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2013 年度 実施状況報告書

高強度赤外線による軟X線アト秒パルス光発生とその計測

研究課題

研究課題/領域番号 25790063
研究種目

若手研究(B)

研究機関東京大学

研究代表者

石井 順久  東京大学, 物性研究所, 助教 (40586898)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード赤外光パラメトリックチャープパルス増幅器 / 高次高調波 / アト秒 / 軟X線
研究概要

1.水の窓電場波形依存高次高調波と光量増大ならびに圧力依存性の検証結果
去年まで開発していた赤外OPCPAレーザーをオペレーションして、高次高調波発生用真空システムを用いて水の窓電場波形依存高次高調波発生実験を行った。この成果は世界で始めて達成され、その結果がNature Communications誌に発表された。この実験ではX線分光器後の水の窓電場波形依存高次高調波の光量を定量的に測定した。この実験は赤外OPCPA光源と高次高調波発生真空系設置改良によってなされた。高圧ガスセルの製作を検討している。高調波発生ガスセルは2気圧程度まで背圧をあげられ、この範囲内で水の窓高次高調波の光量と圧力の依存性を測定した。現在までに高圧ガスによって高調波発生を行うことによってフラックスの向上を確認しており、更なる圧力を加えられるよう、高調波発生の実験系を改良中である。ターボポンプの置き換え、新たな低流量の高圧ガスセルと専用高調波発生チャンバーとルーツポンプまたはドライポンプ等を組み合わせることによって更なる背圧をかけられるように設計する予定である。
2.軟X線ビームライン設置
これまでの実験は大型の商用製品であるX線分光器を用いて水の窓領域高次高調波を測定した。アト秒パルスを測定するためには光電子分光を用いるために、光電子分光器と既存のX線分光器の両立をするためにチャンバーの構築を進めているところである。発生した軟X線
をモニターするために小型軟X線分光器を製作し、光電子分光チャンバー内に納める準備が整っている。また軟X線を反射させ赤外線とのクロスコリレーションをとるためのビームラインをチャンバー内にセットアップした。また他の光学素子ならびに遅延時間をつける真空対応ステージ等を用意している。

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

昨年度の研究目標の1番目である、赤外OPCPAレーザーによる赤外電場波形依存水の窓高次高調波発生については、開発された赤外OPCPAレーザーは非常に安定度が高く、高次高調波発生実験は非常に効率よく行われており、安定した圧力依存性の検証を行えている。水の窓電場波形依存高次高調波発生実験によって、その結果がNature Communications誌に発表された。高圧ガスセルの製作は完成しており、すぐに、光量の更なる増大を検証できると思われる。また高調波発生の実験系の改良においても、手配中の物品等中である。ターボポンプの置き換え、新たな低流量の高圧ガスセルと専用高調波発生チャンバーとルーツポンプまたはドライポンプ等を組み合わせることによって更なる背圧をかけられるように、早々に実験に着手できる。
また昨年度の研究目標の2番目である、軟X線ビームライン設置についてはおおむね当初の計画通り建設が進んでいる。これまでの実験系を改良しつつあり、アト秒パルスを測定するためには光電子分光を用いるために、光電子分光器と既存のX線分光器の両立をするためにチャンバーの基本的設計は終了し、構築を進めているからである。
まとめると昨年度達成された2つの目標をほぼ達成し、今年度に計画されている光ストリークチャンバーによるアト秒パルス計測と光電子分光測定が可能となり、当初の実験計画をスムーズに進めていくことができると考えている。

今後の研究の推進方策

平成26年度の研究実施計画は光ストリークチャンバーによるアト秒パルス計測と光電子分光測定を行う予定である。
今年度の研究目標の1番目として、アト秒パルス計測を行う。
ガスを導入しガスに軟X線と赤外線をあて出てきた光電子のエネルギーを測定するためにTime of Flight型光電子分光装置(TOF)を備える。光ストリークは赤外光と軟X線との希ガス内におけるクロスコリレーションによって行う。従来のクロスコリレーションはレーザー強度に依存するものであるが、アト秒ストリークは赤外電場のベクトルポテンシャルに敏感な測定手法である。軟X線を照射し出てきた電子がそのときの赤外電場の持つベクトルポテンャル分エネルギーシフトを受け、軟X線と赤外電場の時間差に依存する光電子スペクトルが変化する。中赤外光と軟X線の相対時間をスキャンすることによって得られるスペクトルグラムを解析することによってアト秒パルスの郡遅延が再構築でき、アト秒パルス計測が可能になる。
2番目として、上記のアト秒パルス計測が達成できた後には、同じセットアップを用いて、アト秒と赤外電場によるポンプ・プローブ法を用いたアト秒時間分解分光を行う予定である。電場周期が長い赤外光を用いると、長時間光ストリークが行える。これにより例えばキセノンをターゲットとした高次高調波発生における発生した軟X線を長時間ストリークすることにより、希ガスの外郭と内殻電子の相関測定を時間分解分光を行える。希ガスによって発生する、軟X線によって生じたオージェ電子の緩和等の測定に応用することが出来る。これは電気掃引オシロスコープと同様に光で1ショットによって、赤外の周期の間電子が掃引出来ることになる。アト秒パルス計測が終わったのに時間の許す限りアト秒分光を進めていきたい。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Wavefront analysis of high-efficiency, large-scale, thin transmission gratings2014

    • 著者名/発表者名
      Chun Zhou, Takashi Seki, Tsuyoshi Kitamura, Yoshiyuki Kuramoto, Takashi Sukegawa, Nobuhisa Ishii, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Yohei Kobayashi, and Shuntaro Watanabe
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 22 ページ: 5995 - 6008

    • DOI

      10.1364/OE.22.005995

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Carrier-envelope phase-dependent high harmonic generation in the water window using few-cycle infrared pulses2014

    • 著者名/発表者名
      Nobuhisa Ishii, Keisuke Kaneshima, Kenta Kitano, Teruto Kanai, Shuntaro Watanabe, and Jiro Itatani
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 5 ページ: 3331

    • DOI

      10.1038/ncomms4331

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Orientation of jet-cooled polar molecules with an intense single-cycle THz pulse2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kitano, N. Ishii, N. Kanda, Y. Matsumoto, T. Kanai, .M. Kuwata-Gonokami, and Jiro Itatani
    • 雑誌名

      Physica Review A

      巻: 88 ページ: 061405(R)

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.88.061405

    • 査読あり
  • [学会発表] 高強度2サイクル赤外ドライバーによる電場波形依存水の窓高次高調波発生2014

    • 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
      レーザー学会学術講演会第34回年次大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場(福岡県北九州市)
    • 年月日
      20140120-20140122
  • [学会発表] Generation of isolated attosecond continua in the water window using a CEP-locked, few-cycle IR pulses from a BiB3O6 OPCPA system2013

    • 著者名/発表者名
      N. Ishii, K. Kaneshima, K. Kitano, T. Kanai, S. Watanabe, and J. Itatani
    • 学会等名
      4th International Conference on Attosecond Physics
    • 発表場所
      フランス、パリ
    • 年月日
      20130708-20130712
  • [学会発表] Carrier-Envelope Phase-Dependent High-Harmonic Generation in the Water Window Using a Few-Cycle Infrared Light Source2013

    • 著者名/発表者名
      N. Ishii, K. Kaneshima, K. Kitano, T. Kanai, S. Watanabe, and J. Itatani
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics Europe
    • 発表場所
      ドイツ、ミュンヘン
    • 年月日
      20130512-20130516
  • [備考] 板谷研究室が共同で「水の窓」領域のコヒーレント軟X線パルス発生に成功

    • URL

      http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/issp_wms/DATA/OPTION/release20140221.pdf

  • [備考] 第8回大阪大学近藤賞を受賞

    • URL

      http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/cgi-bin/n1004_detail.cgi?c=information_table::360

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公開日: 2015-05-28  

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