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

2017 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, グループリーダー(定常) (40354972)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: レーザー

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、計算コードを更に発展させてその評価をより詳細に評価した。昨年度はパルス拡張器に対して計算を行ったが、今年度はパルス圧縮器の設計に準じて、各波長成分が回折格子のどの部分で回折されるか、つまりどの程度、表面精度が完全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）を受けるかを調べた。本パルス圧縮器はトレーシータイプで、各波長は回折格子の表面精度にじ準じて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。
更に、例えば、パルス拡張器で使われている2枚のルーフミラーの表面の凸凹を詳細に計測し、計算により2つの凸凹を相殺できるように配置することでSRPNを最小化し、ペデスタルを抑制できることを明らかにした。本手法を発展させ、パルス圧縮器にも適用できるようにした。
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出来た。更に、表面の凸凹を詳細に評価し、互いに凸凹を相殺するように配置することで、SRPNを最小化できることを示した。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通りに、平成30年度において、J-KAREN-Pレーザーを用いて、高エネルギーにまで増幅し、レーザーパルスの時間構造を計測し、評価する。今年度までの成果を受けて、今までにないスーパークリーンパルスを生成し、その生成手法を確立・実証する。

Research Products

• [Journal Article] The J-KAREN-P facility laser performance status (2018)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, H. Sakaki, Akito Sagisaka, N. P. Dover, K. Kondo, K. Ogura, M. Mori, Y. Miyasaka, N. Nakanii, K. Huang, J. Koga, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, and K. Kondo
  • Journal Title: The Review of Laser Engineering Volume: 46 Pages: 134-137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Random spectral phase noise effect on the temporal contrast of ultra-high intensity laser pulse (2018)
  • Author(s): H. Kiriyama, Y. Mashiba, Y. Miyasaka, and M. R. Asakawa
  • Journal Title: The Review of Laser Engineering Volume: 46 Pages: 142-144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ion Acceleration Experiment with the High Intensity, High Contrast J-KAREN-P Laser System (2018)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, N. P. Dover, K. Kondo, T. Miyahara, J. Koga, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Fukuda, K. Ogura, Y. Watanabe, M. Kando, and K. Kondo
  • Journal Title: The Review of Laser Engineering Volume: 46 Pages: 145-147
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] UV harmonic generation and laser-driven proton acceleration from a thin-foil target (2018)
  • Author(s): A. Sagisaka, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, K. Ogura, H. Sakaki, A. Ya. Faenov, T. A. Pikuz, T. Zh. Esirkepov, S. V. Bulanov, M. Kando, H. Kiriyama, and K. Kondo
  • Journal Title: The Review of Laser Engineering Volume: 46 Pages: 148-151
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laser Requirements for High-Order Harmonic Generation by Relativistic Plasma Singularities (2018)
  • Author(s): A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, A. Sagisaka, K. Ogura, Y. Hayashi, H. Kotaki, E. N. Ragozin, D. Neely, J. K. Koga, Y. Fukuda, M. Nishikino, T. Imazono, N. Hasegawa, T. Kawachi, H. Daido, Y. Kato, S. V. Bulanov, K. Kondo, H. Kiriyama, and M. Kando
  • Journal Title: Quantum Beam Sci. Volume: 2 Pages: 7-1-7-11
  • DOI: 10.3390/qubs2010007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Power laser facilities in Kansai Photon Science Institute (2017)
  • Author(s): W. Utsumi, K. Kondo, M. Kando, M. Nishikino, R. Itakura, and H. Kiriyama
  • Journal Title: Quantum Beam Sci. Volume: 1 Pages: 7-1-7-12
  • DOI: 10.3390/qubs1010007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The effect of laser contrast on generation of highly charged Fe ions by ultra-intense femtosecond laser pulses (2017)
  • Author(s): A.Ya. Faenov, M.A. Alkhimova, T.A. Pikuz, I.Yu. Skobelev, M. Nishiuchi, H. Sakaki, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, N. P. Dover, Ko. Kondo, K. Ogura, Y. Fukuda, H. Kiriyama, A. Andreev, K. Nishitani, T. Miyahara, Y. Watanabe, S. A. Pikuz Jr., M. Kando, R. Kodama, K. Kondo
  • Journal Title: Applied Physics B Volume: 123 Pages: 197-1-197-7
  • DOI: 10.1007/s00340-017-6771-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Approaching the diffraction-limited, bandwidth-limited Petawatt (2017)
  • Author(s): A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, A. Sagisaka, K. Ogura, M. Mori, M. Kishimoto, H. Sakaki, N. P. Dover, K. Kondo, N. Nakanii, K. Huang, M. Kanasaki, K. Kondo, and M. Kando
  • Journal Title: Optics Express Volume: 25 Pages: 20486-20501
  • DOI: org/10.1364/OE.25.020497
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High resolution X-ray spectroscopy of stainless steel foils irradiated by femtosecond laser pulses with relativistic intensities (2017)
  • Author(s): M. A. Alkhimova, A. YA. Faenov, I. YU. Skobelev, T. A. Pikuz, M. Nishiuchi, H. Sakaki, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, N. P. Dover, K. Kondo, K. Ogura, Y. Fukuda, H. Kiriyama, K. Nishitani, T. Miyahara, Y. Watanabe, S. A. Pikuz, M. Kando, R. Kodama, and K. Kondo
  • Journal Title: Optics Express Volume: 25 Pages: 29501-29511
  • DOI: org/10.1364/OE.25.029501
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Burst intensification by singularity emitting radiation in multi-stream flows (2017)
  • Author(s): A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, K. Ogura, Y. Hayashi, H. Kotaki, E. N. Ragozin, D. Neely, H. Kiriyama, J. K. Koga, Y. Fukuda, A. Sagisaka, M. Nishikino, T. Imazono, N. Hasegawa, T. Kawachi, P. R. Bolton, H. Daido, Y. Kato, K. Kondo, S. V. Bulanov, and M. Kando
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 17968
  • DOI: 10.1038/s41598-017-17498-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 超高強度（10^22 W/cm^2）, 高コントラスト（10^12）, 繰り返し型（0.1Hz）J-KAREN-P レーザーシステム (2018)
  • Author(s): 桐山博光，西内満美子, ピロジコフ・アレキサンダー, 福田祐仁, 宮坂泰弘, 榊 泰直,匂坂明人, ニコラス・ドーバー, 近藤康太郎, 小倉浩一, 森 道昭, 中新信彦, ホアン・カイ,コーガ・ジェームス、エシレケポフ・ティムール, 神門正城, 近藤公伯
  • Organizer: 一般社団法人レーザー学会学術講演会 第38回年次大会
  • Invited
• [Presentation] QSTにおける超高強度レーザー開発と世界の動向 (2018)
  • Author(s): 桐山博光，西内満美子, ピロジコフ・アレキサンダー, 福田祐仁, 宮坂泰弘, 榊 泰直,匂坂明人, ニコラス・ドーバー, 近藤康太郎, 小倉浩一, 森 道昭, 中新信彦, ホアン・カイ,コーガ・ジェームス、エシレケポフ・ティムール, 神門正城, 近藤公伯
  • Organizer: 第12回レーザー学会「マイクロ固体フォトニクス」専門委員会
  • Invited
• [Presentation] J-KAREN-P Laser Facility producing 10^22 W/cm^2 at 0.1 Hz (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, H. Sakaki, A Sagisaka, N. P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, K. Ogura, M. Mori, Y. Miyasaka, M. Kando and K. Kondo
  • Organizer: OPIC The 6th Advanced Lasers and Photon Sources 2017 (ALPS ’17)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 1022W/cm2, 0.1 Hz J-KAREN-P laser facility at QST (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, H. Sakaki, A Sagisaka, N. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, K. Ogura, M. Mori, Y. Miyasaka, J. Koga, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, K. Huang, N. Nakanii, S. V. Bulanov, M. Kando and K. Kondo
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] J-KAREN-P laser facility at QST: High contrast, high intensity petawatt OPCPA/Ti:sapphire hybrid laser system (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. Pirozhkov, H. Sakaki, N. Dover, A. Sagisaka, K. Kondo, K. Nishitani, Y. Fukuda, K. Ogura, M. Mori, J. Koga, Y. Miyasaka, E. Timur, Y. Hayashi, H. Kotaki, K. Huang, N. Nakanii, S. Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • Organizer: 2017 Cnference on Lasers and electro-Optics europe & European Quantum electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Latest achivements at the J-KAREN-P laser facility at QST (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, H. Sakaki, A Sagisaka, N. P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, K. Ogura, M. Mori, Y. Miyasaka, J. Koga, T. Zh. Esirkepov, Y. Hayashi, H. Kotaki, K. Huang, N. Nakanii, S. V. Bulanov, M. Kando and K. Kondo
  • Organizer: CLEO/Pacific Rim 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High intensity (>10^22 W/cm^2), high contrast (<10^-11), repetitive (0.1 Hz) J-KAREN-P laser facility at QST (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, H. Sakaki, A Sagisaka, N. P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, K. Ogura, M. Mori, Y. Miyasaka, M. Kando and K. Kondo
  • Organizer: The 25th International Conference on Advanced Laser Technologies ALT’17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 10^22 W/cm^2, 0.1 Hz, High-Contrast J-KAREN-P Laser Facility at QST (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, H. Sakaki, A Sagisaka, N. Dover, K. Kondo, K. Ogura, M. Mori, Y. Miyasaka, M. Kando and K. Kondo
  • Organizer: 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Invited
• [Presentation] Ti:sapphire based high intensity lasers at QST and HZDR and future developments (Opportunities for future collaboration) (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama
  • Organizer: Ceremonial Workshop at the HZDR for the kick-off of MoU between HZDR-ILE and HZDR-KPSI
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] J-KAREN-Pレーザーシステムの最近の進展 (2017)
  • Author(s): 桐山博光、西内満美子、ピロジコフ・アレクサンダー、福田祐仁、榊 泰直、匂坂明人、近藤康太郎、ニコラス・ドーバー、小倉浩一、森 道昭、宮坂泰弘、神門正城、近藤公伯 、J-KAREN-P運転グループ
  • Organizer: 光・量子ビーム科学合同シンポジウム2017
• [Presentation] 量研における繰り返し型, 超高強度J-KAREN-Pレーザーシステム (2017)
  • Author(s): 桐山博光, 西内満美子, ピロジコフ・アレクサンダー, 福田祐仁, 榊 泰直 匂坂明人, ニコラス・ドーバー, 近藤康太郎, 西谷勁太, 小倉浩一, 森 道昭, 宮坂泰弘, 神門正城, 近藤公伯
  • Organizer: レーザ・量子エレクトロニクス研究会（LQE）
  • Invited
• [Presentation] The rapid progress of intense laser activities around the world and related femtosecond petawatt laser activities at QST (2017)
  • Author(s): H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, H. Sakaki, A. Sagisaka, N. P. Dover, K. Kondo, K. Ogura, M. Mori, Y. Miyasaka, N. Nakanii, K. Huang, J. Koga, T. Zh. Esirkepov, M. Kando and K. Kondo
  • Organizer: 第27回（平成29年度）日本赤外線学会研究発表会
  • Invited