A4-2 高強度レーザー テーマ：高強度レーザーと物質との相互作用 橋田昌樹 井上峻介 阪部周二 レーザー物質科学分科

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1 A4-2 高強度レーザー テーマ：高強度レーザーと物質との相互作用 橋田昌樹 井上峻介 阪部周二 レーザー物質科学分科
物理科学課題演習ガイダンス 平成２９年２月８日 A4-2 高強度レーザー テーマ：高強度レーザーと物質との相互作用 橋田昌樹 井上峻介 阪部周二 レーザー物質科学分科 化学研究所　先端ビームナノ科学センター

2 励起レーザーのエネルギー安定度 1%に制限されない新方式を提案・導入
（レーザー物質科学分科） 時 間 （ 秒 ） 極 短 パ ル ス レ ー ザ ワ ( W ) d t ＝40fs Ti:sapphireレーザー 1013 W P= = 0.4 J 40×10-15 J 直径 3mmに集光 ~1020 W/cm2 この強度で作り出される電界強度 ~1013 V/m エネルギー安定度: 0.3%以下 を達成 . 励起レーザーのエネルギー安定度 1%に制限されない新方式を提案・導入 0.4 40

3 THz 高速分光 白色光 時間分解電子線回折 電子 イオン 高ｴﾈﾙｷﾞｰ科学ｲｵﾝ源 X線 時間分解X線回折 質量分析 非熱加工・改質
レーザー物質相互作用の物理とその応用 レーザー光学 プラズマ物理 放射線科学 THz 高速分光 白色光 電子 時間分解電子線回折 イオン 高ｴﾈﾙｷﾞｰ科学ｲｵﾝ源 X線 時間分解X線回折 高輝度 パルス 点源 質量分析 非熱加工・改質

4 laser plasma interaction physics
Interactions on laser intensity heating melting & vaporization ionization Large facilities Nanosecond lasers laser plasma interaction physics Progress of intense femtosecond laser technology electron relativistic proton relativistic excitation &ionization laser matter interaction physics Table-top lasers Femtosecond lasers Nano ablation Molecular soft ionization Coulomb explosion High energy ion generation S. Sakabe

5 高強度極短パルスレーザーと物質の相互作用
I〜1021W/cm2 R0=0.6mm,n=3.9×1022cm-3, IL= 3.5× 1021 W/cm2,　Emax,model=84MeV, Emax,PIC=300MeV

6 高強度フェムト秒レーザーを薄膜に照射するだけで >MeVのイオンビームや電子を発生することができる
I=1018W/cm2 薄膜 高強度短パルス レーザー 高エネルギー 電子、イオン 放出されるイオンのエネルギー分布測定

7 高強度フェムト秒レーザーを金属ワイヤーに照射すると高強度THz波が発生しワイヤーを伝播する
I=1018W/cm2 >1018 W/cm2 OK, our method for surface wave geneation is very simple. We put a long metal wire, and irradiate with a tera-watt femtosecond laser pulse. In that case, a picosecond THz surface wave is generated on the wire and propagates with the speed of light. The wire acts as a waveguide to transmit the THz wave. So if you use a long wire, you can transmit the strong THz pulse to the outside of the vacuum chamber. If you make a tapered tip at the end of the wire, you can enhance the THz wave. You don’t need any THz optics to correct and focus the THz radiation. The most important advantage of this method is the direct generation of surface plasmon polaritons. So you can get an efficient coupling to plasmonic devices. Simple (no free-space optics) High conversion efficiency (~1%) Direct generation of surface wave (SPPs) Efficient coupling to plasmonic devices

8 I〜1013W/cm2 自己組織的に形成されるナノ周期構造 フェムト秒レーザー加工により金属表面に自己組織的に形成される
Copper l = 800nm Dt = 100fs d = f40mm The high energy ion may be responsible for the creation of amorphous metals. The formation of amorphous metal is a key issue for discussing the mechanism of femtosecond laser ablation. In this study, the relation between the dynamics of ion emission through Coulomb explosion and formation of amorphous metal is discussed. フェムト秒レーザー加工により金属表面に自己組織的に形成される ナノ構造形成機構を議論するための課題実験

9 I〜1011W/cm2 高強度レーザーによる媒質中の非線形効果 非線形屈折率を測定する課題実験 H2O
高強度フェムト秒レーザーで作る連続スペクトル H2O 非線形屈折率を測定する課題実験

10 I〜1013W/cm2 自己組織的に形成されるナノ周期構造 フェムト秒レーザー加工により金属表面に自己組織的に形成される
2016年　課題演習の成果がAPLに掲載される！ Copper l = 800nm Dt = 100fs d = f40mm The high energy ion may be responsible for the creation of amorphous metals. The formation of amorphous metal is a key issue for discussing the mechanism of femtosecond laser ablation. In this study, the relation between the dynamics of ion emission through Coulomb explosion and formation of amorphous metal is discussed. フェムト秒レーザー加工により金属表面に自己組織的に形成される ナノ構造形成機構を議論するための課題実験

11 超高強度極短パルスレーザー実験室 照射チャンバー T6レーザーシステム

12 課題演習A4-2 高強度レーザー 【A4-2の課題】 ☞ 宇治キャンパスの高強度レーザーを使った課題 ☞ 毎年、異なる演習課題
☞　宇治キャンパスの高強度レーザーを使った課題 ☞　毎年、異なる演習課題 ☞　後期のみの実施 【評価方法】 ☞　課題実験への取り組む積極的な姿勢 ☞　発表会＆レポート 最先端の高強度レーザーを使った課題演習を楽しみましょう！！

13 課題演習A4-2 高強度レーザー 実験テーマ：レーザーと物質との相互作用 コマ数 演習項目 担当教員 ２ 顔見せ会、施設見学 橋田、井上 ６
レーザーゼミ 阪部 ８ レーザー基礎実験 （回折、反射、偏光、吸収など） TA １４ 相互作用実験 実験テーマ：レーザーと物質との相互作用

14 光電場電離（Optical Field Ionization）
~1013 W/cm2　以下 ~1013 W/cm2 以上 I.P. 多光イオン化 障壁低下 レーザー電場Eによってポテンシャル障壁が歪み、原子に束縛されている電子の基底準位まで低下すると、電子はこの障壁を越えてイオン化する（Barrier Suppression Ionization:BSI） Progress in Ultrafast Intense laser Science Vol.II, edited by Y. Yamanouchi et al., p.26-41, Springer

15 高強度極短パルスレーザーと物質の相互作用
レーザー波長より短い周期のナノ構造は偏光方向で制御できる E E E