【研究分野】光工学・光量子科学

【研究領域課題番号】16H03881 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アト秒科学 / 第一原理計算 / 極紫外自由電子レーザー / 角度分解光電子分光 / 光電子放出遅延 / 自由電子レーザー / 応用光学・量子光工学 / 量子エレクトロニクス

【研究成果の概要】

高次高調波発生（高強度のレーザーパルスを原子・分子に照射すると高次の倍波が発生する現象）や自由電子レーザーによって、アト秒～フェムト秒の時間幅を持った極紫外領域の超短光パルスを発生することが可能になった。本研究では、実験結果が豊富なNe原子について、極紫外パルスによる光電子放出を第一原理計算を用いて明らかにした。効率的な吸収境界である無限範囲外部複素スケーリングを世界で初めて多電子系に適用し、時間依存表面フラックス法によって角度分解光電子スペクトルの抽出を可能にした。自由電子レーザー・フェルミで行われた2色パルスによるコヒーレント制御実験と比較したところ、ぴったりと一致する結果が得られた。

【研究の社会的意義】

本研究の成果を通じて、高強度レーザーパルスや超短パルスコヒーレント極紫外パルスによる、数十もの電子を含む原子の光イオン化を第一原理的にシミュレーションすることが可能になった。計算によって得られるイオン化の収率や角度分解光電子エネルギースペクトルは数値的に厳密なものであり、実験との一致はみごとで、実験で観測される様々な現象のメカニズム等に関する理解の深化に貢献できる。数年前には夢物語と思われた第一原理シミュレーションを実現したといえ、アト秒～フェムト秒極紫外パルスを使って電子ダイナミクスを観測・制御する技術の発展に、大きく寄与すると期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)

【研究分野】光工学・光量子科学

【研究領域課題番号】26600111 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アト秒科学 / 量子エレクトロニクス / 強光子場科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算

【研究成果の概要】

超短パルス高強度レーザーに照射された分子の中における電子のダイナミクスを、第一原理シミュレーションの結果を解析することで明らかにした。水素分子のEnhanced Ionizationをボーム経路を用いて解析した結果、従来考えられていたのとは違って、低いポテンシャル井戸からイオン化するプロセスも重要であることを明らかにした。また、多配置時間依存ハートリーフォック法を用いて、3電子以上の分子、3原子以上の分子、非直線分子からの高次高調波発生を、世界で初めてシミュレーションすることに成功した。また、アト秒パルスで照射された分子中における、電荷マイグレーションのシミュレーションに成功した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】応用光学・量子光工学

【研究領域課題番号】23226003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アト秒科学 / 光源技術 / 光・量子ビーム / 超高速分光 / 軟X線分光 / 超精密計測 / 非線形光学 / 赤外材料・素子 / 応用光学・量子光学 / 量子エレクトロニクス / X線 / アト秒光学 / 光物性 / アト秒光科学 / 原子・分子物理 / 高性能レーザー / テラヘルツ／赤外材料・素子 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / 量子ビーム / 放射線、X線、粒子線

【研究成果の概要】

BIBO結晶を用いた光パラメトリックチャープパルス増幅法に基づく高強度極短パルス赤外光源を開発した。得られた出力は、繰り返し1kHz、パルスエネルギー1.5mJ、パルス幅11fs、キャリアエンベロープ位相(CE位相)安定というものであり、世界的にも先端的な光源を実現した。本光源を用いた高次高調波発生実験では、高調波の最大光子エネルギーは325eVに到達した。CE位相敏感な軟X線スペクトルの振る舞いから、250～325eVにおいて孤立アト秒パルスが発生していることが示された。炭素系物質の吸収スペクトル測定にも成功し、アト秒軟X線吸収分光が可能であることが実験的に示された。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】145,340千円 (直接経費: 111,800千円、間接経費: 33,540千円)