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2017 年度 実績報告書

Ultrabright x-ray harmonic comb by relativistic plasma singularity

研究課題

研究課題/領域番号 26707031
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

PIROZHKOV Alex  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (00446410)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワードBISER / コヒーレントX線放射 / レーザー光の高次高調波 / 相対論的電子スパイク / レーザー光とプラズマの相互作用 / 超高強度レーザー / 相対論的プラズマ
研究実績の概要

In FY2017 I made a very good progress in research on ultra-bright x-ray harmonic comb by relativistic plasma singularity. I achieved the Project goals: Using innovative approach, I demonstrated control of x-ray harmonic comb with the peak spectral brightness up to 10^27 photons/mm^2 mrad^2 s 0.1%BW, which is between synchrotrons and XFELs.

In the new regime discovered by us the harmonics are coherently generated by the Burst Intensification by Singularity Emitting Radiation (BISER) effect, where extremely sharp electron spikes (density singularities), emitting bright coherent x-rays, are produced by multi-TW femtosecond lasers focused to gas jets at irradiances >10^18 W/cm^2.
Using a shock wave generated in a supersonic gas jet by a blade, I tailored the gas density profile, creating density up-jump. This resulted in controllable, low-jitter x-ray source and higher x-ray yield. My results represent an important step towards a next-generation bright compact coherent x-ray source, and demonstrate a new technique of relativistic self-focusing control and its diagnostics.
I published these results in 6 papers, including 3 first-author ones: BISER discovery [Pirozhkov, Esirkepov, et al, Scientific Reports (2017)]; BISER harmonics dependence on laser parameters [Pirozhkov et al, QuBS (2018)], and Approaching diffraction-limited, bandwidth-limited Petawatt for efficient harmonic generation [Pirozhkov et al, Opt. Express (2017)].
I made 9 presentations on this research (international: 1 invited, 1 oral & 1 poster; domestic: 1 invited, 3 oral & 2 poster).

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

29年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

QST Press Release on publication of our paper "Burst intensification by singularity emitting radiation in multi-stream flows" in Scientific Reports

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] High-contrast high-intensity repetitive petawatt laser2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, Y. Fukuda, K. Ogura, A. Sagisaka, Y. Miyasaka, M. Mori, H. Sakaki, N. P. Dover, K. Kondo, J. K. Koga, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, K. Kondo
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: In press ページ: -

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Coherent, Short-Pulse X-ray Generation via Relativistic Flying Mirrors2018

    • 著者名/発表者名
      Kando Masaki、Esirkepov Timur、Koga James、Pirozhkov Alexander、Bulanov Sergei
    • 雑誌名

      Quantum Beam Science

      巻: 2 ページ: 9-1~9-11

    • DOI

      10.3390/qubs2020009

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Laser Requirements for High-Order Harmonic Generation by Relativistic Plasma Singularities2018

    • 著者名/発表者名
      Pirozhkov A.、Esirkepov T.、Pikuz T.、Faenov A.、Sagisaka A.、Ogura K.、Hayashi Y.、Kotaki H.、Ragozin E.、Neely D.、Koga J.、Fukuda Y.、Nishikino M.、Imazono T.、Hasegawa N.、Kawachi T.、Daido H.、Kato Y.、Bulanov S.、Kondo K.、Kiriyama H.、Kando M.
    • 雑誌名

      Quantum Beam Science

      巻: 2 ページ: 7-1~7-11

    • DOI

      10.3390/qubs2010007

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Burst intensification by singularity emitting radiation in multi-stream flows2017

    • 著者名/発表者名
      Pirozhkov A. S.、Esirkepov T. Zh.、Pikuz T. A.、Faenov A. Ya.、Ogura K.、Hayashi Y.、Kotaki H.、Ragozin E. N.、Neely D.、Kiriyama H.、Koga J. K.、Fukuda Y.、Sagisaka A.、Nishikino M.、Imazono T.、Hasegawa N.、Kawachi T.、Bolton P. R.、Daido H.、Kato Y.、Kondo K.、Bulanov S. V.、Kando M.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 17968-1~10

    • DOI

      10.1038/s41598-017-17498-5

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High resolution X-ray spectra of stainless steel foils irradiated by femtosecond laser pulses with ultra-relativistic intensities2017

    • 著者名/発表者名
      Alkhimova M. A.、Faenov A. Ya.、Skobelev I. Yu.、Pikuz T. A.、Nishiuchi M.、Sakaki H.、Pirozhkov A. S.、Sagisaka A.、Dover N. P.、Kondo Ko.、Ogura K.、Fukuda Y.、Kiriyama H.、Nishitani K.、Miyahara T.、Watanabe Y.、Pikuz S. A.、Kando M.、Kodama R.、Kondo K.
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 25 ページ: 29501~29511

    • DOI

      10.1364/OE.25.029501

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Approaching the diffraction-limited, bandwidth-limited Petawatt2017

    • 著者名/発表者名
      Pirozhkov Alexander S.、Fukuda Yuji、Nishiuchi Mamiko、Kiriyama Hiromitsu、Sagisaka Akito、Ogura Koichi、Mori Michiaki、Kishimoto Maki、Sakaki Hironao、Dover Nicholas P.、Kondo Kotaro、Nakanii Nobuhiko、Huang Kai、Kanasaki Masato、Kondo Kiminori、Kando Masaki
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 25 ページ: 20486~20501

    • DOI

      10.1364/OE.25.020486

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] BISER: A New Tool for Laboratory Astrophysics2018

    • 著者名/発表者名
      A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, A. Sagisaka, K. Ogura, J. K. Koga, B. Gonzalez-Izquierdo, T. A. Pikuz, E. N. Ragozin, D. Neely, H. Kiriyama, K. Kondo, T. Kawachi, S. V. Bulanov, and M. Kando
    • 学会等名
      International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA)
    • 国際学会
  • [学会発表] Burst Intensification by Singularity Emitting Radiation (BISER) in multi-stream flows2018

    • 著者名/発表者名
      A.S. Pirozhkov, T.Zh. Esirkepov, T.A. Pikuz, A.Ya. Faenov, K. Ogura, A. Sagisaka, J. K. Koga, E.N. Ragozin, D. Neely, N. Nakanii, K. Huang, Y. Hayashi, H. Kotaki, Y. Fukuda, S. Namba, I. Daito, M. Nishikino, T. Imazono, N. Hasegawa, H. Kiriyama, P.R.Bolton, H. Daido, Y. Kato, K. Kondo, T. Kawachi, S.V.Bulanov, M. Kando
    • 学会等名
      Opto-2018 Symposium on Photon and Beam Science
  • [学会発表] Control of Burst Intensification by Singularity Emitting Radiation (BISER) with density jump2018

    • 著者名/発表者名
      A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, A. Sagisaka, K. Ogura, N. Nakanii, H. Kai, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, S. Namba, I. Daito, Y. Fukuda, J. K. Koga, H. Kiriyama, K. Kondo, T. Kawachi, M. Kando
    • 学会等名
      The Optics & Photonics International Congress OPIC-2018, International Conference on High-Energy Density Sciences HEDS-2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Relativistic plasma singularity and its coherent x-ray emission control using density jump2018

    • 著者名/発表者名
      A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, A. Sagisaka, K. Ogura, N. Nakanii, K. Huang, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, S. Namba, Y. Fukuda, J. K. Koga, H. Kiriyama, K. Kondo, T. Kawachi, and M. Kando
    • 学会等名
      JPS Spring Meeting
  • [学会発表] Plasma density jump for the control of coherent x-ray emission via BISER mechanism2018

    • 著者名/発表者名
      A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, A. Sagisaka, K. Ogura, N. Nakanii, K. Huang, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, S. Namba, I. Daito, Y. Fukuda, J. K. Koga, H. Kiriyama, K. Kondo, T. Kawachi, and M. Kando
    • 学会等名
      JSAP Spring Meeting
  • [学会発表] Point-like coherent soft x-ray sources and challenges for optics2017

    • 著者名/発表者名
      A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, A. Sagisaka, K. Ogura, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, J. K. Koga, H. Kiriyama, E. N. Ragozin, D. Neely, H. Daido, Y. Kato, S. V. Bulanov, K. Kondo, T. Kawachi, and M. Kando
    • 学会等名
      The 14th Symposium on X-ray Imaging Optics
    • 招待講演
  • [学会発表] J-KAREN-P Laser: Approaching the diffraction-limited, bandwidth-limited Petawatt2017

    • 著者名/発表者名
      A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, A. Sagisaka, K. Ogura, M. Mori, M. Kishimoto, H. Sakaki, N. P. Dover, K. Kondo, N. Nakanii, K. Huang, M. Kanasaki, K. Kondo, and M. Kando
    • 学会等名
      Japan-US Technical Meeting on High Energy Density Sciences
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultrahigh-Resolution Imaging of Bio-Samples with Modern and Future Ultrabright X-Ray Sources: the Source and Method Requirements2017

    • 著者名/発表者名
      A. S. Pirozhkov
    • 学会等名
      The 1st QST International Symposium "Quantum Life Science"
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of the J-KAREN-P laser spot at 300 TW and pulse shape at full beam diameter2017

    • 著者名/発表者名
      A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, A. Sagisaka, K. Ogura, M. Mori, M. Kishimoto, H. Sakaki, N. P. Dover, K. Kondo, N. Nakanii, K. Huang, M. Kanasaki, K. Kondo, and M. Kando
    • 学会等名
      Opto 2017 Symposium on Photon and Beam Science
  • [備考] プラズマの特異点からの強力な軟X線バーストを発見 -宇宙でも起こり得る普遍的な新しい放射機構の提案-

    • URL

      http://www.qst.go.jp/information/itemid034-003332.html

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公開日: 2018-12-17  

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