2013 Fiscal Year Annual Research Report
電子波束を生成する複数準位からのアト秒トンネルイオン化過程の新規物理モデル構築
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25247069
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
新倉 弘倫 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (10500598)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森下 亨 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (20313405)
岩倉 いずみ 神奈川大学, 工学部, 助教 (40517083)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | アト秒科学 / 分子動力学 / 極端紫外光 / 分子軌道 |
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| Research Abstract |
本研究課題は実験系と理論系の二つからなり、高強度レーザー電場中における原子や分子の複数準位からのトンネルイオン化過程について、波動関数の重なりやアト秒精度での波束の時間発展などについて新規モデルを構築することを目的としている。
本年度は実験系では、数百アト秒以下の精度で測定が可能なレーザー光学系および多原子分子に対応可能な測定装置系の構築を行った。従来の出力1.8mJ/pulseレーザーシステムに２段増幅器を設置し、キャリアエンベロープ位相（CEP)]が十分に安定した状態で6.0mJ/pulse, 33fsのパルスの発生に成功した。CEPの安定度(ゆらぎ幅）＜0.15 radian (r.m.s.)であることを確認した。また高強度に対応した高次高調波発生と光電子二次元画像観測装置の作成を行い、高次高調波の発生とそれによる気相原子・分子のイオン化によって発生した光電子運動量分布が測定できることを確認した。また、複数準位からのトンネルイオン化過程の制御を行うため、二次元高次高調波スペクトル測定と分子制御を組み合わせた測定光学系を構築した。これを用いて多原子分子について実験を行い、二つの順位からのトンネルイオン化確率が制御できることを示した。この結果について会議等で発表し、また学術論文として投稿中である。
また理論系では、多電子系のトンネルイオン化について、弱い電場における理論の定式化を行い、計算コードを開発し、He や H2 といった２電子系の中心に分析を行った。得られた結果をまとめて学術論文および国際会議において発表した。また、関連する高強度レーザー場中のダイナミクスに関する理論的研究を行った。
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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
実験：レーザーシステムの二段階増幅器の導入を行い、実際に予想されたスペックが達成されることがわかった。特に多段階マルチパス増幅における高強度でのキャリアエンベロープ位相安定は、今までのレーザー系や実験環境に大きく依存するため、スペックを満たすパルスが発生できたことは順調に進展しているといえる。また新たに高次高調波発生および光電子画像観測装置を組みなおしたが、予想通りにデータを取得することができた。さらに、高次高調波と赤外～紫外域のパルスの位相を安定化して測定するための予備的光学系についても当初に予定した光学系で達成しうることがわかった。
理論：多電子系のトンネルイオン化の弱電場極限理論の枠組みが完了した。
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| Strategy for Future Research Activity |
[実験]本年度は、高次高調波と位相が安定化した赤外～紫外域のパルスを用いて、具体的な分子についての測定を行う予定である。初めに光学系が簡単になる多サイクルパルスで測定を行い、どのような信号対雑音（バックグラウンド）比などで予測されるスペクトルを測定できるかを確認する。同時に単一アト秒パルス発生の光学系を高強度用に再構築する。問題点としては、パルス圧縮光学系への入力パルスの位置揺らぎ（おもに空気によるかく乱）により、出力ビームが安定しないことがあるが、光学系全体のカバーを作るなどの対策を施す。また赤外領域(1200nm以上）のパルス発生については、現状の入力ビームの空間モードにいくつかのホットスポットがあるため、非線形光学結晶による変換・増幅効率が低下していることがわかった。そこで、高強度で空間モードをガウシアン形に近付けるため、真空系における空間フィルターを作成し、変換効率の向上を計画する。これらの装置系の改良を行い、本年度の研究計画に沿った実験を行う。[理論]本年度の研究を発展させ、より強い電場での定式化と多電子分子についての分析をすすめる。
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