| 研究課題/領域番号 |
19H05628
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分D
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
緑川 克美 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, センター長 (40166070)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
198,120千円 (直接経費: 152,400千円、間接経費: 45,720千円)
2023年度: 34,840千円 (直接経費: 26,800千円、間接経費: 8,040千円)
2022年度: 39,780千円 (直接経費: 30,600千円、間接経費: 9,180千円)
2021年度: 39,780千円 (直接経費: 30,600千円、間接経費: 9,180千円)
2020年度: 45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円)
2019年度: 38,090千円 (直接経費: 29,300千円、間接経費: 8,790千円)
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| キーワード | 量子エレクトロニクス / アト秒科学 / レーザー工学 / 超高速光化学 / 非線形光学 / 超高速光科学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
物質中の電子の動きを捉えることができるアト秒パルスレーザーは、物理学、化学、生物・医科学等の基礎科学分野のみならず、超高速電子デバイス等ならびに高性能触媒や人工光合成等の化学・材料等の産業分野においても必須のツールとなるとものと期待されているが、未だに利用できる波長域は、光子エネルギーにして100eV以下の極端紫外（XUV）領域に制限されており、今、その波長域の拡大が切望されている。本課題では、独自に開発した高エネルギー中赤外レーザー光源とルーズフォーカス法を用いることにより、その波長域をサブkeV領域にまで拡張するともに偏光制御を含めた新たな利用法を開拓し、アト秒科学の新たな展開を図る。
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| 研究実績の概要 |
2021年度までに中心波長800 nmのフェムト秒チタンサファイア（Ti:S）レーザーを励起光としたDC-OPAを用いて1.3から2.0μm帯においてパルス幅 70fsで100mJ級のエネルギーを得ている。2022年度は、シード光およびDC-OPAに改良を加え、この光源のパルス幅をサブ２サイクルにまで圧縮することに成功し，10.4fs，10TWを達成した。さらに、これを用いて高孤立アト秒パルスの発生を行い、観測されたスペクトル形状の変化からCEP依存性を測定した結果、ハーフサイクルカットオフと呼ばれる孤立アト秒パルスに特徴的なスペクトル構造が観測された。これは100mJ級のサブ2サイクル光で発生した高次高調波のハーフサイクルカットオフ（孤立アト秒パルス）の初めての実証である。これらの成果は、従来の孤立アト秒パルスのエネルギーを2から3桁増大させるものであり、アト秒非線形光学やナノイメージング等への応用が期待される。
また、並行してアト秒高調波による軟Ｘ線過渡吸収分光計測のためのビームラインの整備を行い、液体の薄膜ジェットターゲットを開発した。この液体薄膜ジェットは、2本のノズルから噴出された溶液をある角度で交差させる事によりシート状の液流を形成することができる。ノズルの径および交差角度を調整することにより、薄膜の厚さは制御可能である。薄膜の厚さは光学干渉法で計測し、最も薄い領域で約2μmであった。液体ジェットの排気では、気体に比べてターボ分子ポンプへの負荷が大きくなるため、このポンプには新たにチラーを導入し水冷方式とし、大気中での予備実験をもとに真空容器内で動作可能な機構を設計製作した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
DC-OPAを用いてパルス幅をサブ２サイクルにまで圧縮することに成功し，10.4fs，10TWを達成した。さらに、これを用いて高次高調波発生を行い、そのCEP依存性の測定から十分なCEP安定性（約200mrad）と孤立アト秒パルスの発生を実証した。これと並行してアト秒高調波による軟Ｘ線過渡吸収分光計測のためのビームラインの整備を行い、液体の薄膜ジェットターゲットを開発した。ターゲットと光源の製作がほぼ計画どおり進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
高調波のカットオフエネルギーの更なる拡張を目指して、励起波長を2μm帯まで長波長化する。これによって、500eV程度までのカットオフエネルギーの拡張が期待される。これと液体の薄膜ジェットターゲットを組み合わせることにより、キラル分子やアミノ酸等の多原子分子の水の窓領域でのアト秒分光に挑戦する。
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| 評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる
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