高出力真空紫外・極端紫外高調波光源の開発とレーザー光電子分光の確立

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24246022
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 渡部 俊太郎 東京理科大学, 総合研究機構, 教授 (50143540)
• 研究分担者: 渡邊 昌良 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (00175697) ; 張 贇 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (00508830) ; 岡田 佳子 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (50231212)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2015-03-31
• キーワード: 高次高調波 / 超短パルス / 高出力レーザー / ＫＢＢＦ / 波長変換 / 光電子分光 / 軟Ｘ旋分光 / 外部共振器

研究概要

プリズムカップルKBBF素子ではKBBFの研磨精度（平行度・粗さ）の向上により、界面における損失を低減した。この素子は東京大学物性研究所（物性研）の光電子分光用光源に供し、8eVでは1μWの出力を得た。また7eV光源を用いた超高分解能光電子分光により、超伝導体などの物性研究に貢献した。TW級レーザーの開発においては、キヤノンと共同で世界最大の高効率透過グレーティングを開発した。回折効率は95％以上で、実際の装置のパルス圧縮器のスループットは80％に達した。これは日本の主な研究所で使われ始めている。
広帯域波長変換法により2倍波を発生し、400nmにおいて16フェムト秒で1.6Ｗ（1kHz）の出力を得た。またKBBFを用いた二重広帯域波長変換法により200nm（6.2 eV）において50フェムト秒で30mWの出力を得た。
ピコ秒モード同期チタンサファイアレーザーの2段外部共振器により4倍波を発生した。2段目では、中国科学院で開発されたブリュースター角で入射するプリズムカップルKBBF素子を用いて、199nmにおいて32mW（繰り返し82MHz）の出力を得た（関係論文印刷中）。高次高波長の発生においてはパルスガスジェットの最適化を行い、また差動排気システムを構築した。また斜入射分光器の調整とMCPの画像処理装置により軟X線領域までの高調波の観測が可能となった。
また物性研との共同研究において2サイクルの超短パルスを1.6μm帯で発生し、水の窓領域（2.3～4.4nm）において高次高調波のキャリアーエンベロップ効果を観測した。

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

研究計画では（1）KBBF素子の改良、（2）TW級レーザーを用いた広帯域波長変換（BFD）による2倍波の発生と二重BFDによる4倍波（6.2eV）の発生、（3）ピコ秒モード同期チタンサファイアレーザーの2段階外部キャビティーによる4倍波発生、（4）高次高調波の発生装置と軟X線分光器の整備を目標としたが、いずれも目標を達成した。
予想以上であったのが、東京大学物性研究所との共同研究であり、こちらから提供したKBBF素子を用いた光源を用いて、数々の物性研究上の成果があがった。

今後の研究の推進方策

基本的には当初の計画通りに進める。KBBFは今後も改良を続ける。TW級レーザーではBBOを4倍波用結晶として用い、KBBFに比べて長波長（220nm）となるが、20フェムト秒で200mW（繰り返し1kHz）の出力を目指す。ピコ秒チタンサファイアレーザーでは5倍波（160nm）の発生の準備を行う。また高調波では、多波長光源による高出力高調波の実験を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Generation of soft x-ray and water window harmonics using a few-cycle, phase-locked, optical parametric chirped-pulse amplifier (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Ishii, S. Adachi, Y. Nomura, A. Kosuge, Y. Kobayashi, T. Kanai, J. Itatani, and S. Watanabe
  • 雑誌名: OPTICS LETTERS 巻: 37 ページ: 97-99
  • DOI: 10.1364/OL.37.000097
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of ultrashort 25-μJ pulses at 200 nm by dual broadband frequency doubling with a thin KBe2BO3F2 crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: Chun Zhou, Teruto Kanai, Xiaoyang Wang, Yong Zhu, Chuangtian Chen, and Shuntaro Watanabe
  • 雑誌名: OPTICS EXPRESS 巻: 20 ページ: 13684-13691
  • DOI: 10.1364/OE.20.013684
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasiparticles and Fermi liquid behaviour in an organic metal (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kiss, A. Chainani, H. M. Yamamoto, T. Miyazaki, T. Akimoto, T. Shimojima, K. Ishizaka, S. War anabe, C-T. Chena, R. Kato, A. Fukay, and S. Shin
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 3 ページ: 1089-1094
  • DOI: 10.1038/ncomms2079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Octet-Line Node Structure of Superconducting Order Parameter in (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Okazaki, Y. Ota, Y. Kotani, W. Malaeb, Y. Ishida, T. Shimojima, T. Kiss, S. Watanabe, C-T. Chen, T. Saito, H. Fukazawa, Y. Kohori,, H. Miyahara, R. Arita, A. Chainani, and S.Shin
  • 雑誌名: SCIENCE 巻: 337 ページ: 1314-1317
  • DOI: 10.1126/science.1222793
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abrupt change in the energy gap of superconducting Ba(1-x)K(x)Fe2As2 single crystals with hole doping (2012)
  • 著者名/発表者名: W. Malaeb, T. Shimojima, Y. Ishida, K. Okazaki, Y. Ota, K. Ohgushi, K. Kihou, T. Saito, C. H. Lee, S. Ishida, C-T. Chen, S. Watanabe, H. Ikeda, and S. Shin
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 86 ページ: 165117-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.165117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub-two-cycle, carrier-envelope phase-stable, intense optical pulses at 1.6μm from a BiB₃O₆ optical parametric chirped-pulse amplifier (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Ishii, K. Kaneshima, K. Kitano, T. Kanai, S. Watanabe, and J. Itatani
  • 雑誌名: OPTICS LETTERS 巻: 37 ページ: 4182-4184
  • DOI: 10.1364/OL.37.004182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for a cos(4fai) modulation of the superconducting energy gap of optimally doped FeTe0.6Se0.4 single crystals using laser angle-resolved photoemission spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Okazaki, Y. Ito,Y. Ota, Y. Kotani. T. Shimojima, T. Kiss, S. Watanabe, C-T. Chen, S. Nitaka, T. Hanaguri, H. Takagi, A. Chainani. and S. Shin
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 巻: 109 ページ: 237011-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.237011
  • 査読あり
• [雑誌論文] コヒーレントな狭帯域準連続真空紫外光源の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野村雄高、チェン チュアンティアン、渡部俊太郎、小林洋平
  • 雑誌名: 化学工業 巻: 63 ページ: 612-617
  • 査読あり
• [学会発表] 赤外パルスを用いた水の窓コンティニューム発生と背圧依存 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井順久、金島圭佑、北野健太、松本由幸、金井輝人、渡部俊太郎、板谷治郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 20130327-20130330
• [学会発表] KBBF-PCDを用いた外部共振器型SHGによる準連続VUV光発生システムの出力安定性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山口大智、金井輝人、兵頭政春、Xiaoyang Wang、Yong Zhu、Chuangtian Chen、渡部俊太郎、張贇、岡田佳子、渡辺昌良、星遼太
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 20130327-20130330
• [学会発表] 近藤猛、中島祐貴、金井洋貴、谷口晴香、Walid Malaeb、石田行章、Chuangtian Chen、渡部俊太郎、前野悦輝、辛埴 (2013)
  • 著者名/発表者名: 近藤猛、中島祐貴、金井洋貴、谷口晴香、Walid Malaeb、石田行章、Chuangtian Chen、渡部俊太郎、前野悦輝、辛埴
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] Sub-two-cycle, CEP-stabilized, millijoule-class IR optical pulses from a BiB3O6-based OPCPA using Ti:sappire lasers (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Ishii, K. Kaneshima, K. Kitano, T. Kanai, S. Watanabe, and J. Itatani
  • 学会等名: Ultrafast Optics 2013
  • 発表場所: Davos Congress Centre, Davos, Switzerland
  • 年月日: 20130304-20130308
• [学会発表] Carrier-envelope phase-dependent high harmonic generation in the water window by use of waveform-controlled infrared pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Ishii, K. Kaneshima, K. Kitano, T. Kanai, S. Watanabe, and J. Itatani
  • 学会等名: Ultrafast Optics 2013
  • 発表場所: Davos Congress Centre, Davos, Switzerland
  • 年月日: 20130304-20130308
• [学会発表] 大型高効率透過型回折格子を用いた高出力Ybファイバーレーザー (2012)
  • 著者名/発表者名: 平山望、小澤陽、関敬司、助川隆、蔵本福之、渡部俊太郎、小林洋平
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
  • 年月日: 20120911-20120914
• [学会発表] 1kHzテラワット級チタンサファイアレーザー用大型高効率透過型グレーティング（II）－1740本/mm (2012)
  • 著者名/発表者名: 周春、関敬司、北村強、助川隆、石井順久、金井輝人、板谷治郎、小林洋平、渡部俊太郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
  • 年月日: 20120911-20120914
• [学会発表] 高強度sub-10-fs赤外OPCPA励起用チタンサファイア増幅システム (2012)
  • 著者名/発表者名: 金井輝人、金島圭祐、石井順久、松本由幸、北野健太、渡部俊太郎、板谷治郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
  • 年月日: 20120911-20120914
• [学会発表] 多波長サブTW光源（II）深紫外光源 (2012)
  • 著者名/発表者名: 周春、金井輝人、王暁洋、Yong Zhu、陳創天、渡部俊太郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
  • 年月日: 20120911-20120914
• [学会発表] 2サイクル赤外パルスによるCEP依存水の窓高次高調波発生 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石井順久、金島圭祐、北野健太、松本由幸、金井輝人、渡部俊太郎、板谷治郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
  • 年月日: 20120911-20120914
  • 招待講演
• [学会発表] Compact Multi-Wavelength Laser Source for Harmonic Generation (2012)
  • 著者名/発表者名: Chun Zhou, Teruto Kanai, Xiaoyang Wang, Yong Zhu, Chuangtian Chen, and Shuntaro Watanabe
  • 学会等名: 5th Asian Workshop on Generation and Applications of Coherent XUV and X-ray Radiation
  • 発表場所: University of Tokyo(Kashiwa)
  • 年月日: 20120627-20120629
  • 招待講演
• [備考] 渡部 俊太郎
  • URL: http://www.tus.ac.jp/ridai/doc/ji/RIJIA01Detail.php?act=nam&kin=ken&diu=63d9