Study on singularities generated via relativistic interaction of laser-plasma

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17F17811
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 神門 正城 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) (50343942)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): GONZALEZ-IZQUIER BRUNO 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, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2017-11-10 – 2020-03-31
• Keywords: 高強度レーザー / レーザープラズマ / コヒーレント軟X線 / 極端紫外光 / 軟X線光学

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに行った、高強度レーザーをヘリウムガス中に集光させ、非線形レーザープラズマ相互作用による高次高調波を発生させる実験の解析を光学シミュレーションコードZEMAXを用いて行った。本研究では、プラズマ中に生成されると考えられる電子が集群したカスプ構造からの極端紫外領域の放射を拡大光学系で計測し、その光源サイズ構造を実験的に計測することを目的としている。実験セットアップの都合により球面鏡と検出器であるLiF結晶が1.15度程度傾いているため、得られた像は非点収差を含み、直接的な光源サイズを求めることはできない。そのため光学シミュレーションを用いて実験を再現できるような配置を探索することで、間接的な光源サイズの見積りを行った。
光学シミュレーションでは、多層膜球面ミラーの波長幅である12.5 nmから18.4 nmまでの16種の等間隔波長を用い、光源サイズを100 nmから250 nm（半値全幅）で変え、２つの光源を10から10 μmの範囲で変えた。また、実験で用いたメッシュ構造のフィルターサポート有り・無しの場合も行った。その結果、実験で観測された強度変調や干渉縞構造はフィルターサポートのメッシュによる回折効果であることがわかった。さらに、光源サイズが大きいほどLiFで観測される像が小さくなることから、光源サイズはおおよそ数百nm以下、恐らく数十nm程度ぐらいであることがわかった。これは以前の計測結果の解釈と矛盾しない。また、実験で計測された非対称な大きさの構造を、２つの光源サイズが異なるか、縦方向（レーザー進行方向）に光源がずれているかの２つの配置で実験結果を再現できたが、そのどちらであるかは今回の計測の情報だけでは結論できなかった。
なお、昨年度報告した本研究で開発したリアルタイムの計測器は迷光と電磁ノイズの対策を行なっており、次回の実験でも用いられていく予定である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] BISER X-ray source structures in ultraintense laser-plasma interactions (2019)
  • Author(s): B. Gonzalez-Izquierdo, T. A. Pikuz, A. Sagisaka, Z. E. Davidson, K. Ogura, A. Bierwage, K. Huang, T. Zh. Esirkepov, J. K. Koga, A. Ya. Lopatin, Y. Fukuda, M. Ishino, E. N. Ragozin, S. A. Pikuz, N. I. Chkhalo, N. N. Salashchenko, D. Neely, P. McKenna, H. Kiriyama, M. Kando, A. S. Pirozhkov
  • Organizer: The Optics & Photonics International Congress OPIC-2019, International Conference on High-Energy Density Sciences HEDS-2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Extension of BISER to the keV spectral range (2019)
  • Author(s): A.S.Pirozhkov, T.Zh.Esirkepov, B. Gonzalez-Izquierdo, A. Sagisaka, T.A.Pikuz, Z.E.Davidson, K. Ogura, A. Bierwage, K. Huang, N. Nakanii, J.K.Koga, A.Ya.Lopatin, Y. Fukuda, D. Neely, P. McKenna, E.N. Ragozin, S. A. Pikuz, N.I.Chkhalo, N.N.Salashchenko, S. Namba, H. Kiriyama, M. Koike, K. Kondo, T. Kawachi, M. Kando
  • Organizer: The Optics & Photonics International Congress OPIC-2019, International Conference on High- Energy Density Sciences HEDS-2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Control of Burst Intensification by Singularity Emitting Radiation (BISER) (2019)
  • Author(s): A.S.Pirozhkov, T.Zh.Esirkepov, B. Gonzalez-Izquierdo, A. Sagisaka, T.A.Pikuz, Z.E.Davidson, K. Ogura, A. Bierwage, K. Huang, N. Nakanii, J.K.Koga, A.Ya.Lopatin, Y. Fukuda, D. Neely, P. McKenna, E.N. Ragozin, S. A. Pikuz, N.I.Chkhalo, N.N.Salashchenko, S. Namba, H. Kiriyama, M. Koike, K. Kondo, T. Kawachi, M. Kando
  • Organizer: VII International Conference "Frontiers of Nonlinear Physics"
  • Int'l Joint Research / Invited