Transcript A4後期

物理科学課題演習ガイダンス
平成２７年２月５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
（レーザー物質科学分科）
パワー(W)
極短パルスレーザー
高強度極短パルスレーザー
dt＝40fs
時間（秒）
0.1 J
0.4
12
13 WW
P＝　-15 ＝1×10
10
40
100×10 s
18
2
×
10
直径10mmの領域に集光すると
1019W/cm
W/cm2
12 13
この強度で作り出される光の電界強度は 10
~10
V/m
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
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
光電場電離（Optical Field Ionization）
炭素原子やフッ素原子についてOFIのための
レーザー強度を計算してみると
T. A. Carlson et al., “Calculated ionization potentials for multiply charged ions”, Atomic data
Vol.2, p63-99(1970)
高強度極短パルスレーザーと物質の相互作用
S
I〜1021W/cm2
R0=0.6mm,n=3.9×1022cm-3, IL= 3.5× 1021 W/cm2, Emax,model=84MeV, Emax,PIC=300MeV
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
光電場電離（Optical Field Ionization）
金属（銅）では
2.1 × 1011 W/cm2
1.5 × 1012 W/cm2
3.6 × 1012 W/cm2
M. Hashida et al., Phys. Rev. B 81, 115442 (2010).
自己組織的に形成されるナノ周期構造
I〜1013W/cm2
Copper
l = 800nm
Dt = 100fs
d = f40mm
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
考察
ナノ周期構造形成過程
I〜1013W/cm2
Ion signal (counts)
40
30eV
84.1mJ/cm2
20
0
0
0.2
0.4
0.6
Flight time (ms)
0.8
1.0
高強度レーザーによる媒質中の非線形効果
I〜1011W/cm2
高強度フェムト秒レーザーで作る連続スペクトル
n = n0 + n'2I
H2 O
非線形屈折率を測定する課題実験
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
課題演習A4-2 高強度レーザー
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
橋田、井上
阪部
８
レーザー基礎実験
（回折、反射、偏光、吸収など）
相互作用実験
橋田、井上
TA
１４
橋田、井上
TA
実験テーマ：レーザーと物質との相互作用
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
☞ 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
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
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