍の薄いプラズマ層における相対論的な極短パルスレーザーの伝播を2次元の粒子コードを用いて調べた。高密度プラズマ領域におけるレーザー伝播は、X線レーザー、レーザー加速等の応用上極めて重要な研究課題である。高強度のレーザーでは、相対論的効果により臨界密度が増加するが、レーザー場の強いポンデロモーティブ力によってレーザーパルスの前面に高い電子密度領域が生成され、この結果、レーザーパルスは高密度の領域へ侵入することができなくなることが分かった。また、こうした薄いプラズマ層は入射したレーザーのパルス幅を減少させる非線形媒質として有効であることを明らかにした。

論文

Generation of 16-fs,10-TW pulses at a 10-Hz repetition rate with efficient Ti:sapphire amplifiers

山川 考一; 青山 誠*; 松岡 伸一*; 宅間 宏*; C.P.J.Barty*; D.Fittinghoff*

Optics Letters, 23(7), p.525 - 527, 1998/04

 被引用回数:68 パーセンタイル:6.78(Optics)

本論文は、小型のチタンサファイアレーザー装置を用いた高ピーク出力・極短パルス光発生について報告するものであり、2段のチタンサファイア増幅装置からピーク出力10TW,パルス幅16fsの光パルスが10Hzの繰り返しで得られる。得られたパルス幅はテラワット級レーザーでは世界最短パルス幅であり、増幅中の利得狭帯化によるパルス幅の拡がりを抑制するためにエタロン板を再生増幅器に挿入した。また、後段の多重パス増幅器の出力エネルギーとして320mJが得られた。これはグリーン光で励起されるチタンサファイア増幅器の全量子効率の90%以上に相当し、レーザー励起によるチタンサファイアが高ピーク出力光を発生するための非常に効率の良い方法であることが実証された。

論文

Ultrahigh-peak and high-average power chirped-pulse amplification of sub-20-fs pulses with Ti:sapphire amplifiers

山川 考一; 青山 誠*; 松岡 伸一*; 宅間 宏*; C.Barty*; D.Fittinghoff*

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 4(2), p.385 - 394, 1998/00

 被引用回数:21 パーセンタイル:24.07(Engineering, Electrical & Electronic)

High Field Physicsと呼ばれる新しい光量子科学分野における様々な基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高出力T$$^{3}$$レーザーの開発を進めている。ここでは、最近開発に成功した世界最短パルス幅(16fs)のピーク出力10TW、繰り返し数10Hzのチタンサファイアレーザーシステムと現在開発中の世界最大級のピーク出力100TW(0.1PW)、パルス幅20fs、繰り返し数10Hzのチタンサファイアレーザーシステムを中心に、本T$$^{3}$$レーザー開発において最も重要となる極短パルス(パルス幅~10fs)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の現状について紹介すると共に、更なるピーク出力の向上と短パルス化についても言及する。

論文

チャープミラーを用いたサブ10フェムト秒モード同期チタンサファイアレーザー

山川 考一; 青山 誠*

応用物理, 67(9), p.1072 - 1073, 1998/00

1991年、自己モード同期によるチタンサファイア(Ti:S)発振器が開発され、従来の色素レーザー等に比べて、簡便に、より安定した高出力極短パルスレーザー光の発生が可能になった。共振器内に分散補償用のプリズム対を挿入することで、パルス幅10fs台のレーザー光を発生する発振器も開発されている。一方、1994年にハンガリーとオーストラリアの研究グループによりチャープミラーと呼ばれる分散補償用の誘電体多層膜ミラーが開発され、サブ10fsのパルス幅を有する発振器も登場し始めた。本稿ではチャープミラーを用いた極短パルス発振器に関する現状と、その応用について解説する。

論文

Propagation of relativistic ultrashort laser pulse in near-critical density plasma

永島 圭介; 岸本 泰明; 宅間 宏*

Superstrong Fields in Plasmas, p.192 - 197, 1998/00

相対論的な高強度極短パルスレーザーのプラズマ中での伝搬を2次元の粒子コードを用いて調べた。高密度プラズマ領域でのレーザー伝搬は、X線レーザー、レーザー加速等の応用上極めて重要な研究課題である。ここでは、臨界密度近傍の薄い層状プラズマにレーザーを入射した場合の伝搬、吸収、反射等を調べると同時に、非線形工学媒質としてのプラズマ特性についても調べた。プラズマが臨界密度以下の場合、伝搬方向の光圧力による半波長の電子密度変動が観測されるが、臨界密度近傍では、波長程度の大きさの電子密度のバブルが形成される。この結果、レーザーパルス自身も波長程度の固まりに分裂し、プラズマによる吸収率も大きくなることが分かった。

論文

世界最短パルス幅のレーザー光発生

的場 徹

Isotope News, (521), p.18 - 19, 1997/10

原研・光量子科学センターにおける最近の成果であるピーク出力10テラワット級で世界最短パルス幅である16.6フェムト秒の極短パルス・超高ピーク出力レーザー光の発生に成功した内容について一般読者を対象に解説し、あわせて原研における光量子科学の研究開発の展開について紹介する。

論文

極短パルス超高出力チタンサファイアレーザー

山川 考一

レーザー学会研究会報告, p.21 - 27, 1997/05

近年小型で、繰り返し動作が可能な極短パルス・超高ピーク出力レーザーが注目されている。テーブル・トップ(Table-top)サイズのレーザーでテラワット(Terawatt)級の出力が得られるため、これらのレーザーは一般にT$$^{3}$$(Tキューブ)レーザーと総称される。関西研究所では、High Field Physicsと呼ばれる新しい光量子科学分野における様々な基礎・応用研究を目的に、T$$^{3}$$レーザーの開発を進めている。ここでは、最近開発に成功した世界最短パルス幅(16fs)のピーク出力10TW、繰り返し数10Hzのチタンサファイアレーザーシステムを中心に、本T$$^{3}$$レーザー開発において最も重要となる極短パルス(パルス幅~10fs)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の現状について紹介する。また、現在開発中の世界最大級のピーク出力100TW(0.1PW)、パルス幅20fs、繰り返し数10Hzのチタンサファイアレーザーシステムの開発の現状を紹介すると共に、更なるピーク出力の向上と短パルス化によるペタワット級レーザーの開発についても言及する。

論文

Noise characterization of an all-solid-state mirror-dispersion-controlled 10-fs Ti:sapphire laser

山川 考一; 青山 誠*

Opt. Commun., 140(4-6), p.255 - 258, 1997/00

 被引用回数:17 パーセンタイル:33.77

我々はピーク出力100TW,パルス幅20fs,繰り返し数10Hzの超高出力・極短パルスチタンサファイアレーザーシステムの開発を目指し、これまでに本システムの前段部である極短パルス(~10fs)発振器の開発を行い、発振器の全固体化と新しい分散補償技術を用いることで、小型で安定した出力特性を達成している。本論文ではスペクトラムアナライザーによるパワースペクトル測定法を用い、本発振器の出力特性(タイミングジッター、強度変動)の定量的評価を行った。その結果、全固体化レーザーのノイズ特性は全固体化されていない場合に比べて2倍以上改善されることがわかった。

論文

The Scope and present status of JAERI "Advanced photon research" program

宅間 宏

Proceedings of 1st International Conference on Superstrong Fields in Plasmas, p.509 - 515, 1997/00

最近のCPA増幅によるレーザー技術の進歩によって、実験室規模の装置によって従来核融合用巨大システムでしか実現できなかったような100TW級以上の出力が通常の実験室規模の装置によって発生可能となり、またパルス幅もフェムト秒程度に短くすることが可能となっている。このような条件での光とプラズマの相互作用では、相対論的な効果や、電子だけにエネルギーが注入されるなど、従来見られなかったような新局面が展開され、その結果高強度のX線の発生やプラズマ中に長いチャンネルと作る光の伝播,光による電子の高エネルギー加速、さらには精密加工や医療など広範な基礎領域・応用領域で画期的な展開が期待される。原研の光量子研究計画は、このような新領域を総合的に開拓しようとなるもので、極短パルス幅・コンパクト化を特徴とする超高強度レーザーの開発,X線レーザーやレーザー加速への応用研究を中心とし、さらにそれらの結果を共同研究によって広範な領域に応用使用とするものである。すでに9.6TWのピーク出力を世界最短幅16.6fsで発生することに成功し、さらに100TW, 20fsの発生が本年中に達成される見込みである。

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