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2015 Fiscal Year Annual Research Report

ギガワット級単一アト秒パルス光源の開発と軟X線非線形光学実験への応用

Research Project

Project/Area Number 25286074
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

高橋 栄治  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 専任研究員 (80360577)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2017-03-31
Keywordsアト秒パルス / 高次高調波発生 / レーザー
Outline of Annual Research Achievements

研究実施計画に従い,高強度の単一アト秒パルスを発生させるための励起レーザーの整備を完了した.具体的には,低繰り返しレーザー (10-Hz) におけるキャリアエンベロープ位相 (Carrier-envelope phase: CEP) 安定化技術を世界で初めて確立し,シングルショットで 600 mrad rms の安定度を達成した.また開発されたレーザーの出力は 400 mJ (25 fs),16 TW 以上であり,CEP 安定化された高出力レーザーとして世界最高の出力スペックを実現した.2波長合成レーザー場発生においては,800 nm 光と OPA によって発生したシグナル光 (1350 nm) の相対遅延ジッターを BOC 法を組み合わせた動的制御により,300 アト秒にまで低減することに成功した.さらにマッハツェンダータイプの2波長レーザーの遅延光路に,CW レーザーを使用した動的制御を組み込むことで,2波長パルス間の相対位相安定も 600 mrad に抑えらた.これらの成果により,単一アト秒パルスを全レーザーショットで安定に発生することが可能となった.
一方,Dual-chirped optical parametric amplification (DC-OPA) 法を用いた高出力 IR 光源開発においては,レーザー増幅の原理実証にも成功し,当初の目標値であった 1.4 um において,パルス幅 30 fs, パルスエネルギー 20 mJ 以上を達成した.本レーザースペックは,超短パルスの IR 光源の出力エネルギーとしては世界最高値となる.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

高強度の単一アト秒パルス発生のための励起レーザーの開発が完全に完了し,実際の高調波発生実験及び利用実験に着手している段階であり,おおむね予定通りの進捗状況であると考える.
また数値シュミレーションを用いて,利用実験で対象となる非線形現象からの信号量等の諸特性の検討を完了している.

Strategy for Future Research Activity

発生した単一アト秒パルスのパルス幅測定を, FROG-CRAB 法を用いて行う.またアト秒パルスの出力エネルギー測定を行い,アト秒パルスの集光光学系を整備した後,数値シミュレーションにて検討している He 原子を用いた非線形光学実験に着手する.

Causes of Carryover

他予算からも本研究について補助が得られた為,本研究費から拠出する予算を抑えることができ,結果余剰金が発生した.

Expenditure Plan for Carryover Budget

より短パルスのアト秒パルスを発生させるために,2波長レーザーシステムの波長域の拡大を行う事を予定しており,その為の多層膜ミラー,ビームスプリッター等の光学部品,および遅延路の動的制御に使用する PID コントローラーの購入に使用する予定.

  • Research Products

    (16 results)

All 2016 2015

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Carrier-envelope phase stabilization of a 16 TW, 10 Hz Ti:sapphire laser2015

    • Author(s)
      EIJI J. TAKAHASHI, YUXI FU, AND KATSUMI MIDORIKAWA
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 40 Pages: 4835-4838

    • DOI

      10.1364/OL.40.004835

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] High-energy infrared femtosecond pulses generated by dual-chirped optical parametric amplification2015

    • Author(s)
      Y. Fu, E. J. Takahashi, K. Midorikawa
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 40 Pages: 5082-5085

    • DOI

      10.1364/ol.40.005082

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Optimization and characterization of dual-chirped optical parametric amplification2015

    • Author(s)
      Y. Fu, E. J. Takahashi, Q. Zhang, P. Lu, K. Midorikawa
    • Journal Title

      Journal of Optics

      Volume: 17 Pages: 124001 (9pp)

    • DOI

      10.1088/2040-8978/17/12/124001

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Frequency-resolved optical gating technique for retrieving the amplitude of a vibrational wavepacket2015

    • Author(s)
      Y. Nabekawa, Y. Furukawa, T. Okino, A. Amani Eilanlou, E. J. Takahashi, K. Yamanouchi, and K. Midorikawa
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 5 Pages: 11366

    • DOI

      10.1038/srep11366

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Settling time of a vibrational wavepacket in ionization2015

    • Author(s)
      Yasuo Nabekawa, Yusuke Furukawa, Tomoya Okino, A. Amani Eilanlou, Eiji J. Takahashi, Kaoru Yamanouchi, Katsumi Midorikawa
    • Journal Title

      NATURE COMMUNICATIONS

      Volume: 6 Pages: 8197

    • DOI

      10.1038/ncomms9197

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Direct observation of an attosecond electron wave packet in a nitrogen molecule2015

    • Author(s)
      Tomoya Okino, Yusuke Furukawa, Yasuo Nabekawa, Shungo Miyabe, A. Amani Eilanlou, Eiji J. Takahashi, Kaoru Yamanouchi, Katsumi Midorikawa
    • Journal Title

      Science Advance

      Volume: 1 Pages: e1500356

    • DOI

      10.1126/sciadv.1500356

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 高出力光シンセサイザーの開発2016

    • Author(s)
      田丸 裕基、高橋 栄治、Fu Yuxi、Muecke Oliver D.、Kertner Frantz X.、須田 亮、緑川 克美
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大 大岡山キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] FU Yuxi、TAKAHASHI Eiji J.、TAMARU Yuuki、MIDORIKAWA Katsumi2016

    • Author(s)
      Carrier envelope phase stabilization using orthogonally polarized reference pulse
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大 大岡山キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Probing two-electron dynamics of helium in time domain via fluorescence channel2016

    • Author(s)
      Trinh Vinh Hoai、Takahashi Eiji、Midorikawa Katsumi
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大 大岡山キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Energy scalable high power infrared femtosecond pulses by dual-chirped optical parametric amplification2015

    • Author(s)
      Yuri Fu, Eiji J. Takahashi, Katsumi Midorikawa
    • Organizer
      IPC 2015
    • Place of Presentation
      Virginia(米国)
    • Year and Date
      2015-10-04 – 2015-10-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Carrier-envelope phase stabilization of a 10 Hz high-energy Ti:Sapphire laser system2015

    • Author(s)
      Eiji J. Takahashi, Yuxi Fu, Katsumi Midorikawa
    • Organizer
      IPC 2015
    • Place of Presentation
      Virginia(米国)
    • Year and Date
      2015-10-04 – 2015-10-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High-energy infrared pulses by dual-chirped optical parametric amplification2015

    • Author(s)
      Eiji J. Takahashi, Yuxi Fu, Katsumi Midorikawa
    • Organizer
      Ultrafast optics 2015
    • Place of Presentation
      北京(中国)
    • Year and Date
      2015-08-16 – 2015-08-21
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Tunable single-order harmonic beam created by a multilayer mirror monochromator2015

    • Author(s)
      Eiji J. Takahashi, Masatoshi Hatayama, Satoshi Ichimaru, Katsumi Midorikawa
    • Organizer
      ATTO2015
    • Place of Presentation
      モントリオール(カナダ)
    • Year and Date
      2015-07-06 – 2015-07-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Carrier-envelope phase stabilization of a 10-Hz high-energy Ti:Sapphire laser2015

    • Author(s)
      Eiji J. Takahashi, Yuxi Fu, Katsumi Midorikawa
    • Organizer
      ATTO2015
    • Place of Presentation
      モントリオール(カナダ)
    • Year and Date
      2015-07-06 – 2015-07-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High-Energy Infrared Femtosecond Pulses by Dual-Chirped Optical Parametric Amplification2015

    • Author(s)
      Yuri Fu, Eiji J. Takahashi, Katsumi Midorikawa
    • Organizer
      CLEO 2015
    • Place of Presentation
      SanJose(米国)
    • Year and Date
      2015-05-10 – 2015-05-15
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] レーザ装置及びこれに使用可能な装置2015

    • Inventor(s)
      高橋栄治、FuYuxi、緑川克美
    • Industrial Property Rights Holder
      高橋栄治、FuYuxi、緑川克美
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-125244
    • Filing Date
      2015-06-23

URL: 

Published: 2017-01-06  

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