新型高性能軟X線レーザーの物理と開発実用化の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14GS0206
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 黒田 寛人 東京大学, 物性研究所, 助教授 (30126049)
• 研究分担者: 尾崎 恒之 カナダ国立科学研究所(INRS), 助教授 ; 馬場 基芳 東京大学, 物性研究所, 助手 (60159077)
• キーワード: 軟X線 / 縦励起 / 過渡的衝突型 / 短パルスレーザープラズマ / Ni-Mo

研究概要

本研究では、回折限界に近い軟X線レーザーの発生及びそれを用いた応用研究の展開を第一の目標としている。当研究グループでは上記の目標を達成するため、衝突励起型軟X線レーザーに縦励起方式を適用し、すでに回折限界に近い軟X線レーザー(波長18.9nm、ニッケル様モリブデン)の実証に成功している。そこで昨年度より高空間コヒーレンス軟X線レーザーが発生するメカニズム及び条件の解明を主な目標として、軟X線レーザーの生成の諸パラメーターの制御の研究を進めている。
以上の目標を速やかに達成するためには、繰り返しが数Hz以上の励起光源が不可欠である。そこで当研究室が所有する10mJ、100fsチタンサファイヤレーザーシステムに増幅部を追加し、縦励起軟X線レーザー実験に十分な300mJ出力を10Hz繰り返しで発生させることに昨年度成功した。また、本軟X線レーザー方式では励起光のペデスタルが重要な役割を担っていると予測されるため、これを測定できる三次相関計を自作し、性能評価を行った。また後述するシミュレーション結果をふまえ、分光器装置、特にターゲット保持・駆動部の改良設計及び製作を行い、3次の相関の計測を進めた。その結果、TiSでは従釆予想されたよりもピークパルスとのコントラスト比が、かなり低く、大幅な改善が必要な事がわかった。
そのためパルスコントラスト比の大幅な改善(>10^7)、10ps〜1ns以内におけるサブパルスの制御、パルスの位相制御が可能な、高性能新型設計の30fs、20TW級TiSレーザーシステムの設計と製作を行い、ほぼ完了した。これらの精密レーザーパラメーターの測定と制御の研究を開始した。
100fs級の実験も進展し、以上位相整合条件における3/2ωの生成等、従来測定が報告されていないあたらしい物理の測定が行われた。
次年度に引き続き20TW級でのレーザーの高性能化とそれによるコヒーレント軟X線レーザー光の生成と制御実験を目標とする。

研究成果

• [文献書誌] R.A.Ganeev, M.Suzuki, M.Baba, M.Turu, H.Kuroda: "Generation of backscattered 2ωand 3ω/2 harmonics of femtosecond radiation from the targets with different atomic number."Applied Physics B. 78. 79-85 (2004)
• [文献書誌] R.A.Ganeev, M.Baba, M.Morita, A.I.Ryasnyansky, M.Suzuki, M.Turu, H.Kuroda: "Fifth-order optical nonlinearity of PIC dye solution at 529nm"Journal of Optics A. 6. 282-287 (2004)
• [文献書誌] R.A.Ganeev, M.Baba, A.I.Ryasnyansky, M.Suzuki, M.Turu, H.Kuroda: "Two-and three-photon absorption in CS_2"Optics Communications. 231. 431-436 (2004)
• [文献書誌] R.A.Ganeev, T.Kanai, A.Ishizawa, T.Ozaki, H.Kuroda: "Development and applications of a compact hybrid tabletop terawatt chirped-pulse amplification Ti : sapphire - Nd : glass laser for x-ray lasing and harmonic generation"Applied Optics. 43. 1396-1403 (2004)
• [文献書誌] R.A.Ganeev, M.Baba, A.I.Ryasnyansky, M.Suzuki, M.Turu, H.Kuroda: "Nonlinear refraction in CS_2"Applied Physics B. 78. 433-448 (2004)
• [文献書誌] H.Kuroda, R.A.Ganeev, T.Ozaki, A.Ishizawa, M.Baba, Hao Teng, M.Suzuki: "Observation of advanced 18.9nm soft X-ray laser and harmonics and subharmonics mixing in femtosecond radiation pumped plasmas"30^<th> European Physical Society Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, St Petersburg, Russia, Proceedings. ECA27A. O-1-2c (2003)
• [文献書誌] R.A.Ganeev, M.Suzuki, M.Baba, M.Turu, H.Kuroda: ""Generation of backscattered 2w and 3w/2 harmonics of femtosecond radiation from the targets with different atomic number" Technical Summary Digest"Photonics West 2004, San Jose, USA. 243-244 (2004)