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光量子科学研究部

関西光科学研究所 | 組織:先端レーザー技術開発G

掲載日:2021年4月23日更新
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光量子科学研究部

グループリーダー 桐山 博光

メンバー

桐山 博光 グループリーダー
福田 祐仁 上席研究員
ピロジコフ アレキサンダー 上席研究員
小倉 浩一 主幹研究員
匂坂 明人 主幹研究員
宮坂 泰弘 主任研究員
西内 満美子 上席研究員(併任)
近藤 康太郎 主任研究員(併任)
今 亮 主任技術員(併任)
浅井 孝文 QSTリサーチアシスタント
渡邉 謙斗 連携大学院生(同志社大学)
岸本 泰明 客員研究員(京都大学教授)
戸田 裕之 客員研究員(同志社大学教授)
装置・運転管理室 レーザー運転協力

概要と研究内容

概要

 学術の発展や医療応用に資する世界最先端の超高強度レーザーとその利用研究を行っています。超高強度レーザーを集光して物質に照射すれば、既存の手法では到達できない高温高圧状態や強力な電場・磁場を生成できます。このような極限状態(高エネルギー密度状態)を研究する「高エネルギー密度科学」が世界で精力的に研究されています。関西研では、文部科学省(MEXT)と米国エネルギー省(DOE)の「高エネルギー密度科学に係る連携協力」の枠組みを活用し研究開発を進めています。

 

 

1) 超高強度”J-KAREN”レーザー開発

 100万kW級火力発電設備100万基分に相当する1千兆W(1ペタワット=1 PW)の超高強度出力を30兆分の1秒(30フェムト秒=30 fs)程度と極めて短い時間に発振するレーザー(J-KAREN)開発(図1)とそのレーザー光の高度化技術開発を行っております。世界でペタワット級レーザーの開発競争が激しくなっていますが、J-KARENレーザーは利用実験で最も重要となる時間品質(コントラスト性能)と空間品質(集光性能)で、世界トップクラスの性能を有しております。2012年には時間的な光ノイズをレーザーパルス強度の1兆分の1までに抑制する世界最高のコントラスト性能を達成するとともに、2020年にはレーザーパルスに先行する多くの不要なパルスを除去することに成功しました。2017年には照射ターゲット上で世界最高の集光ピーク強度1022 W/cm2を生成することに成功しました。高強度レーザー科学研究グループと連携して、プラズマミラーと呼ばれる更なる高時間品質化のための装置・技術開発等にも取り組んでいます。

 

図1. 開発したJ-KAREN(Japan-Kansai Advanced Relativistic Engineering=関西研の先端的相対論工学研究に用いる)レーザー.

図1. 開発したJ-KAREN(Japan-Kansai Advanced Relativistic Engineering=関西研の先端的相対論工学研究に用いる)レーザー.

Kiriyama et al., Opt. Lett. (2018/2020).

 

 

2) 先端レーザー技術開発

2−1) 高安定レーザー光源

 J-KARENレーザーをはじめ様々なレーザーの高度化や安定化に活用できる新しい技術の研究や開発を行っています。光パラメトリック増幅で安定な出力を得るためには、励起レーザーと被増幅レーザーが増幅器に入るタイミングを精密に合わせる必要がありますが、複数の発振器を電気的に同期するだけではそのタイミングにずれが生じます。このずれを解消するために、発振器を一台とし、発振器から出力される被増幅レーザーから励起レーザーを作り出す光同期励起レーザーの開発を行っています。ファイバーを用いて、被増幅レーザーから励起レーザーへと波長(=光の色に対応)を拡大させて、励起レーザーの種となるレーザーを作り出します(図2)。J-KARENレーザーの様な超高強度レーザーでも使えるように長いパルスの励起レーザーを作り出す研究を進めており、波長532nmにおいて世界最長のレーザーパルスを高安定に生成することに成功しています。この高安定励起レーザーを用いて高強度レーザーの開発を進めています。

 

図2. ファイバーを用いて被増幅レーザーの波長を拡大させて励起レーザーの種となるレーザーを生成している様子.

図2. ファイバーを用いて被増幅レーザーの波長を拡大させて励起レーザーの種となるレーザーを生成している様子.

 

2−2) 高平均出力用光学素子

 1秒当たりに出射されるレーザーパルスが多くなればなるほど実験の効率や応用利用の幅が拡がりますが、パルスエネルギーを維持して高繰り返し化を行うとレーザー装置やミラーなどの部品の熱負荷がどんどん増えてしまいます。熱が蓄積して温度上昇すると熱膨張によるミラーなどの表面歪みが生じてしまい、そこを伝搬するレーザーの品質が低下してしまいます。熱負荷の低減を目的として、我々は、熱伝導率の高い焼結シリコンカーバイド(SiC)に着目しました。広く用いられているガラス基板に比べて130倍もの熱伝導率を誇る焼結SiCを基板に用いることで、素早く熱を逃がして基板の温度上昇を大幅に低減することに成功しました(図3)。今後は基板内部からの水冷に挑戦することで、より高平均出力に耐えられる光学素子基板を開発していきたいと考えています。

 

図3. 焼結シリコンカーバイド(SiC)を基板に用いた熱負荷に強い光学素子(左)と加熱時の温度変化の様子(右).

図3. 焼結シリコンカーバイド(SiC)を基板に用いた熱負荷に強い光学素子(左)と加熱時の温度変化の様子(右).

Miyasaka et al., Crystals (2020).

 

2−3) コヒーレントビーム結合

 レーザーの高強度化にはパルスエネルギーの増大が一般的ですが、このために使用する大口径増幅器用レーザー結晶の製造可能な大きさに技術的制限などがあり、増幅器を大型化する方法では限界があります。そこで我々は、複数のレーザーに分けて小口径のレーザー結晶を用いて増幅した後に結合するコヒーレントビーム結合に関する研究を進めています。今まではファイバーレーザーを中心に行われてきた技術ですが、J-KARENレーザーの様な大型のレーザーでも利用でき、かつ複数のレーザーを重ね合わせるためのフィードバック制御が不要で簡便な結合方法を目指して基礎的な研究を同志社大学と共同で進めています。

 

 

3) 極限状態の超高強度場利用研究

3−1) 宇宙線発生の仕組みを利用した「光速」に迫るレーザーイオン加速への挑戦

 地上に降り注ぐ宇宙線は、光速の99 %以上の速度を有し、その一部は、恒星が寿命を迎えたときに起こる超新星爆発にともなう衝撃波(無衝突衝撃波と呼ばれる)によって統計的に加速された粒子であると考えられています。高強度レーザーは、人類がこれまでに経験したことのない超高温・超高圧の極限状態にある物質の生成を可能にし、地上の実験室において、宇宙空間で見られるような無衝突衝撃波を発生させて粒子を加速することを可能としました。私たちは、京都大学との共同研究により、レーザーをクラスターのような“球形”の物質に照射した場合には、球表面に発生した無衝突衝撃波が球の中心に向かって伝播・収束する過程でその強度が増強され、この増強された無衝突衝撃波により「光速」に近いサブGeV(約300 MeV、光速の70 %)の高品質の準単色陽子が短時間で効率よく加速されるという衝撃波加速の新現象CSBA(= Converging Shock-induced Blow-off Acceleration)を大型計算機シミュレーションにより発見しました(特許出願中)(図4)。

 私たちは、マイクロメートルサイズの水素クラスターを発生させる装置の独自開発に成功し、multi-MeVの高純度水素イオンビームの0.1 Hz連続発生に成功しています(図5)。現在、J-KARENレーザーを用いて、上記CSBAによる「光速」に迫るレーザーイオン加速の実現へ向けた研究を外部機関(神戸大学、大阪大学、京都大学、名古屋大学、東京大学、東北大学、英国クイーンズ大学ベルファスト校、ロシア科学アカデミー 他)との連携により実施しています。

 

図4. (左) 超新星残骸SN1006の表面で無衝突衝撃波による宇宙線加速が起こっている. (右) 高強度レーザーと水素クラスターとの相互作用の大型計算機シミュレーションによる、CSBAによって加速された陽子線のエネルギー分布(三次元図). クラスター中心で衝撃波によって加速された準単色の陽子線バンチ(赤色)が、クラスター内部から外部に向かって飛び出し、レーザー進行方向(+y方向)へ加速される. この後、陽子線バンチは、クーロン爆発電場による追加速を受け、サブGeVまで加速される.

図4. (左) 超新星残骸SN1006の表面で無衝突衝撃波による宇宙線加速が起こっている. (右) 高強度レーザーと水素クラスターとの相互作用の大型計算機シミュレーションによる、CSBAによって加速された陽子線のエネルギー分布(三次元図). クラスター中心で衝撃波によって加速された準単色の陽子線バンチ(赤色)が、クラスター内部から外部に向かって飛び出し、レーザー進行方向(+y方向)へ加速される. この後、陽子線バンチは、クーロン爆発電場による追加速を受け、サブGeVまで加速される.

Matsui, Fukuda, Kishimoto, Phys. Rev. Lett. (2019).

 

図5. (左) 独自開発した温度制御可能な水素クラスター生成装置。マイクロメートルスケールの水素クラスターの生成が可能. (右) リアルタイム型トムソンパラボラで計測されたmulti-MeV高純度水素イオンのシングルショットシグナル.

図5. (左) 独自開発した温度制御可能な水素クラスター生成装置。マイクロメートルスケールの水素クラスターの生成が可能. (右) リアルタイム型トムソンパラボラで計測されたmulti-MeV高純度水素イオンのシングルショットシグナル.

Jinno, Fukuda et al., Opt. Exp. (2017).

Jinno, Fukuda et al., PPCF (2018).

 

3−2) Burst Intensification by Singularity Emitting Radiation (BISER) -宇宙でも起こり得る普遍的な新しい放射機構の提案-

 強力なレーザーが作る相対論的プラズマ中に、電子の流れの特異点が生成され、そこから位相の揃った強い軟X線バーストが発生することを2017年に発見し、その放射機構を解明しました。この軟X線バーストの放射機構は、波を放出する特異点には普遍的なもので、宇宙のブラックホールや超新星爆発などでも生じている可能性があります。自然界には、川、風、宇宙プラズマ流のように流れは至る所にあります。流れが集まる場所では非常に媒体の密度が高くなることがあり(図6)、これは数学のカタストロフィー理論において特異点と呼ばれています。本研究では、J-KARENを用いたプラズマ実験を行うことで、プラズマ中で多数の電子が小さい領域に集中する特異点が生成され、電子が一体となって振動することで個々の電子から放射される軟X線が、位相が揃った状態のまま相乗的に強め合って強力な放射となるバースト現象が起こることを発見しました(図7)。われわれは、この放射機構をバイザー(BISER; Burst Intensification by Singularity Emitting Radiation)と呼んでいます。プラズマの中においても、電子の流れが特異点を作ることは予想されていましたが、その特異点から光(電磁波)が発生する現象については、これまで考えられていませんでした。この効果はカタストロフィー理論が確立されてから40年の間、見落とされていました。バイザーを理解し実験条件を最適化すれば、より短波長のX線もレーザーを用いた小型施設で発生出来るようになり、創薬や機能性材質の研究を加速することができると期待されます。また、バイザーは特異点を持つ流れには普遍的なものであり、物質が特異点を成しているブラックホールからの重力波も、バイザーの一種の可能性があります。バイザーをよりよく理解することにより、宇宙で起こっている現象を理解する一助になることも期待されます。

Pirozhkov, Esirkepov, et al., Sci. Rep. (2017).

 

図6. バイザー機構の説明図. 個々の放射源(青い丸)が集まった特異点からの伝播する波の様子を表した図. 本件では、青丸が電子、伝播波が軟X線(電磁波)に対応する. 放射される電磁波の波長が特異点の大きさよりも長い場合、特異点に含まれる放射源の個数(N)の二乗に比例した強度になる(コヒーレント放射).

図6. バイザー機構の説明図. 個々の放射源(青い丸)が集まった特異点からの伝播する波の様子を表した図. 本件では、青丸が電子、伝播波が軟X線(電磁波)に対応する. 放射される電磁波の波長が特異点の大きさよりも長い場合、特異点に含まれる放射源の個数(N)の二乗に比例した強度になる(コヒーレント放射).

 

図7.(a)実験で計測した放射光源の大きさ. 空間放射光源は2つあり、約12 μm離れて1つ1つの大きさは1 μm程度である.(b)シミュレーションで得られた電子密度分布(青色)と光の強度分布(赤色). 上は3次元での様子を示しており、下はその密度を平面上に投影したもので高さが密度を表している. 実験と同様に、放射光源が2つあること、密度の特異点となっていることがわかる.(c)実験で計測したバイザーによる軟X線のスペクトル. 図中には、用いたレーザーの基本周波数の何倍の周波数に相当するのかを表したハーモニック数を示している. 図中の点線がハーモニック数に相当するラインを表しており、得られた軟X線のスペクトルは用いたレーザーの周波数倍の高調波となっていることがわかる. この実験では放射光源が2つある((a)参照)ので、それらを別々に表示している.

図7.(a)実験で計測した放射光源の大きさ. 空間放射光源は2つあり、約12 μm離れて1つ1つの大きさは1 μm程度である.(b)シミュレーションで得られた電子密度分布(青色)と光の強度分布(赤色). 上は3次元での様子を示しており、下はその密度を平面上に投影したもので高さが密度を表している. 実験と同様に、放射光源が2つあること、密度の特異点となっていることがわかる.(c)実験で計測したバイザーによる軟X線のスペクトル. 図中には、用いたレーザーの基本周波数の何倍の周波数に相当するのかを表したハーモニック数を示している. 図中の点線がハーモニック数に相当するラインを表しており、得られた軟X線のスペクトルは用いたレーザーの周波数倍の高調波となっていることがわかる. この実験では放射光源が2つある((a)参照)ので、それらを別々に表示している.

 

業績リスト(査読付き論文、受賞、プレス発表)

1. 査読付き論文

 

2021

  • “Proton beam quality enhancement by spectral phase control of a PWclass laser system”
    T. Ziegler, D. Albach, C. Bernert, S. Bock, F.‑E. Brack, T. E. Cowan, N. P. Dover, M. Garten, L. Gaus, R. Gebhardt, I. Goethel, U. Helbig, A. Irman, H. Kiriyama, T. Kluge, K. Akira, S. Kraft, F. Kroll, M. Loeser, J. Metzkes‑Ng, N. Mamiko, L. Obst‑Huebl, T. Püschel, M. Rehwald, H.‑P. Schlenvoigt, U. Schramm, and K. Zeil,Scientific Report, 11, 7338 (2021).
    DOI:10.1038/s41598-021-86547-x
  • “Analysis of Lyα dielectronic satellites to characterize temporal profile of intense femtosecond laser pulses”
    S. N. Ryazantsev, I. Yu. Skobelev, A. S. Martynenko, M. A. Alkhimova, M. D. Mishchenko, M. V. Sedov, T. A. Pikuz, Y. Fukuda, H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, and S. A. Pikuz, Crystals, 11, 130 (2021).
    DOI:10.3390/cryst11020130
  • “Optimization and stabilization of a kilohertz laser-plasma accelerator”
    L. Rovige, J. Huijts, I. A. Andriyash, A. Vernier, M. Ouille, Z. Cheng, Takafumi Asai, Y. Fukuda, V. Tomkus, V. Girdauskas, G. Raciukaitis, J. Dudutis, V. Stankevic, P. Gecys, R. Lopez-Martens, and J. Faure, Physics of Plasmas, 28, 033105 (2021). 
    DOI:10.1063/5.0040926

 

2020

  • “Development of carbon thin film for Laserdriven heavy ion acceleration using a XeCl excimer laser”
    M. Kusaba, F. Nigo, K. Kondo, M. Nishiuchi, H. Sakaki, H. Kiriyama, M. Hashida, and S. Sakabe, IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 103, 16 (2020). 
    DOI:10.1002/ecj.12286
  • “Characterization of Accumulated B-Integral of Regenerative Amplifier Based CPA Systems”
    S. Bock, F. M. Herrmann, T. Püschel, U. Helbig, R. Gebhardt, J. J. Lötfering, R. Pausch, K. Zeil, T. Ziegler, A. Irman, T. Oksenhendler, A. Kon, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, K. Kondo, T. Toncian, and U. Schramm, Crystals, 10, 847 (2020). 
    DOI:10.3390/cryst10090847
  • “High intensity laser driven oxygen source from CW laser heated titanium tape targets”
    Ko. Kondo, M. Nishiuchi, H. Sakaki, N. P. Dover, H. F. Lowe, T. Miyahara, Y. Watanabe, T. Ziegler, K. Zeil, U. Schramm, E. J. Ditter, G. S. Hicks, O. C. Ettlinger, Z. Najmudin, H. Kiriyama, M. Kando, and K. Kondo, Crystals, 10, 837 (2020).
    DOI:10.3390/cryst10090837
  • “High-thermal-conductivity SiC ceramic mirror for high-average-power laser system”
    Y. Miyasaka, Ko. Kondo, H. Kiriyama, Crystals, 10, 831, (2020).
    DOI:10.3390/cryst10090831
  • “Petawatt femtosecond laser pulses from titanium-doped sapphire crystal”
    H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, Y. Fukuda, A. Sagisaka, A. Kon, Y. Miyasaka, K. Ogura, N. P. Dover, Ko. Kondo, H. Sakaki, J. K. Koga, T. Zh. Esirkepov, K. Huang, N. Nakanii, M. Kando, K. Kondo, S. Bock, T. Ziegler, T. Püschel, K. Zeil, and U. Schramm, Crystals, 10, 783, (2020).
    DOI:10.3390/cryst10090783
  • “Single-shot measurement of post-pulse-generated pre-pulse in high power laser systems”
    A. Kon, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, M. Kando, S. Bock, T. Ziegler, T. Pueschel, K. Zeil, U. Schramm, and K. Kondo, Crystals, 10, 657 (2020).
    DOI:10.3390/cryst10080657
  • “Dynamics of Laser-driven Heavy Ion Acceleration Clarified by Ion Charge States”
    M. Nishiuchi, N. P. Dover, M. Hata, H. Sakaki, K. Kondo, H. F. Lowe, T. Miyahara, H. Kiriyama, J. K. Koga, N. Iwata, M. Alklhimova, A. S. Pirozhkov, A. Faenov, P. Tatiana, A. Sagisaka, Y. Watanabe, M. Kando, K. Kondo, E. J. Ditter, O. Ettlinger, G. Hicks, N. Zuflkar, T. Ziegler, K. Zeil, U. Schramm, and Y. Sentoku, Physical Review Research, 2, 033081 (2020).
    DOI:10.1103/PhysRevResearch.2.033081
  • “Status and progress of the J-KAREN-P high intensity laser system at QST”
    H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, Y. Fukuda, K. Ogura, A. Sagisaka, Y. Miyasaka, H. Sakaki, N. P.r Dover, K. Kondo, H. F. Lowe, A. Kon, J. K. Koga, T. Zh. Esirkepov, N. Nakanii, K. Huang, M. Kando, and K. Kondo, High Energy Density Physics, 36, 100771 (2020).
    DOI:10.1016/j.hedp.2020.100771
  • “Demonstration of repetitive energetic proton generation by ultra-intense laser interaction with a tape target”
    N. P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, Ko. Kondo, M. A. Alkhimova, A. Ya. Faenov, M. Hata, N. Iwata, H. Kiriyama, J. K. Koga, T. Miyahara, T. A. Pikuz, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Sentoku, Y. Watanabe, M. Kando, K. Kondo, H. F. Lowe, E. J. Ditter, O. C. Ettlinger, G. S. Hicks, Z. Najmudin, U. Schramm, T. Ziegler, and K. Zeil, High Energy Density Physics, 37, 100847 (2020).
    DOI:10.1016/j.hedp.2020.100847
  • “Experimental investigation on temporal contrast of pre-pulses by post-pulses in a petawatt laser facility”
    H. Kiriyama, Y. Miyasaka, A. Sagisaka, K. Ogura, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, M. Kando, and K. Kondo, Optics Letters, 45, 1100 (2020).
    DOI:10.1364/OL.384759
  • “Effect of small focus on electron heating and proton acceleration in ultra-relativistic laser-solid interactions”
    N. P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, K. Kondo, M. A. Alkhimova, A. Ya. Faenov, M. Hata, N. Iwata, H. Kiriyama, J. K. Koga, T. Miyahara, T. A. Pikuz, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Sentoku, Y. Watanabe, M. Kando, and K. Kondo, Physical Review Letters, 124, 084802 (2020).
    DOI:10.1103/PhysRevLett.124.084802
  • 「XeClエキシマレーザを用いた高強度レーザ駆動重イオン加速用炭素薄膜の開発」
    草場 光博, 児子 史崇, 近藤 康太郎, 西内 満美子, 榊 泰直, 桐山 博光, 橋田 昌樹, 阪部 周二, 電気学会論文誌A, 140, 395, (2020).
    DOI:10.1541/ieejfms.140.395
  • “Observation of Burst Intensification by Singularity Emitting Radiation generated from relativistic plasma with a high-intensity laser”
    A. Sagisaka, K. Ogura, T. Zh. Esirkepov, D. Neely, T. A. Pikuz, J. K. Koga, Y. Fukuda, H. Kotaki, Y. Hayashi, B. Gonzalez-Izquierdo, K. Huang, S. Bulanov, H. Kiriyama, K. Kondo, T. Kawachi, M. Kando, and A. S. Pirozhkov, High Energy Density Physics, 36, 100751 (2020).
    DOI:10.1016/j.hedp.2020.100751
  • “Relativistic flying forcibly oscillating reflective diffraction grating”
    J. Mu, T. Zh. Esirkepov, P. Valenta, Y. Gu, T. M. Jeong, A. S. Pirozhkov, J. K. Koga, M. Kando, G. Korn, and S. V. Bulanov, Physical Review E, 102, 053202 (2020).
    DOI:10.1103/PhysRevE.102.053202
  • “Soft X-ray spectrometers based on aperiodic reflection gratings and their application”
    E. N. Ragozin, E. A. Vishnyakov, A. O. Kolesnikov, A. S. Pirozhkov, A. N. Shatokhin, Physics-Uspekhi, accepted (2020).
    DOI:10.3367/UFNe.2020.06.038799
  • “Optical probing of relativistic plasma singularities”
    T. Zh. Esirkepov, J. Mu, Y. Gu, T. M. Jeong, P. Valenta, O. Klimo, J. K. Koga, M. Kando, D. Neely, G. Korn, S. Bulanov, and A. S. Pirozhkov, Physics of plasmas, 27, 052103 (2020).
    DOI:10.1063/5.0004525
  • “Recoil effects on reflection from relativistic mirrors in laser plasmas”
    P. Valenta, T. Zh. Esirkepov, J. K. Koga, A. S. Pirozhkov, M. Kando, T. Kawachi, Y.-K. Liu, P. Fang, P. Chen, J. Mu, G. Korn, O. Klimo, and S. Bulanov, Physics of Plasmas, 27, 032109 (2020).
    DOI:10.1063/1.5142084
  • “Generation of α-Particle Beams With a Multi-kJ, Peta-Watt Class Laser System”
    D. Margarone, A. Morace, J. Bonvalet, Y. Abe, V. Kantarelou, D. Raffestin, L. Giuffrida, P. Nicolai, M. Tosca, A. Picciotto, G. Petringa, G. A. P. Cirrone, Y. Fukuda, Y. Kuramitsu, H. Habara, Y. Arikawa, S.Fujioka, E. D’Humieres, G. Korn, and D. Batani, Frontiers in Physics, 8, 343 (2020).
    DOI:10.3389/fphy.2020.00343
  • “Correction method for the energy spectrum of laser-accelerated protons measured by CR-39 track detectors with stepwise energy filters”
    M. Kanasaki, K. Sakamoto, T. Asai, S. Jinno, S. Kodaira, T. Yamauchi, K. Oda, and Y. Fukuda, High Energy Density Physics, 37, 100852 (2020).
    DOI:10.1016/j.hedp.2020.100852
  • “Application of CR-39 Solid State Nuclear Track Detectors to Laser-Driven Ion Acceleration Experiments”
    M. Kanasaki, T. Yamauchi, K. Oda, and Y. Fukuda, Progress in Ultrafast Intense Laser Science XV, Topics in Applied Physics, 136, 133 (2020).
    DOI:10.1007/978-3-030-47098-2_7

 

2019

  • “High-Order Harmonics from Laser Irradiated Electron Density Singularity Formed at the Bow Wave in the Laser Plasma”
    J. Mu, Timur Esirkepov, P. Valenta, T. M. Jeong, Ya. Gu, J. K. Koga, A. S. Pirozhkov, M. Kando, G. Korn, and S. Bulanov, Physics of Wave Phenomena, 27, 247 (2019).
    DOI:10.3103/S1541308X19040010
  • “Similarity of magnetized plasma wake channels behind relativistic laser pulses with different wavelengths”
    A. Bierwage, T. Zh. Esirkepov, J. K. Koga, and A. S. Pirozhkov, Computer Physics Communications, 244, 49 (2019).
    DOI:10.1016/j.cpc.2019.07.004
  • “Collisionless electrostatic shock acceleration of proton using high intensity laser”
    M. Ota, A. Morace, R. Kumar, S. Kambayashi, S. Egashira, M. Kanasaki, Y. Fukuda, and Y. Sakawa, High Energy Density Physics, 33, 100697 (2019).
    DOI:10.1016/j.hedp.2019.100697
  • “Dynamics of the boundary layer created by the explosion of a dense object in an ambient dilute gas triggered by a high power laser”
    R. Matsui, Y. Fukuda, and Y. Kishimoto, Physical Review E, 100, 013203 (2019).
    DOI:10.1103/PhysRevE.100.013203
  • “Application of nuclear emulsions for the identification of multi-MeV protons in laser ion acceleration experiments”
    T. Asai, M. Kanasaki, S. Jinno, N. Kitagawa, N. Shutoh, S. Kodaira, T. Yamauchi, K. Oda, K. Morishima, and Y. Fukuda, High Energy Density Physics, 32, 44 (2019).
    DOI:10.1016/j.hedp.2019.04.002
  • “Quasimonoenergetic Proton Bunch Acceleration Driven by Hemispherically Converging Collisionless Shock in a Hydrogen Cluster Coupled with Relativistically Induced Transparency”
    R. Matsui, Y. Fukuda, and Y. Kishimoto, Physical Review Letters, 122, 014804 (2019).
    DOI:10.1103/PhysRevLett.122.014804

 

2018

  • “High-contrast high-intensity repetitive petawatt laser”
    H. Kiriyama, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, Y. Fukuda, K. Ogura, A. Sagisaka, Y. Miyasaka, M. Mori, H. Sakaki, N. P. Dover, Ko. Kondo, J. K. Koga, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, and K. Kondo, Optics Letters, 43, 2595 (2018).
    DOI:10.1364/OL.43.002595
  • “Laser Requirements for High-Order Harmonic Generation by Relativistic Plasma Singularities”
    A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, A. Sagisaka, K. Ogura, Y. Hayashi, H. Kotaki, E. N. Ragozin, D. Neely, J. K. Koga, Y. Fukuda, M. Nishikino, T. Imazono, N. Hasegawa, T. Kawachi, H. Daido, Y. Kato, S. V. Bulanov, K. Kondo, H. Kiriyama, and M. Kando, Quantum Beam Science, 2, 7 (2018).
    DOI:10.3390/qubs2010007
  • “UV Harmonic Generation and Laser-Driven Proton Acceleration from Thin-Foil Target”
    A. Sagisaka, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, K. Ogura, H. Sakaki, A. Ya. Faenov, T. A. Pikuz, T. Zh. Esirkepov, S. Bulanov, M. Kando, H. Kiriyama, and K. Kondo, The Review of Laser Engineering, 46, 148 (2018).
  • “Ion acceleration experiment with the high intensity, high contrast J-KAREN-P laser system”
    M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, N. P. Dover, K. Kondo, T. Miyahara, J. K. Koga, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Fukuda, K. Ogura, Y. Watanabe, M. Kando, and K. Kondo, The review of laser enginieering, 46, 145 (2018).
  • “Random spectral phase noise effect on the temporal contrast of ultra-high intensity laser pulse”
    H. Kiriyama, Y. Mashiba, Y. Miyasaka, and M. R. Asakawa, The Review of Laser Engineering, 46, 142 (2018).
  • “The J-KAREN-P facility laser performance status”
    H. Kiriyama, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, H. Sakaki, A. Sagisaka, N. P. Dover, Ko. Kondo, K. Ogura, M. Mori, Y. Miyasaka, N. Nakanii, K. Huang, J. K. Koga, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, and K. Kondo, The Review of Laser Engineering, 46, 134 (2018).
  • “Relativisitcally upshifted higher harmonic generation via relativistic flying mirrors”
    J. K. Koga, S. V. Bulanov, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, S. S. Bulanov, and A. S. Pirozhkov, Plasma Physics and Controlled Fusion, 60, 074007 (2018).
    DOI:10.1088/1361-6587/aac068
  • “Coherent, Short-Pulse X-ray Generation via Relativistic Flying Mirrors”
    M. Kando, T. Zh. Esirkepov, J. K. Koga, A. S. Pirozhkov, and S. V. Bulanov, Quantum Beam Science, 2, 9 (2018).
    DOI:10.3390/qubs2020009
  • “Aperiodic reflection diffraction gratings for soft X-ray radiation and their application”
    E. A. Vishnyakov, A. O. Kolesnikov, A. S. Pirozhkov, E. N. Ragozin, and A. N. Shatokhin, Quantum Electronics, 48, 916 (2018).
    DOI:10.1070/QEL16707
  • “Spectral characterisation of aperiodic normal-incidence Sb/B4C multilayer mirrors for the λ < 124 Å range”
    E. A. Vishnyakov, I. A. Kopylets, V. V. Kondratenko, A. O. Kolesnikov, A. S. Pirozhkov, E. N. Ragozin, and A. N. Shatokhin, Quantum Electronics, 48, 189 (2018).
    DOI:10.1070/QEL16574
  • “Review of HPLSE special issue on target fabrication”
    C. Spindloe, Y. Fukuda, P. Fitzsimmons, K. Du, and C. Danson, High Power Laser Science and Engineering, 6, e13 (2018).
    DOI:10.1017/hpl.2018.10
  • “Transition from nonlocal electron transport to radiative regime in an expanding blast wave”
    A. Marocchino, A. Ravasio, A. Levy, L. Lancia, Y. Fukuda, S. Jinno, S. Atzeni, D. Doria, C. Prigent, E. Lamour, D. Vernhet, M. Borghesi, and L. Romagnani, Applied Physics Letters, 112, 264104 (2018).
    DOI:10.1063/1.5022698
  • “Micron-size Hydrogen Cluster Target for Laser-Driven Proton Acceleration”
    S. Jinno, M. Kanasaki, M. Uno, R. Matsui, M. Uesaka, Y. kishimoto, and Y. Fukuda, Plasma Physics and Controlled Fusion, 60, 044021 (2018).
    DOI:10.1088/1361-6587/aaafa8

 

2017

  • “High resolution X-ray spectra of stainless steel foils irradiated by femtosecond laser pulses with ultra-relativistic intensities”
    M. A. Alkhimova, A. Ya. Faenov, I. Yu. Skobelev, T. A. Pikuz, M. Nishiuchi, H. Sakaki, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, N. P. Dover, Ko. Kondo, K. Ogura, Y. Fukuda, H. Kiriyama, K. Nishitani, T. Miyahara, Y. Watanabe, S. A. Pikuz, M. Kando, R. Kodama, and K. Kondo, Optics Express, 25, 2950 (2017).
    DOI:10.1364/OE.25.029501
  • “Scintillator-based transverse proton beam profiler for laser-plasma ion sources”
    N. P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, M. A. Alkhimova, A. Ya. Faenov, Y. Fukuda, H. Kiriyama, A. Kon, Ko. Kondo, K. Nishitani, K. Ogura, T. A. Pikuz, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, M. Kando, and K. Kondo, Review of Scientific Instruments, 88, 073304 (2017).
    DOI:10.1063/1.4994732
  • “Approaching the diffraction-limited, bandwidth-limited Petawatt”
    A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, A. Sagisaka, K. Ogura, M. Mori, M. Kishimoto, H. Sakaki, N. P. Dover, Ko. Kondo, N. Nakanii, K. Huang, M. Kanasaki, K. Kondo, and M. Kando, Optics Express, 25, 20486 (2017).
    DOI:10.1364/OE.25.020486
  • “High power Laser Facilities in Kansai Photon Science Institute”
    K. Kondo, W. Utsumi, M. Kando, M. Nishikino, R. Itakura, and H. Kiriyama, Quantum Beam Science, 1, 7 (2017).
    DOI:10.3390/qubs1010007
  • “High-dynamic-range cross-correlator for shot-to-shot measurement of temporal contrast”
    A. Kon, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, K. Ogura, M.i Mori, H. Sakaki, M. Kando, and K. Kondo, Japanese Journal of Applied Physics, 56, 012701 (2017).
    DOI:10.7567/jjap.56.012701
  • “Development of Stable Seed Pulses for Optically Synchronized Optical Parametric Chirped-Pulse Amplifier Pumping”
    Y. Miyasaka, H. Kiriyama, M. Kishimoto, M. Mori, M. Kando, and K. Kondo, The Review of Laser Engineering, 45, 108 (2017).
  • “Burst intensification by singularity emitting radiation in multi-stream flows”
    A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, K. Ogura, Y. Hayashi, H. Kotaki, E. N. Ragozin, D. Neely, H. Kiriyama, J. K. Koga, Y. Fukuda, A. Sagisaka, M. Nishikino, T. Imazono, N. Hasegawa, T. Kawachi, P. R. Bolton,H. Daido,  Y. Kato, K. Kondo, S. V. Bulanov, and M. Kando, Scientific Reports, 7, 17968 (2017).
    DOI:10.1038/s41598-017-17498-5
  • “Plasma mirror implementation on LFEX laser for ion and fast electron fast ignition”
    A. Morace, S. Kojima, Y. Arikawa, S. Fujioka, A. Yogo, S. Tosaki, S. Sakata, Y. Abe, S. H. Lee, K. Matsuo, A. Sagisaka, K. Kondo, A. S. Pirozhkov, T. Norimatsu, T. Jitsuno, N. Miyanaga, H. Shiraga, M. Nakai, H. Nishimura, and H. Azechi, Nuclear Fusion, 57, 126018 (2017).
    DOI:10.1088/1741-4326/aa74ec
  • 「オンライン型トムソンパラボラスペクトロメータによるレーザー加速イオンのリアルタイム計測」
    神野 智史, 福田 祐仁, 放射線化学, 104, 41 (2017).
  • 「固体飛跡検出器 CR-39を用いたレーザー加速イオンのエネルギースペクトル及び空間分布の高精度計測」
    金崎 真聡, 小田 啓二, 山内 知也, 福田 祐仁, 放射線化学, 104, 35 (2017).
  • “Characterization of micron-size hydrogen clusters using Mie scattering”
    S. Jinno, H. Tanaka, R. Matsui, M. Kanasaki, H. Sakaki, M. Kando, K. Kondo, A. Sugiyama, M. Uesaka, Y. Kishimoto, and Y. Fukuda, Optics Express, 25, 18774 (2017).
    DOI:10.1364/OE.25.018774
  • “Ion pinhole imaging diagnostics on fast ion source in femtosecond laser plasma of cluster targets”
    S. Makarov, S. Pikuz, A. Faenov, T. Pikuz, Y. Fukuda, I. Skobelev, I. Zhvaniya, S. Varzar, M. Kando, and R. Kodama, Optics Express, 25, 16419 (2017).
    DOI:10.1364/OE.25.016419
  • “Numerical modelling of the cluster targets for their optimization in femtosecond-laser-cluster-driven experiments”
    A. S. Boldarev, A. Y. Faenov, Y. Fukuda, S. Jinno, T. A. Pikuz, M. Kando, K. Kondo, and R. Kodama, Laser and Particle Beams, 35, 397 (2017).
    DOI:10.1017/S0263034617000350

 

 

2. 受賞

  • 2020年9月 光・量子ビーム科学合同シンポジウム2020 ベストポスター賞
    標題:Study of SiC ceramic mirror for high-power laser system
    受賞者:宮坂泰弘
  • 2020年9月 日本物理学会2020年秋季大会 領域2学生優秀発表賞
    標題:原子核乾板スタック内での多重クーロン散乱過程を利用したサブGeV級
    レーザー加速陽子線評価手法の開発
    受賞者:浅井孝文
  • 2019年12月 神戸大学若手フロンティア研究会2019 ポスター賞(加速器部門賞)
    標題:タンデム加速器を用いた陽子線及び金イオン照射によるトムソンパラボラスペクトロメータの校正
    受賞者:清水和輝、神野智史、金崎真聡、谷池 晃、古山雄一、小田啓二、山内知也、福田祐仁
  • 2019年7月 量子科学技術研究開発機構 理事長表彰 研究開発功績賞
    標題:宇宙線発生の仕組みを利用した陽子加速機構に関する研究
    受賞者:福田祐仁、松井隆太郎、岸本泰明
  • 2019年3月 日本物理学会第74回年次大会 領域2学生優秀発表賞
    標題:Energetic Ion Acceleration with J-KAREN-P Laser Using Nanometer Thickness Graphene Targets 
    受賞者:T. Minami, H. Habara, T. Hihara, K. Sakai, W. Y. Woon, Y. T. Liao, Y. Fukuda, Ko. Kondo,
                H. Kiriyama, Y. Sakawa, A. Morace, S. Egashira, M. Ota, T. Izumi, T. Morita, M. Takagi,
                K. Oda, T. Yamauchi, M. Kanasaki, K. Morii, T. Asai, K. Sakamoto, K. Shimizu, S. Jinno,
                N. Woolsey, L. Döhl, Y. Kuramitsu
  • 2018年9月 第79回応用物理学会秋季学術講演会 放射線分科会学生ポスター賞
    標題:固体飛跡検出器CR-39を用いた水素クラスターのクーロン爆発で加速されるMeV級陽子線の計測
    受賞者:森井厚作、宇野雅貴、浅井孝文、坂本渓太、清水和輝、小田啓二、山内知也、福田祐仁、
        神野智史、金崎真聡
  • 2017年6月 レーザ加工学会誌 ベストオーサー賞
    標題:フェムト秒レーザと金属表面の相互作用により誘起されるレーザナノアブレーション
    受賞者:宮坂泰弘
  • 2017年3月 日本物理学会第72回年次大会 領域2学生優秀発表賞
    標題:相対論的透明化領域におけるクラスター内無衝突衝撃波による290 MeV準単色プロトン加速
    受賞者:松井隆太郎、福田祐仁、岸本泰明

 

 

3. プレス発表