2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a mid-IR laser driven X-ray spectroscopic system for zeptosecond atomic, molecular, particle physics
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23H01877
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
金井 恒人 京都大学, 化学研究所, 特定准教授 (00442947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
時田 茂樹 京都大学, 化学研究所, 教授 (20456825)
岡崎 大樹 京都大学, 化学研究所, 助教 (50976925)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | アト秒物理学 / 高次高調波発生 / 中赤外レーザー / KTA光パラメトリック増幅器 / Fe:ZnSeマルチパス増幅器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アト秒物理学の急速な発展の一方で，この方法論では素粒子・原子核物理学の様な基礎物理学の研究ができないと考えられてきた．私達は，ポジトロニウムや湯川中間子の様な基礎物理学において非自明な不安定粒子の寿命をアト秒の精度で測定することで，基礎物理学における諸問題を直接的に検討するという新奇方法論を世界で初めて提案し[T. Kanai et al., CLEO/IQEC, paper CG-P.7 (2013)]，その素過程であるポジトロニウム負イオンの光脱電子過程の観測に成功している[K. Michishio, T. Kanai et al., Nat. Commun. 7, 11060 (2016).]．本研究計画では，本新奇方法論による「アト秒素粒子物理学の開拓」を目指し，分光システムの開発と実証実験[T. Kanai et al., Nature 435, 470 (2005)型など]までを行う．
初年度である今年度は， 4ミクロン帯のKTA光パラメトリック増幅器をシード光としたFe:ZnSe中赤外チャープパルス増幅器の開発と，高次高調波発生用チェンバー及び分光器の高度化を行った[(招待講演) T. Kanai et al., ASSL/LAC, Tacoma, Washington, USA, Oct. 9th-12th, 2023. 等]．前者については，ウィーン工科大A. Baltuskaグループとの共同研究を通じKTA光パラメトリック増幅器をまず行い，次に本レーザーをシード光としたFe:ZnSeマルチパス増幅器によるサブmJ程度までの増幅，400fs程度までのパルス圧縮，さらに応用実験としてZnS結晶中における第9次高調波発生を観測した．後者については，アト秒パルスの検出効率の向上のため，代表者が過去に開発した高次高調波発生及び分光器に最先端のX線CCDを導入した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度である今年度は，当初の計画通り4ミクロン帯のKTA光パラメトリック増幅器をシード光としたFe:ZnSe中赤外チャープパルス増幅器の開発と，高次高調波発生用チェンバー及び分光器の高度化を行った．本研究成果は当該分野に大きな波及効果をもたらし，実際研究代表者は，本分野における最も権威がある国際学会の一つである，Advanced Solid State Lasers Conference (ASSL)/Laser Applications Conference (LAC)において招待講演を行った． [(invited) T. Kanai et al., ASSL/LAC, Tacoma, Washington, USA, Oct. 9th-12th, 2023. ]．
研究進捗の前者については，予定通りウィーン工科大A. Baltuskaグループとの共同研究を通じKTA光パラメトリック増幅器をまず行い，次に本レーザーをシード光としたFe:ZnSeマルチパス増幅器によるサブmJ程度までの増幅，400fs程度までのパルス圧縮，さらに応用実験としてZnS結晶中における第9次高調波発生を観測した．後者については，アト秒パルスの検出効率の向上のため，代表者が過去に開発した高次高調波発生及び分光器に最先端のX線CCDを導入した．
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| Strategy for Future Research Activity |
京都大学においては引き続き4ミクロン帯のKTA光パラメトリック増幅器をシード光としたFe:ZnSe中赤外チャープパルス増幅器の開発を行う．ポンプ光からの変換効率が高いCPAを最終段増幅器に用いることにより，中赤外光パラメトリック増幅器を最終段増幅器として用いた場合には困難であった，超テラワットクラスの4ミクロンパルスを発生させることが可能となることが期待され，応用として2023年度実現された固体中の高次高調波発生実験のみならず気体からの高次高調波発生を実証する計画である．
また申請者が2023年3月に分子科学研究所に異動になったことを活かし，分子科学研究所に既設の高出力フェムト秒レーザーと研究代表者が持つ数サイクル中赤外レーザー技術，アト秒物理の方法論の融合を開始する．素粒子物理学と凝縮系物理学は歴史的に互いの概念のアナロジーに注目して発展してきた．本研究計画の方法論を統一的な枠組みで展開することにより素粒子物理学のみならず，分子科学研究所が得意とする凝縮系・表面物理学への展開を試みる．
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[Journal Article] Challenge of search for cosmological dark components with high-intensity lasers and beyond2023
Author(s)
Homma K., Tesileanu O., Nakamiya Y., Kirita Y., Chiochiu C., Cuciuc M., Giubega G., Hasada T., Hashida M., Ishibashi F., Kanai T., Kodama A., Masuno S., Miyamaru T., Neagu L., Rodrigues V. R. M., Mihai R. M., Sakabe S., Tamlyn J., Tazlauanu S. V., Tokita S.
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Journal Title
The European Physical Journal A
Volume: 59
Pages: 109
DOI
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