高出力真空紫外・極端紫外高調波光源の開発とレーザー光電子分光の確立

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24246022
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 渡部 俊太郎 東京理科大学, 総合研究機構, 教授 (50143540)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 昌良 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (00175697) ; 張 贇 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (00508830)
• Project Period (FY): 2012-05-31 – 2015-03-31
• Keywords: 高次高調波 / 超短パルス / 高出力レーザー / ＫＢＢＦ / 波長変換 / 光電子分光 / 軟Ｘ線分光 / 外部共振器

Outline of Annual Research Achievements

新型プリズムカップルKBBFデバイスを開発し、8eV光源の高出力化（3μW）を達成し、7eV光源とともに東京大学物性研究所（物性研）での超伝導体の超高分解能光電子分光に供した（Sci.Rep, Phys.Rev.B）。キャノンと共同で高効率（97%）大口径透過グレーティングを開発し、曲がりに対する波面の歪みを測定し、反射防止膜による波面歪みを無視できる程度に低減し、10TW級の高出力レーザーに使えることを示した（Opt.Express）。このデバイスは国内外の主要な研究室で使われつつある。またこのグレーティングを用い、高繰り返し（10MHz）高出力ファイバーレーザーを物性研と共同で開発した（Opt.Express）。 BBOを用いた二重広帯域波長変換法により220nmにおいて100mWの出力を得、880nm光（ω）と220nm光（4ω）による、2色電場下の高調波実験を準備した。また多波長光源を用いた高次高調波の高出力化の配置を完成した。ピコ秒モード同期チタンサファイアレーザーの2段外部共振器により4倍波を発生し（Opt.Commun.）、真空紫外域の5倍波（160nm）発生のための真空紫外分光装置を完成し、準連続160nm光源を目指している。物性研と共同でキャリアエンベロップ制御された2サイクル1.6μmレーザーを開発し、水の窓領域での高調波位相を初めて観測し、水の窓領域でのアト秒パルス発生の展望を開いた（Nature.Communi.）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究計画では（1）KBBF素子の改良、（2）TW級レーザーを用いた広帯域波長変換（BFD）による2倍波の発生と二重BFDによる4倍波の発生、（3）ピコ秒モード同期チタンサファイアレーザーの2段階外部キャビティーによる4倍波発生、（4）高次高調波の発生装置と軟X線分光器の整備を目標としたが、いずれも目標を達成した。
予想以上であったのが、東京大学物性研究所との共同研究であり、こちらから提供したKBBF素子を用いた光源を用いて、数々の物性研究上の成果があがった。また、キャノンと共同開発した透過グレーティングは我国の技術の高さを世界にアピールした。

Strategy for Future Research Activity

基本的には当初の計画通りに進める。KBBFは今後も改良を続ける。TW級レーザーではBBOを4倍波用結晶として用い、220nmで100mWを得たが、基本波(880nm)との2色電場下の高調波発生を行う。ピコ秒チタンサファイアレーザーでは5倍波（160nm）発生実験を行う。引続き物性研との共同研究では7、8eV光源用のKBBF素子を供する。また、水の窓でのアト秒パルス発生を支援する。

Research Products

• [Journal Article] Wavefront analysis of high-efficiency, large-scale, thin transmission gratings (2014)
  • Author(s): Chun Zhou, Takashi Seki, Tsuyoshi Kitamura, Yoshiyuki Kuramoto, Takashi Sukegawa, Nobuhisa Ishii, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Yohei Kobayashi, and Shuntaro Watanabe
  • Journal Title: OPTICS EXPRESS Volume: 22 Pages: 5995 - 6008
  • DOI: 10.1364/OE.22.005995
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Superconductivity in an electron band just above the Fermi level: possible route to BCS-BEC superconductivity (2014)
  • Author(s): K. Okazaki, Y. Ito, Y. Ota, Y. Kotani, T. Shimojima, T. Kiss, S. Watanabe, C.-T. Chen, S. Niitaka, T. Hanaguri, H. Takagi, A. Chainani, S. Shin
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 1- 6
  • DOI: 10.1038/srep04109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for excluding the possibility of d-wave superconducting-gap symmetry in Ba-doped KFe2As2 (2014)
  • Author(s): Y. Ota, K. Okazaki, Y. Kotani, T. Shimojima, W. Malaeb, S. Watanabe, C.-T. Chen, K. Kihou, C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, T. Saito, H. Fukazawa, Y. Kohori, and S. Shin
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 89 Pages: 081103-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.081103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carrier-envelope phase-dependent high harmonic generation in the water window using few-cycle infrared pulses (2014)
  • Author(s): Nobuhisa Ishii, Keisuke Kaneshima, Kenta Kitano, Teruto Kanai, Shuntaro Watanabe and Jiro Itatani
  • Journal Title: NATURE COMMUNICATIONS Volume: 5 Pages: 3331
  • DOI: 10.1038/ncomms4331
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 10-MHz, Yb-fiber chirped-pulse amplifier system with large-scale transmission gratings (2013)
  • Author(s): Yohei Kobayashi, Nozomi Hirayama, Akira Ozawa, Takashi Sukegawa, Takashi Seki, Yoshiyuki Kuramoto, and Shuntaro Watanabe
  • Journal Title: OPTICS EXPRESS Volume: 21 Pages: 12865 - 12873
  • DOI: 10.1364/OE.21.012865
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of quasi-cw deep ultraviolet light below 200 nm by an external cavity with a Brewster-input KBBF prism coupling device (2013)
  • Author(s): Yun Zhang, Ryota Hoshi, Daichi Yamaguchi, Yoshiko Okada-Shudo, Masayoshi Watanabe, Masaharu Hyodo, Yun Zhu, Xiaoyang Wang, Yong Zhu, Guilin Wang, Chuangtian Chen, Teruto Kanai and Shuntaro Watanabe
  • Journal Title: OPTICS COMMUNICATIONS Volume: 295 Pages: 176 - 179
  • DOI: 10.1016/j.optcom.2012.12.056
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] FeSeのレーザー角度分解光電子分光 (2014)
  • Author(s): 岡崎浩三、梶尾眞史、藤森淳、大田由一、山本遇哲、辛埴、渡部俊太郎、C. -T. Chen、笠原成、芝内孝禎、松田祐司、A. Bohmer、T. Wolf、P. Adelmann、C. Meingast、H. v. Loehneysen
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [Presentation] 7eV及び8eVレーザー角度分解光電子分光を用いたBaドープKFe2As2における超伝導ギャップ異方性観測 (2014)
  • Author(s): 大田由一、岡崎浩三、山本遇哲、石田行章、W. Malaeb、渡部俊太郎、C. -T. Chen、木方邦宏、李哲虎、伊豫彰、永崎洋、齊藤拓、深澤英人、小堀洋、小林洋平、辛埴
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [Presentation] ドープしたトポロジカル絶縁体Cu0.17Bi2Se3の価電子帯及びBi 5d5/2内殻準位の時間分解光電子分光 (2014)
  • Author(s): 山本貴士、石田行章、吉田力矢、吉川明子、田口康二郎、金井輝人、板谷治郎、木須孝幸、石坂香子、齋藤智彦、渡部俊太郎、十倉好紀、辛埴
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [Presentation] 狭線幅8eVファイバーレーザーによる第1ブリルアンゾーン全域での高分解能ARPES (2014)
  • Author(s): 山本遇哲、石田行章、大田由一、岡崎浩三、伊藤功、野村雄高、小澤陽、木方邦宏、李哲虎、伊豫彰、永崎洋、深澤英人、小堀洋、Xiaoyan Wang、Chuangtian Chen、渡部俊太郎、小林洋平、辛埴
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県）
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [Presentation] 軟Ｘ線高調波発生における高強度赤外光の電場波形とガス圧依存性 (2014)
  • Author(s): 金島圭佑、石井順久、金井輝人、渡部俊太郎、板谷治郎
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス（神奈川県）
  • Year and Date: 2014-03-17 – 2014-03-20
• [Presentation] 高強度2サイクル赤外ドライバーによる電場波形依存水の窓高次高調波発生 (2014)
  • Author(s): 石井順久、金島圭佑、北野健太、松本由幸、金井輝人、渡部俊太郎、板谷次郎
  • Organizer: レーザー学会創立40周年記念学術講演会第34回年次大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（福岡県）
  • Year and Date: 2014-01-20 – 2014-01-22
• [Presentation] 準連続160nm光発生システム (2014)
  • Author(s): 山口大智、金井輝人、兵頭政春、X.Y.Wang、Y.Zhu、C.T.Chen、渡部俊太郎、張 贇、渡辺昌良
  • Organizer: レーザー学会創立40周年記念学術講演会第34回年次大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（福岡県）
  • Year and Date: 2014-01-20 – 2014-01-22
• [Presentation] Generation of isolated attosecond continua in the water window using a CEP-locked, few-cycle IR pulses from a BiB3O6 OPCPA system (2013)
  • Author(s): N. Ishii, K. Kaneshima, K. Kitano, T. Kanai, S. Watanabe, and J. Itatani
  • Organizer: 4th International Conference on Attosecond Physics
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2013-07-08 – 2013-07-12
• [Presentation] Carrier-Envelope Phase-Dependent High Harmonic Generation in the Water Window by Few-Cycle IR Pulses (2013)
  • Author(s): Nobuhisa Ishii, Keisuke Kaneshima, Kenta Kitano, Teruto Kanai, Shuntaro Watanabe, Jiro Itatani
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics
  • Place of Presentation: San Jose, CA, USA
  • Year and Date: 2013-06-09 – 2013-06-11
• [Presentation] Carrier-Envelope Phase-Dependent High-Harmonic Generation in the Water Window Using a Few-Cycle Infrared Light Source (2013)
  • Author(s): N. Ishii, K. Kaneshima, K. Kitano, T. Kanai, S. Watanabe, and J. Itatani
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics Europe
  • Place of Presentation: Munich, Germany
  • Year and Date: 2013-05-12 – 2013-05-16