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論文

Many-electron dynamics of a Xe atom in strong and superstrong laser fields

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 内海 隆行*

Physical Review Letters, 92(12), p.123001_1 - 123001_4, 2004/03

 被引用回数:62 パーセンタイル:11.77(Physics, Multidisciplinary)

波長800nm, パルス幅20fsのレーザー光を集光強度10$$^{13}$$W/cm$$^{2}$$から10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$の範囲でキセノン原子に照射し、そのイオン化過程におけるダイナミクスについて研究を行った。レーザー照射強度に対するキセノン1価から20価イオンまでのイオン化収率を測定し、トンネルイオン化モデルとの比較を行った結果、(1)低価数イオンにおける予想外なイオン化収率の向上、(2)遮蔽効果による外殻と内殻電子群の非相互作用、(3)相対論レーザー強度及び数サイクルパルスによる多電子同時イオン化の抑制、等が明らかとなった。これらの新しい発見は、このような高強度場において多電子原子がどのように振る舞うかを知るうえで、新しい知見を与えるものである。

論文

超高出力を生み出すテーブルトップレーザー

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。

報告書

Ionization dynamics of a xenon atom in super-strong laser fields

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 内海 隆行*

JAERI-Research 2003-030, 14 Pages, 2003/12

JAERI-Research-2003-030.pdf:0.75MB

波長800nm,パルス幅20fsのレーザー光を集光強度10$$^{13}$$W/cm$$^{2}$$から10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$の範囲でキセノン原子に照射し、そのイオン化過程におけるダイナミクスについて研究を行った。レーザー照射強度に対するキセノン1価から20価イオンまでのイオン化収率を測定し、トンネルイオン化モデルとの比較を行った結果、(1)低価数イオンにおける予想外なイオン化収率の向上,(2)遮蔽効果による外殻と内殻電子群の非相互作用,(3)相対論レーザー強度及び数サイクルパルスによる多電子同時イオン化の抑制、等が明らかとなった。これらの新しい発見は、このような高強度場において多電子原子がどのように振る舞うかを知るうえで、新しい知見を与えるものである。

論文

Ionization of many-electron atoms by ultrafast laser pulses with peak intensities greater than 10$$^{19}$$ W/cm$$^{2}$$

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹

Physical Review A, 68(6), p.065403_1 - 065403_4, 2003/12

 被引用回数:34 パーセンタイル:20.42(Optics)

光量子科学研究センターでは、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きた。われわれは、既に開発に成功したピーク出力100TW,パルス幅20fsのチタンサファイアレーザー光を希ガス原子に集光し、トンネルイオン化過程により生成する多価イオンを飛行時間分解型質量分析器によって計測することにより、相対論効果が顕著となる集光照射強度2.6x10$$^{19}$$W/cm$$^{2}$$において、アルゴンの16価,クリプトンの19価,キセノンの26価を観測した。こうして生成したイオンは、これまで光電界のみでイオン化した場合の最高価数である。また、得られた実験結果を従来のトンネルイオン化モデルと比較し、相対論的レーザー場が初期段階のトンネルイオン化確率にほとんど影響を与えないことを初めて明らかにした。

論文

Super strong field ionization of atoms by 10$$^{19}$$ Wcm$$^{-2}$$, 10 Hz laser pulses

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

Journal of Modern Optics, 50(15-17), p.2515 - 2522, 2003/10

光量子科学研究センターでは、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きた。われわれは、既に開発に成功したピーク出力100TW、パルス幅20fsのチタンサファイアレーザー光を希ガス原子に集光し、トンネルイオン化過程により生成する多価イオンを飛行時間分解型質量分析器によって計測することにより、相対論効果が顕著となる集光照射強度2.6$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^{-2}$$において、アルゴンの16価、クリプトンの19価、キセノンの26価を観測した。こうして生成したイオンは、これまで光電界のみでイオン化した場合の最高価数である。また、さらなるピーク出力の向上によるペタワット級レーザー開発研究の現状について述べる。

論文

Optical field ionization of rare gas atoms by $$>$$10$$^{19}$$ W/cm$$^{2}$$, 10-Hz laser pulses

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹

レーザー研究, 30(12), p.749 - 750, 2002/12

光量子科学研究センターでは、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きた。われわれは、既に開発に成功したピーク出力100TW,パルス幅20fsのチタンサファイアレーザー光を希ガス原子に集光し、トンネルイオン化過程により生成する多価イオンを飛行時間分解型質量分析器によって計測することにより、相対論効果が顕著となる集光照射強度2.6$$times$$1019W/cm$$^{2}$$において、アルゴンの16価,クリプトンの19価,キセノンの26価を観測した。こうして生成したイオンは、これまで光電界のみでイオン化した場合の最高価数である。

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

光量子科学研究センターがめざすもの

加藤 義章

原子力eye, 46(6), p.55 - 57, 2000/06

光量子科学研究センターの研究内容と方向性について解説を行う。研究内容に関しては、X線レーザー,100TWレーザー,レーザー加速について説明を行い、医療応用,生命科学分野への応用が、今後重要になることを説明した。また、今後の方向性として開かれた研究機関をめざす重要性を説明した。

論文

Design and performance of a 100TW, sub-20fs Ti:sapphire laser system

山川 考一; 松岡 伸一*; 青山 誠*; 加瀬 貞二*; 赤羽 温; 宅間 宏*; C.P.J.Barty*

Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.645 - 648, 1999/00

われわれは、高ピーク出力・極短パルスチタンサファイアレーザーの開発を進めてきた。システムはパルス幅10fsの光パルスを発生する全固体自己モード同期チタンサファイア発振器、本発振器からの光パルスのパルス幅を拡張するパルス拡張器、3台のチタンサファイア増幅器及びパルス圧縮器より構成されている。発振器からの光パルスは、シリンドリカルミラーを用いたパルス拡張器によって約170,000倍の1.7 にまで拡張される。パルス幅の拡張されたチャープパルスは再生増幅器により~10mJに増幅され、その後、再生増幅器からの出力光は4パス前置増幅器に注入される。本増幅器ではNd:YAGレーザーの励起入力700mJに対し、出力エネルギー340mJが得られる。その後、前置増幅器からの出力光は4パス主増幅器において増幅され、励起エネルギー6.4Jに対し、3.3Jの出力エネルギーが得られている。そしてこの増幅光は真空中に配置された回折格子対によりなるパルス圧縮器でパルス圧縮され、その結果、パルス幅18.7fs、出力エネルギー1.9J、ピーク出力102TWのレーザー光を10Hzの繰り返し数で発生することに成功した。

論文

100-TW,sub-20-fs Ti:sapphire laser system operating at a 10-Hz repetition rate

山川 考一; 青山 誠*; 松岡 伸一*; 加瀬 貞二*; 赤羽 温; 宅間 宏*

Optics Letters, 23(18), p.1468 - 1470, 1998/09

 被引用回数:194 パーセンタイル:1.18(Optics)

我々は、高ピーク出力・極短パルスチタンサファイアレーザーの開発を進めてきた。システムはパルス幅10fsの光パルスを発生する全固体化自己モード同期チタンサファイア発振器、本発振器からの光パルスのパルス幅を拡張するパルス拡張器、3台のチタンサファイア増幅器及びパルス圧縮器より構成されている。発振器からの光パルスは、シリンドリカルミラーを用いたパルス拡張器によって約170,000倍の1.7nsにまで拡張される。パルス幅の拡張されたチャープパルスは再生増幅器により~10mJに増幅され、その後、再生増幅器からの出力光は4パス前置増幅器に注入される。本増幅器ではNd:YAGレーザーの励起入力700mJに対し、出力エネルギー340mJが得られる。その後、前置増幅器からの出力光は4パス主増幅器において増幅され、励起エネルギー6.4Jに対し、3.3Jの出力エネルギーが得られている。そしてこの増幅光は真空中に配置された回折格子対よりなるパルス圧縮器でパルス圧縮され、その結果、パルス幅18.7fs、出力エネルギー1.9J、ピーク出力102TWのレーザー光を10Hzの繰り返し数で発生させることに成功した。

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:26 パーセンタイル:22.8(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

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

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

X線レーザーの開発と応用研究推進の期待

的場 徹

エネルギーフォーラム, 43(510), P. 149, 1997/06

原研・関西研究所における光量子科学研究の中心的課題であるX線レーザーの研究開発について紹介する。X線レーザービームはこれまでX線源からのX線に比べて、コヒーレント性が極めて高い(位相のよくそろった)X線であるので、将来的には3次元ホログラフィーによるX線立体顕微鏡として電子顕微鏡レベルの分解能で細胞中の遺伝子を生きたまま立体的に観察できることが期待されている。本研究開発では、実用的なX線レーザーとして小型、短波長、高効率、高繰り返しの4拍子そろった装置の開発を目指している。これまで既に、10TW級Tキューブレーザーでは世界最短パルス幅を実現し、この高出力化を進めつつ駆動源として使用してX線レーザー発振プロセス研究を開始している。

論文

光量子研究計画の現状

的場 徹

放射線, 23(3), p.105 - 112, 1997/00

日本原子力研究所・関西研究所において計画し、平成7年度より実際の研究開発を開始している先進的光量子科学の研究について計画の意義と位置付け、及び計画内容を紹介する。特に、計画の初期段階において研究開発を優先して行う必要のある光量子光源としてTキューブレーザー及びX線レーザーの概要を紹介し、さらにTキューブレーザーを利用する応用研究としてレーザー加速の研究を紹介する。先進的光量子科学全体にかかわる基盤的研究として大型放射光を(SPring-8)を用いた研究開発計画についてもあわせて紹介する。最後に、将来の本格的な応用研究の展開に対する期待をまとめる。

論文

チタンサファイアレーザーにおける10fs光パルスの発生と増幅

山川 考一

レーザー学会研究会報告, 00(RTM-96-29), p.27 - 33, 1996/11

我々は、高輝度・極短パルスレーザーを用いた様々な応用研究を目的として、ピーク出力100TW,パルス幅20fs,繰返し数10Hzで動作するチタンサファイアレーザーシステムの開発を進めている。発振器からの光パルスは、シリンドリカルミラーを用いたパルス拡張器によって約100,000倍の1nsにまで拡張される。パルス幅の拡張されたチャープパルスは、再生増幅器により最大13mJにまで増幅され、その後、再生増幅器からの出力光は4パス増幅器に抽入される。本増幅器では、Nd:YAGレーザーの励起入力760mJに対し、出力エネルギー280mJが得られる。この段階でパルス圧縮を行うことにより、10TW級の出力を達成する予定である。その後、4パス増幅器からの出力光は、全出力エネルギー7JのSHG Nd:YAGレーザーで励起される2パス増幅器に抽入される。2パス増幅器からの増幅光(~3.5J)は真空中に配置された回折格子対よりなるパルス圧縮器でパルス圧縮される。パルス圧縮器の全体効率が約60%であると予測されるので、パルス圧縮後の出力エネルギーとして~2J/パルスが期待できる。

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