レーザー光の時間コントラスト劣化の解明と超高コントラストレーザー発振手法への適用

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H03911
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 桐山 博光 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (40354972)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 高強度レーザー / 時間コントラスト / 回折格子 / 背景光 / パルス拡張期・圧縮器

Outline of Annual Research Achievements

レーザー光の時間コントラスト劣化の解明に向けて、計算コードを用いてその評価を行った。位相の揃った広帯域スペクトルを有するレーザー光が、表面精度が完全な平面でない回折格子で回折すると、波長ごとに本来想定される光路長に対して誤差（SRPN）が生じる。このSRPNによりps領域の背景光が生成されうることを確認した。
SRPNによりps領域の背景光が生成されうることを確認するため、凸凹が大きい場合（P-V値で100nm以上）と、出来るだけ凸凹が無い場合（P-V値で10nmオーダー）の２種類の回折格子を準備した。
凸凹が大きい回折格子を用いた場合を評価するために、凸凹が出来るだけない回折格子の裏面を複数（数十個）の機械的なアクチュエータで押すことで凸凹を与えることができるホルダーを試作した。
パルス拡張器（申請）の設計に準じて、各波長成分が試作した回折格子のどの部分で回折されるか、つまりどの程度SRPNを受けるかを調べた。本パルス拡張器は、オフナータイプで、必要なパルス幅を得るために2パス構成としている。2パス目と3パス目では回折格子上で波長分解されるので、各波長は回折格子の表面精度に準じてSRPNを受けることになる。ps背景光の形状や強度は、レーザー光の持つスペクトルの形状、及びSRPNの大きさに依存するため、その相関を詳細に調べた。
3次の自己相関（基本波と第二高調波の相関による第三高調波）を用いたクロスコリレータを使用し回折格子の表面精度を変えて背景光の計測を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

レーザー光の時間コントラスト劣化の解明に向けて、今年度予定していた回折格子の表面精度の設計・計測、及び予想される背景光の評価を行うことができた。背景光の評価において、スペクトル形状の変化による背景光の変化の実験的な確認においては、多少の遅れが生じているが、ほぼ計画通りに進んでいると言える。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り、平成29年度上半期においては、パルス圧縮器に用いる回折格子の表面精度の設計と、その実際の表面精度の計測を行う。計測結果を基に、予想される背景光の評価を行う。パルス圧縮器の試作を行い、実験的に背景光を計測する。理論と実験の両面から評価し、背景光生成のプロセスを理解・解明し、最適なパルス圧縮器を完成させる。

Research Products

• [Journal Article] Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology (2016)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Sakaki, T. Zh. Esirkepov, K. Nishio, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, I. Yu. Skobelev, R. Orlandi, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, K. Ogura, M. Kanasaki, H. Kiriyama, Y. Fukuda, H. Koura, M. Kando, T. Yamauchi, Y. Watanabe, S. V. Bulanov, K. Kondo, K. Imai and S. Nagamiy
  • Journal Title: Plasma Physics Reports Volume: 42 Pages: 327-337
  • DOI: 10.1134/S1063780X1604005X
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Relativistically strong electromagnetic radiation in a plasma (2016)
  • Author(s): S. V. Bulanov, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, H. Kiriyama, and K. Kond
  • Journal Title: Journal of Experimental and Theoretical Physics Volume: 122 Pages: 426-433
  • DOI: 10.1134/S1063776116030146
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Simple synchronization technique of a mode-locked laser for Laser-Compton scattering γ ray source (2016)
  • Author(s): M. Mori, A. Kosuge, H. Kiriyama, R. Hajima, and K. Kondo
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 063307
  • DOI: 10.1063/1.4954733
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] On some theoretical problems of laser wake-field accelerators (2016)
  • Author(s): S. V. Bulanov, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kiriyama, J. K. Koga, H. Kotaki, M. Mori, and M. Kando
  • Journal Title: Journal of Plasma Physics Volume: 82 Pages: 905820308
  • DOI: 10.1017/S0022377816000623
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-dynamic-range cross-correlator for shot-to-shot measurement of temporal contrast (2016)
  • Author(s): A. Kon, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, K. Ogura, M. Mori, H. Sakaki, M. Kando, and K. Kondo
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 56 Pages: 01270-1-01270-6
  • DOI: 10.7567/JJAP.56.012701
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 超高強度レーザーの最近の進展 (2017)
  • Author(s): 桐山博光
  • Organizer: 第31回固体飛跡検出器研究会
  • Place of Presentation: 量研機構 関西光科学研究所（京都府木津川市）
  • Year and Date: 2017-03-10 – 2017-03-10
  • Invited
• [Presentation] Influence of random spectral phase noise on the temporal contrast on the temporal contrast of an ultra-high intensity laser pulse (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, Y. Mashiba, and Y. Miyasaka
  • Organizer: SPIE Photonics West 2017
  • Place of Presentation: The Moscone Center, San Francisco, California, USA
  • Year and Date: 2017-01-31 – 2017-01-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] “Ultra-high intensity “J-KAREN-P” laser development at QST (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, H. Sakaki, N. Dover, A Sagisaka, K. Kondo, K. Nishitani, Y. Fukuda, K. Ogura, M. Kanasaki, M. Mori, M. Kishimoto, A. Kon, J. Koga, Y. Miyasaka, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, K. Huang, N. Nakanii, S. V. Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • Organizer: SPIE Photonics West 2017
  • Place of Presentation: The Moscone Center, San Francisco, California, USA
  • Year and Date: 2017-01-31 – 2017-01-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] J-KAREN-Pレーザーファシリティー (2017)
  • Author(s): 桐山博光、ピロジコフ・アレクサンダー、西内満美子、岸本 牧、今 亮、榊 泰直、ニコラス・ドーバー、西谷勁太、小倉浩一、福田祐二、森 道昭、匂坂明人、近藤康太郎、コーガ・ジェームス、ティムール・エシュレケポフ、林由紀雄、小瀧秀行、宮坂泰弘、ホァン・カイ、中新信彦、セルゲイ・ブラノフ、神門正城、近藤公伯
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第37回年次大会
  • Place of Presentation: 徳島大学（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2017-01-09 – 2017-01-09
• [Presentation] J-KAREN-Pレーザーによる未踏の超高強度場への挑戦 (2016)
  • Author(s): 桐山博光
  • Organizer: 光・量子ビーム合同シンポジウム2016
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2016-11-26 – 2016-11-26
  • Invited
• [Presentation] The J-KAREN-P Laser Facility at QST (2016)
  • Author(s): H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, M. Kishimoto, A. Kon, H. Sakaki, N. Dover, K. Nishitani, K. Ogura, M. Kanasaki, Y. Fukuda, M. Mori, A Sagisaka, K. Kondo, J. Koga, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, Y. Miyasaka, K. Huang, N. Nakanii, S. V. Bulanov, M. Kando and K. Kondo
  • Organizer: 7th conferenece of the international committee on ultrahigh intensity lasers (ICUIL 2016)
  • Place of Presentation: Fairmont Le Chateau Montebello, Quebec, Canada
  • Year and Date: 2016-09-12 – 2016-09-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Current Status of the J-KAREN Laser Upgrade (2016)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Kando, A. S. Pirozhkov, M. Kishimoto, A. Kon, M. Nishiuchi, H. Sakaki, K. Ogura, M. Kanasaki, H. Tanaka, Y. Fukuda, M. Mori, Y. Mashiba, M. R. Asakawa, A. Sagisaka, J. Koga, T. Zh. Esirekepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, Y. Miyasaka, K. Sekiguchi, S. V. Bulanov and K. Kondo
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2016)
  • Place of Presentation: San Jose convention center, San Jose, USA
  • Year and Date: 2016-06-06 – 2016-06-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Recent progress of J-KAREN-P laser facility at QST (2016)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Kando, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, M. Kishimoto, A. Kon, H. Sakaki, Ko. Ogura, M. Kanasaki, Y. Fukuda, M. Mori, A. Sagisaka, J. Koga, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, Y. Miyasaka, S. V. Bulanov and K. Kondo
  • Organizer: APLS 2016, The 10th Asia-Pacific Laser Symposium, Jointly organized with the 15th Advanced Lasers and Their Applications
  • Place of Presentation: Seogwipo KAL Hotel, Jeju Island, Korea
  • Year and Date: 2016-05-11 – 2016-05-11
  • Int'l Joint Research / Invited