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2021 年度 実績報告書

単一ショット軟 X 線アト秒分光計測の実現

研究課題

研究課題/領域番号 21H01850
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

高橋 栄治  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, チームリーダー (80360577)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード数サイクルレーザー / アト秒パルス
研究実績の概要

水の窓域を連続スペクトルでカバーし,且つナノジュール級の出力を持つ単一アト秒パルスを得る為に,キャリアエンベロープ位相 (CEP) が安定化された100ミリジュール級・数サイクル中赤外レーザーをDC-OPA法を用いて開発した.
希ガスとの非線形相互作用による自己位相変調効果を用いて 0.8 um 光の広帯域化を行い,その後,広帯域化された 0.8 um 光パルスの長波長と短波長成分による自己差周波発生 (DFG) により,パッシブにキャリアエンベロープ位相 (CEP) 安定化された広帯域中赤外シード光(1.2 - 2.2um) を得た.発生した広帯域中赤外シード光に対して音響光学素子 (AOPDF) により分散を付加しDC-OPA のシード光として使用した.付加する分散量については事前に数値シミュレーションにより最適値の予測を行い,そのパラメーターを AOPDF に入力している.広帯域な DC-OPA 増幅を実現する為,非線形結晶に BiBO Type-I を使用した,増幅ステージは 3 段により構成されており,BiBO 結晶の厚み及びポンプ強度は,増幅率及び帯域幅から最適な値を実験的に決定した.結果,1.2 um から 2.3 um 域の一オクターブに迫る広帯域な DC-OPA 増幅を実現することに成功した.また出力エネルギーとして 105 mJ が得られており,フーリエ限界パルス幅まで圧縮することで 10 テラワットを越すピークパワーを持つ数サイクルレーザーの実現に目処が立った.

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

当初計画した通り,数サイクルを実現する増幅帯域を DC-OPA により実現できている.また出力エネルギーも 100 mJ を超えており,計画に従った成果となっている.

今後の研究の推進方策

得られた増幅パルスのビーム特性や集光性能の評価行う.またパルス圧縮実験に取り組み数サイクル (< 10 fs)のパルス幅を実現する.パルス圧縮機としてフッ化カルシウムもしくはサファイヤのバルクをテストす予定である.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Apparatus for generation of nanojoule-class water-window high-order harmonics2021

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Kotaro、Fu Yuxi、Suda Akira、Midorikawa Katsumi、Takahashi Eiji J.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 92 ページ: 063001~063001

    • DOI

      10.1063/5.0045342

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characteristics of nonlinear terahertz-wave radiation generated by mid-infrared femtosecond pulse laser excitation2021

    • 著者名/発表者名
      Shibuya Kyuki、Nawata Kouji、Nakajima Yoshiaki、Fu Yuxi、Takahashi Eiji J.、Midorikawa Katsumi、Yasui Takeshi、Minamide Hiroaki
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 ページ: 092004~092004

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac1a48

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Custom-Tailored Multi-TW Optical Electric Field for Gigawatt Soft-X-Ray Isolated Attosecond Pulses2021

    • 著者名/発表者名
      Xue Bing、Tamaru Yuuki、Fu Yuxi、Yuan Hua、Lan Pengfei、M?cke Oliver D.、Suda Akira、Midorikawa Katsumi、Takahashi Eiji J.
    • 雑誌名

      Ultrafast Science

      巻: 2021 ページ: 1-13

    • DOI

      10.34133/2021/9828026

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 高出力軟 X 線アト秒高高調波光源の現状と展開2021

    • 著者名/発表者名
      高橋栄治
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 1.1-GW 213-as soft-x ray isolated attosecond pulse created by a fully stabilized 50-mJ three-channel optical waveform synthesizer2021

    • 著者名/発表者名
      Bing Xue, Kastumi Midorikawa, and Eiji J. Takahashi
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
    • 国際学会
  • [学会発表] 52 mJ CEP-stable sub-2-cycle 1.7 μm laser based on DC-OPA2021

    • 著者名/発表者名
      Lu Xu, Katsumi Midorikawa, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, and Eiji J. Takahashi
    • 学会等名
      IEEE Photonics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] コヒーレント軟X線円偏光高次高調波光源の開発2021

    • 著者名/発表者名
      西村 光太郎,Xue Bing, 須田 亮, 緑川 克美, 高橋 栄治
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 高強度アト秒パルス発生用光シンセサイザーの開発2021

    • 著者名/発表者名
      高橋栄治
    • 学会等名
      第41回レーザー学会学術講演会
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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