2014 Fiscal Year Annual Research Report
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）
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25247096
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 広帯域レーザー / プラズマ / 回折格子 / パルス圧縮 / イオン加速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ・ブラッグ・グレーティングを生成させるのに必要な超短パルス広帯域高出力レーザーを構築中である。今年度の進展は、サブナノ秒励起多段光パラメトリック増幅と新手法としてのピコ秒領域での時間・空間分散光パラメトリック増幅の実証である。従来の超短パルスレーザーの増幅で用いられているチャープパルス増幅方式は、回折格子などで構成される伸長器でパルス伸長し、増幅を行い、伸長器と逆の分散特性を持つ圧縮器でパルス圧縮を行う。そのため、伸長器と圧縮器は対である必要があり、超短パルスの高強度レーザーを発生させるには、装置サイズが非常に大型になる傾向がある。そこで本研究では、回折格子とレンズや凹面鏡などの集光光学系を4f構成で配置し、フーリエ面において光パラメトリック増幅する手法を導入した。4f構成においては、入射したパルスがフーリエ面で空間的に周波数分散されると同時にピコ秒の時間拡がりを持たせることができ、これをピコ秒の励起パルスで増幅することができる。本手法で初めて２段増幅を実証するとともに、出力回折格子のレーザー損傷を回避するための4f構成内でのビーム拡大を新たに提案した。
これまで理論研究として球形クラスターと超高強度レーザーとの相互作用によるクーロン爆発のダイナミクスとその高性能化に焦点をおいてきたが、昨年度は新たな試みとして超高強度レーザーとナノ構造体との相互作用によるプロトン加速の研究を行った。特に韓国の光州科学技術院(APRI)との国際共同実験を行い、ナノチューブ加速器の実験を行なった。またこれと平行して阪大レーザー研のLEEXペタワットレーザーを想定した平板ターゲットによる準単色プロトンビームの生成に関する理論シミュレーション研究を行ない、物理的動特性の解明ならびにパラメータ最適化などを行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究で新たに開発した時間・空間分散光パラメトリック増幅は、広帯域光パルスを時間・空間で制御した周波数領域での増幅手法である。その実証実験のための装置を完成させ、フーリエ面での光パルスの諸特性を初めて実験的に明らかにし、従来の手法に変わる新しい広帯域光パルス増幅の手法としての可能性を示すとともに、高出力化のための新しい手法を提案した。この成果については近く論文投稿の予定である。
超高強度レーザーと物質（クラスター、ナノ構造体）との相互作用による粒子加速の研究は着実に進歩し、物理現象の理解も前進し、具体的成果を産んでいる。それら成果の外部に向けての発信も堅持し、下記のように、昨年度における4本の原著論文出版と4回の国際会議における招待講演で成果報告を行っている。
上記のように、広帯域レーザーの新しい増幅手法の開発・整備と粒子加速に関する理論的研究は進展している。しかしながら、レーザー前置増幅部の想定外のレーザー損傷を回避する作業のために、広帯域レーザーの高出力化に遅れが生じており、プラズマ・ブラッグ・グレーティングを生成するための実験に至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
超短パルス広帯域レーザーの光パラメトリック増幅による高出力化について、励起グリーンレーザーのパルス幅を100ピコ秒～サブナノ秒とし、BBOなどの非線形光学結晶によりパルスエネルギー数10mJの増幅を目指す。また、10fs程度以下のパルス幅を達成するのに必要な分散補正の高精度化を図る。これらにより、超短パルス広帯域レーザーのコンパクト化を目指す。
上記のレーザー開発と併行して進めるプラズマ実験装置の整備に関しては、昨年度整備したX線計測器に加えて、荷電粒子計測器やレーザー生成プラズマの挙動を観測するための光学系の構築を行う。
研究の方向性としては、今後も超高強度レーザーとナノ構造体との相互作用によるイオン加速という観点から、ナノチューブターゲット中の高速電子の発生と輸送物理の解明、それに基づく工学的最適化の作業を高度化させてゆく予定である。実験に関しても昨年同様、韓国の光州科学技術院(APRI)との国際共同研究を進めてゆく予定である。
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Research Products
(13 results)
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[Journal Article] High energy density micro plasma bunch from multiple laser interaction with thin target2014
Author(s)
H. Xu, W. Yu, M. Y. Yu, H. B. Cai, S. X. Luan, X. H. Yang, Y. Yin, H. B. Zhuo, J. W. Wang, C. T. Zhou, M. Murakami,
and Z. Z. Xu
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Journal Title
Appl. Phys. Lett.
Volume: 104
Pages: 024105 (pp.1-4)
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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