高出力レーザーパルスの波形・位相制御とアト秒パルス発生

• 研究課題/領域番号: 14077208
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 渡部 俊太郎 東京大学, 物性研究所, 教授 (50143540)
• 研究分担者: 関川 太郎 東京大学, 物性研究所, 助手 (90282607)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 98,500千円 (直接経費: 98,500千円); 2005年度: 14,400千円 (直接経費: 14,400千円); 2004年度: 26,200千円 (直接経費: 26,200千円); 2003年度: 33,300千円 (直接経費: 33,300千円); 2002年度: 24,600千円 (直接経費: 24,600千円)
• キーワード: 超短パルス / 高出力レーザー / 高次高調波 / XUV光 / アト秒パルス / 超閾イオン化 / 広帯域波長変換 / XFROG

研究概要

平成17年度の研究に基づき(1)高繰り返し高出力チタンサファイアレーザーの広帯域波長変換によるサブTW光源の開発、(2)XUV領域における2光子超閾イオン化スペクトルの高分解能測定(3)周波数分解光ゲート法(FROG法)を用いたアト秒パルスの波形・位相同時測定(4)高次高調波を用いた固体光電子分光の研究において成果を上げた。
(1)では5kHz、サブテラワットチタンサファイアレーザーにおいて可変ミラーによる位相補償を行い、基本波で15fs、2倍波で7.5fsのパルスを得た。また可変ミラーのかわりに音響光学素子(ダズラー)を用いることにより、波形と位相をリアルタイムで測定し、位相補償の自動制御を可能にした。このことによりシステムを臨機応変に変えることができる。(2)ではHe中の2光子超閾イオン化スペクトルを飛行時間測定法(TOF)で測定し、その分解能を100meV以下に改善すると同時に測定感度を1ケタ以上高めた。このことにより(3)の周波数分解光ゲート法によるアト秒パルスの位相と波形の同時測定が可能となった。用いた光はチタンサファイアレーザーの18次高調波(30eV)であり、アト秒パルスの波形・位相同時測定は世界初である。このことは可視域のパルスと同じ基準で比較していることになり、可視域の2.8fsの記録を大幅に破ったことを意味する。(4)では狭帯域なNd:YVO_4レーザーの6倍波(7eV)を励起源とした世界最高の分解能(360μeV)をもつレーザー光電子分光器を用い、強相関物質であるV酸化物のフェルミレベル近傍の電子状態を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Heavy-Fermion-like in a Transition Metal Oxide LiV_2O_4 Single Crystal : Indication of Kondo Resonance in the Photoemission Spectrum (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Shimoyamada, S.Tsuda, K.Ishizaka, T.Kiss, R.Shimojima, T.Togashi, S.Watanabe, C.Q.Zhang, C.T.Chen, Y.Matsushita, H.Ueda, Y.Ueda, S.Shin
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett 96
• [雑誌論文] Bulk-and Surface-Sensitive High-Resolution Photoemission Study of Two Mott-Hubbard Systems : SrVO_3 and CaVO_3 (2006)
  • 著者名/発表者名: R.Eguchi, T.Kiss, S.Tsuda, T.Shimojima, T.Mizokami, T.Yokoya, A.Chainani, S.Shin, I.H.Inoue, T.Togashi, S.Watanabe, C.Q.Zhang, C.T.Chen, M.Arita, K.Shimada, H.Namatame, M.Taniguchi
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett 96
• [雑誌論文] Laser-excited ultrahigh-resolution photoemission spectroscopy of Na_xCoO_2・yH_2O : Evidence for pseudogap formation (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Shimojima, T.Yokoya, T.Kiss, A.Chainani, S.Shin, T.Togashi, S.Watanabe, C.Zhang, C.T.Chen, K.Takeda, T.Sasaki, H.Sakurai, E.Takayama-Muromachi
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 71
• [雑誌論文] Photoemission Spectroscopic Evidence of Gap Anisotropy in an f-Electron Superconductor (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Kiss, F.Kanetaka, T.Yokoya, T.Shimojima, K.Kanai, S.Shin, Y.Onuki, T.Togashi, C.Zhang, C.T.Chen, S.Watanabe
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett 94
• [雑誌論文] ultrahigh-resolution photoemission spectroscopy of superconductors using a VUV laser (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Kiss, T.Shimojima, F.Kanetaka, K.Kanai, T.Yokoya, S.Shin, Y.Onuki, T.Togashi, C.Q.Zhang, C.T.Chen, S.Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 144-147 ページ: 953-956
• [雑誌論文] Generation of high average power, 7.5-fs blue pulses at 5kHz by adaptive phase control (2005)
  • 著者名/発表者名: X.Zhou, T.Kanai, D.Yoshitomi, T.Sekikawa, S.Watanabe
  • 雑誌名: Appl.Phy.B 81 ページ: 13-17
• [雑誌論文] Laser-excited ultrahigh-resolution photoemission spectroscopy of Na_xCoO_2・yH_2O : Evidence for pseudogap formation (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Shimojima, T.Yokoya, T.Kiss, A.Chainani, S.Shin, T.Togashi, S.Wantanabe, C.Zhang, C.T.Chen, K.Takada, T.Sasaki, H.Sakurai, E.Takayama-Muromachi
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 71
• [雑誌論文] Generation of terawatt 10-fs blue pulses by compensation for pulse-front distortion in broadband frequency doubling (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Kanai, Z.Xu, T.Liu, A.Kosuge, T.Sekikawa, S.Watanabe
  • 雑誌名: Optics Letters 29・24 ページ: 2929-2931
• [雑誌論文] Nonlinear optics in the extreme ultraviolet (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Sekikawa, A.Kosuge, T.Kanai, S.Watanabe
  • 雑誌名: Nature 432・7017 ページ: 605-608
• [雑誌論文] Two-photon above-threshold-ionization cross sections of rare-gas atoms by XUV photons (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Nakajima, S.Watanabe
  • 雑誌名: Phys.Rev.A 70 ページ: 43412-43412
• [雑誌論文] Observation of Two-photon above-threshold ionization of rare gases by XUV harmonic photons (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Miyamoto, M.Kamei, D.Yoshitomi, T.Kanai, T.Sekikawa, T.Nakajima, S.Watanabe
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett 93・8
• [雑誌論文] Phase-matched enhancements of high-harmonic soft X rays by adaptive wave-front control with a genetic algorithm (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Yoshitomi, J.Nees, N.Miyamoto, T.Sekikawa, T.Kanai, G.Mourou, S.Watanabe
  • 雑誌名: Appl.Phys.B 78 ページ: 281-286
• [雑誌論文] Generation of VUV light below 160nm in KBBF crystal by the 5th harmonic of a single-mode Ti:sapphire laser (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Kanai, T.Kanda, T.Sekikawa, S.Watanabe
  • 雑誌名: J.Opt.Soc.Am.B. 21・2 ページ: 370-375
• [図書] レーザーハンドブック (2005)
  • 著者名/発表者名: 渡部俊太郎
  • 総ページ数: 1226
  • 出版者: レーザー学会
• [図書] "アト秒への道",強光子場科学の最前線1 (2005)
  • 著者名/発表者名: 渡部俊太郎
  • 総ページ数: 492
  • 出版者: 強光子場科学研究懇談会
• [文献書誌] T.Kanai, Z.Zhou, T.Sekikawa, S.Watanabe, T.Togashi: "Generation of sub-TW, sub-10 fs blue pulses at 1-5 kHz by broadband frequency doubling"Optics Letters. 28. 1484 (2003)
• [文献書誌] T.Shimizu, T.Sekikawa, T.Kanai, M.Itoh, S.Watanabe: "Time-Resolved Auger Decay in CsBr by Using High Harmonics"Physical Review Letters. 91. 17401 (2003)
• [文献書誌] T.Sekikawa, T, Kanai, S.Watanabe: "Frequency-Resolved optical gating of Femtosecond pulses in the extreme ultraviolet"Physical Review Letters. 91. 103902-1-103902-4 (2003)
• [文献書誌] T.Kanai, T.Kanda, T.Sekikawa, S.Watanabe: "Generation of VUV light below 160nm in KBBF crystal by the 5th harmonic of a single-mode Ti : sapphire laser"J.Opt.Soc.Am.B.. 21. 370-375 (2004)
• [文献書誌] D.Yoshitomi, J.Nees, N.Miyamoto, T.Sekikawa, T.Kanai.G Mourou, S.Watanabe: "Phase-matched enhancements of high-harmonic soft X rays by adaptive wave-front control with a genetic algorithm"Applied Physics B. 78. 281-286 (2004)
• [文献書誌] 渡部俊太郎: "私の発言"O plus E. 25. 620-623 (2003)
• [文献書誌] T.Togashi, T.Kanai, T.Sekikawa, S.Watanabe, C.Chen, C.Zhang, Z.XU, J.Wang: "Generation of Vacuum-ultraviolet light by an optically contacted, prism-coupled KBe_2BO_3F_2 crystal"Optics Letters. 28・4. 254-256 (2003)
• [文献書誌] T.Sekikawa, T.Katsura, S.Watanabe: "Measurement of High Harmonic Pulses"レーザー研究. 30・9. 503-507 (2002)
• [文献書誌] T.Sekikawa, T.Shimizu, S.Watanabe: "コヒーレント極限紫外光の物性研究への応用"光学. 32・3(掲載予定). (2003)
• [文献書誌] T.Sekikawa, T.Katsura, S.Miura, S.Watanabe: "Measurement of the intensity-dependent atomic dipole phase of a high-harmonic by frequency-resolved optical gating"Physical Review Letters. 88・19. 193902-1-193902-4 (2002)
• [文献書誌] T.Sekikawa, T.Yamazaki, Y.Nabekawa, S.Watanabe: "Femtosecond lattice relaxation induced by inner-shell excitation"J. Opt. Soc. Am. B. 19・8. 1941-1945 (2002)
• [文献書誌] D.Yoshitomi, T.Shimizu, T.Sekikawa, S.Watanabe: "Generation and focusing of sub-mW-average-power 50-nm pulses by the fifth harmonic of a KrF laser"Optics Letters. 27・24. 2170-2172 (2002)