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2016 年度 実績報告書

アト秒量子波束ダイナミックスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 26247068
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

鍋川 康夫  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 専任研究員 (90344051)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
キーワードアト秒科学 / 量子波束 / 非線形光学 / 極端紫外 / ポンプ・プローブ
研究実績の概要

本年度は、XUV用の光学素子(シリコンビームスプリッター(SiBS)、SiC凹面鏡)の劣化によるアト秒パルス列(APT)ビームラインの性能低下の改善を行った。その後、水素分子をターゲットとし、速度マップ画像(VMI)型イオン分光器で、APT照射によって解離した水素イオンの運動量スペクトルを観測し、その結果これまで観測できなかったスペクトル成分を複数観測することができた。この内、APTの偏光に平行なスペクトル成分はAPTに含まれる9次高調波及び11次高調波により励起された第1励起状態からの解離であった。また、垂直なスペクトル成分は9次高調波、11次高調波、及び13次高調波によって励起された第2励起状態からの解離であることが判明した。これらはSiC凹面鏡交換によるAPTビームの高強度化の結果である。2つ解離経路は基底状態の振動波束の動きによって変化することが予想された。しかも、振動波束が内側の転回点にあるときは第1励起状態への遷移振幅が大きく、外側の転回点にあるときは第2励起状態への遷移し易い。従って、2つAPTビームの遅延を制御することで振動波束の動きを追跡し、解離経路の制御が可能となる。実験では、2つAPTビームの遅延を走査しながら水素イオンのVMIを記録し、APTの偏光に平行なスペクトル成分と垂直な成分それぞれについて遅延と開放運動エネルギー(KER)に対する2次元スペクトログラムを得た。半回帰時刻付近での2つのスペクトル成分の振動の様子を比較すると位相が反転しており、約8fsという超高速の時間スケールで2つの解離経路のスイッチングが行われている事が分かった。これは、最も簡単な構造の分子の最も高速な振動波束制御である。この研究内容を報告した論文はNature Communications 誌に掲載され、研究者の所属する理化学研究所よりプレスリリースされた。

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

平成28年度の研究実施計画通り、アト秒パルス列(APT)のビームラインの性能低下の改善を行なう事ができた。この改善のおかげで、水素分子の実験において予想していなかった新たな発見があり、分子に於ける複数の電子状態の制御(解離経路の制御)を極端紫外域のAPTによって初めて行なう事ができた。これは当初の計画以上の研究の進展である。この研究に時間を取られてたため、研究実施計画に記したシリコンビームスプリッターの調整機構の導入は年度末となり、その有用性の実証は次年度以降に繰越となった。また制御用のビームライン導入も未達成である。しかしながら、極端紫外域のAPTによる超高速解離経路の制御はこれらの遅延を補って余りある成果であり、研究全体としては概ね順調に推移していると評価する。

今後の研究の推進方策

本年度実施できなかったシリコンビームスプリッターの調整機構の検証を行った上、引き続き水素または重水素分子についてAPT照射の実験を続けていく。これは本年度の実験結果からアト秒スケールで時間発展する電子波束の生成が予想されるからであり、これを捕捉する研究を行っていく。その後、制御用のビームラインを導入し、本格的な振動・電子波束制御の研究に移る。また最終年度にかけては当初の計画にある原子中の電子波束を観測すべく、光電子分光装置の導入も行う。最終年度以降の課題として、任意の原子・分子に対する量子制御に適用可能な光源開発が考えられるので、このための基礎実験も行ないたいと考えている。

備考

研究代表者所属機関によるプレス発表。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] アト秒科学の進展2017

    • 著者名/発表者名
      沖野友哉、鍋川康夫、緑川克美
    • 雑誌名

      光技術コンタクト

      巻: 55 ページ: 24-30

  • [雑誌論文] Conical third-harmonic generation of optical vortex through ultrashort laser filamentation in air2016

    • 著者名/発表者名
      Yu-Chieh Lin, Yasuo Nabekawa, Katsumi Midorikawa
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 24 ページ: 14857-14870

    • DOI

      DOI:10.1364/OE.24.014857

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Sub-10-fs control of dissociation pathways in the hydrogen molecular ion with a few-pulse attosecond pulse train2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Nabekawa, Yusuke Furukawa, A. Amani Eilanlou, Eiji J. Takahashi, Kaoru Yamanouchi, Katsumi Midorikawa
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 7 ページ: 12835

    • DOI

      doi:10.1038/ncomms12835

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Generation of intense femtosecond optical vortex pulses with blazed‐phase grating in chirped‐pulse ampli cation system of Ti:sapphire laser2016

    • 著者名/発表者名
      Yu-Chieh Lin, Yasuo Nabekawa, Katsumi Midorikawa
    • 雑誌名

      Applied Physics B

      巻: 122 ページ: 280

    • DOI

      DOI 10.1007/s00340-016-6557-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 高次高調波によるアト秒量子波束計測2016

    • 著者名/発表者名
      沖野友哉、鍋川康夫、緑川克美
    • 雑誌名

      分光研究

      巻: 65 ページ: 81-91

    • 査読あり
  • [学会発表] 多原子分子におけるアト秒分子ダイナミクス観測のためのマルチフラグメントイオン運動量画像法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      沖野友哉、鍋川康夫、緑川克美
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第37回年次大会
    • 発表場所
      徳島大学、徳島
    • 年月日
      2017-01-07
  • [学会発表] Probing attosecond dynamics of molecules by an intense a- few-pulse attosecond pulse train2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuo Nabekawa, Tomoya Okino, and Katsumi Midorikawa
    • 学会等名
      The 31st International Congress on High-speed Imaging and Photonics
    • 発表場所
      Hotel Hankyu Expo Park,Osaka, Japan
    • 年月日
      2016-11-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Towards a pulse energy of 100 μJ inside a Kerr lens mode-locked thin-disk ring oscillator2016

    • 著者名/発表者名
      A. Amani Eilanlou, Yasuo Nabekawa, Makoto-Kuwata Gonokami, and Katsumi Midorikawa
    • 学会等名
      Advanced Solid State Lasers Conference 2016
    • 発表場所
      Boston, Massachusetts, United States
    • 年月日
      2016-11-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Real-time Observation of Quantum Wavepackets of Molecules with a-Few-Pulse Attosecond Pulse Train2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Okino, Yasuo Nabekawa, and Katsumi Midorikawa
    • 学会等名
      International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science 15 (ISUILS 15)
    • 発表場所
      Cassis Convention Center "Oustatu Calendal," Cassis, France
    • 年月日
      2016-10-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高強度アト秒パルス列を用いた超高速分子ダイナミクスの観測2016

    • 著者名/発表者名
      沖野友哉、鍋川康夫、緑川克美
    • 学会等名
      光・量子デバイス研究会
    • 発表場所
      産業技術総合研究所つくば中央第1 共用講堂 1階講堂
    • 年月日
      2016-09-20
    • 招待講演
  • [学会発表] アト秒多原子分子ダイナミクスのポンプ・プローブ計測のためのフラグメント分解運動量画像法の開発2016

    • 著者名/発表者名
      沖野友哉、鍋川康夫、緑川克美
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ:新潟コンベンションセンター、新潟
    • 年月日
      2016-09-14
  • [学会発表] Observation of Conical Third-harmonic Emission of Vortex Beams via Ultrashort Laser Pulse Filament in Air2016

    • 著者名/発表者名
      Yu-Chieh Lin, Yasuo Nabekawa, and Katsumi Midorikawa
    • 学会等名
      Conference on LasersandElectr0-Optics (CLEO) 2016
    • 発表場所
      San Jose Convention Center, San Jose, California, USA
    • 年月日
      2016-06-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards an intra-cavity pulse energy of 100 μJ in an ultrafast Kerr lens mode-locked thin-disk ring oscillator2016

    • 著者名/発表者名
      A. Amani Eilanlou, Yasuo Nabekawa, Makoto-Kuwata Gonokami, Katsumi Midorikawa
    • 学会等名
      The 5th Advanced Lasers and Photon Sources
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
    • 年月日
      2016-05-20
    • 国際学会
  • [学会発表] The 3rd Optical Manipulation Conference (OMC’16)2016

    • 著者名/発表者名
      Yu-Chieh Lin, Yasuo Nabekawa, Katsumi Midorikawa
    • 学会等名
      The 3rd Optical Manipulation Conference (OMC’16)
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
    • 年月日
      2016-05-19
    • 国際学会
  • [備考] 水素分子の解離過程を8フェムト秒で制御:-極端紫外アト秒パルス光によるコヒーレント制御の幕開け-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160920_4/

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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