準オクターブレーザーとプラズマの相互作用（プラズマブラッググレーティングの応用）

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25247096
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 宮永 憲明 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (80135756)
• 研究分担者: 村上 匡且 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (80192772)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 広帯域レーザー / 光パラメトリック増幅 / 4f光学系 / パルスコントラスト / イオン加速 / 球クラスター / ナノチューブ

研究実績の概要

広帯域レーザーは、励起用高出力レーザーと光パラメトリック増幅器（OPA）から構成される。励起レーザーは、Ybファイバーモード同期発振器（中心波長1053nm、パルス幅110fs）、LD励起Yb:CaF2再生増幅器（5Hz）、LD励起多重パスジグザグスラブNd:HAP-4ガラス増幅器から構成した。パルス幅2.5nsのチャープパルス増幅（CPA）を行い、これを大型回折格子対で圧縮してパルス幅<1ps、エネルギー1J級の出力を得た。
OPA過程には光パラメトリック蛍光の増幅（AOPF）が存在し、主パルスに対してペデスタルとなる。4f光学系（回折格子対とアフォーカルレンズ対を4f構成で配置）を利用した２種類のAOPF低減手法を開発した。OPAの後に波長フィルターとして4f光学系を設置する方法と4f光学系のフーリエ面でOPAする方法である。前者では、Nd:YAGの２倍高調波励起（パルス幅約4ns）に対して、信号光（1053nm、約2.5ns）と同軸にNd:YAG の基本波（1064nm）を入射し、AOPFを1064nm光の増幅でクエンチさせたところ、約6倍のパルスコントラスト改善が得られた。後者では、OPAは遠視野で作用し、AOPFは近視野で発生することを利用し、4f光学系の出射側における空間周波数フィルタリングによって、52倍のパルスコントラストを得た。光学配置の最適化によってさらに200倍程度のコントラスト改善が見込める。
超高強度レーザーによるプロトン加速実験において、ナノチューブ構造がある場合、最大10MeVまで広範囲にわたる加速が観測された。これは、ナノチューブによって静電場が増強されたためと考えられ、ナノチューブ開口端の正電荷によるクーロン反発効果に加えて、真空に飛び出た電子雲による電場加速（TNSA効果）も協働しているものと推察される。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] APRI, GIST/CoReLS, Institute for Basic Science(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: APRI, GIST/CoReLS, Institute for Basic Science
• [雑誌論文] On Intense Proton Beam Generation and Transport in Hollow Cones (2017)
  • 著者名/発表者名: J. J. Honrubia, A. Morace, M. Murakami
  • 雑誌名: Matter and Radiation at Extremes 巻: 2 ページ: 28-36
  • DOI: 10.1016/j.mre.2016.11.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial asymmetry of optical parametric fluorescence with a divergent pump beam and potential applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Z. Li, K. Tsubakimoto, H. Yoshida, T. Uesu, K. Tsuji, N. Miyanaga
  • 雑誌名: Opt. Exp. 巻: 25 ページ: 7465-7474
  • DOI: 10.1364/OE.25.007465
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Boosting laser-ion acceleration with multi-picosecond pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yogo, K. Mima, N. Iwata, S. Tosaki, A. Morace, Y. Arikawa, S. Fujioka, T. Johzaki, Y. Sentoku, H. Nishimura, A. Sagisaka, K. Matsuo, N. Kamitsukasa, S. Kojima, H. Nagatomo, M. Nakai, H. Shiraga, M. Murakami, S. Tokita, J. Kawanaka, N. Miyanaga, et al.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 42451(1-10)
  • DOI: 10.1038/srep42451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Colisionless Electrostatic Shock Formation and Ion Acceleration in Intense Laser Interactions with Near Critical Density Plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Liu, S-M. Weng, Y.T. Li, D.W. Yuan, M. Chen, P. Mulser, Z.M. Sheng, M. Murakami, L.L. Yu, X.I. Zheng, and J. Zhang
  • 雑誌名: Phys. Plasmas 巻: 23 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1063/1.4967946
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dense Blocks of Energetic Ions Driven by Multi-Petawatt Lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: S-M. Weng, M. Liu, Z.M. Sheng, M. Murakami, M. Chen, I.L. Yu, and J. Zhang
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 22150(1-5)
  • DOI: 10.1038/srep22150
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-energy-density electron beam from interaction of two successive laser pulses with subcritical-density plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: J.W. Wang, W. Yu, M.Y. Yu, H. Xu, J.J. Ju, S.X. Luan, M. Murakami, M. Zepf, and S. Rykovanov
  • 雑誌名: Phys. Rev. Accel. Beams 巻: 19 ページ: 021301 (1-9)
  • DOI: 10.1103/PhysRevAccelBeams.19.021301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Anomalous Electron Heating and Ion Acceleration with High-Contrast Laser Pulses on LFEX (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami, K. Mima, A. Yogo, et al.
  • 学会等名: 37th International Workshop on High Energy Density Physics with Intense Ion and Laser Beams
  • 発表場所: Hirschegg, Austria
  • 年月日: 2017-01-29 – 2017-02-03
  • 国際学会
• [学会発表] Generation of continuously tunable conical second harmonic wave in a uniaxial nonlinear crystal (2017)
  • 著者名/発表者名: Z. Li and N. Miyanaga
  • 学会等名: レーサー学会学術講演会第37回年次大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンハス
  • 年月日: 2017-01-07 – 2017-01-09
• [学会発表] Efficient Neutron Generation by Coulomb Explosions of Multi-component Targets (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami and M.A.Zosa
  • 学会等名: 59th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 2016-10-31 – 2016-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] High Energy Density Physics Research at ILE, Osaka (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami, H. Azechi, S. Fujioka et al.
  • 学会等名: 28th Summer School and International Symposium on the Physics of Ionized Gases
  • 発表場所: Belgrade, Serbia
  • 年月日: 2016-08-29 – 2016-09-02
  • 国際学会
• [備考] Miyanaga Nakata Lab.
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/research/lcc/index.html
• [備考] Theory for Laser Plasma (村上研究室)
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/research/csn/index.html