物理科学課題演習ガイダンス平成１９年２月１５日

阪部周二

橋田昌樹

時田茂樹

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

藤原義和

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

T6Table-top Ten TW Ten-Hz Tunable Ti:sapphire laser

レーザー物質科学阪部研究室

（ 素粒子・ ビーム物理分科）

P＝　　　　　 　＝1×1012 W

100×10-15s

0.1 J

1018 W/cm

2

1012 V/m

直径10µmの領域に集光すると

この強度で作り出される光の電界強度は

高強度極短パルスレーザー

時間（秒）

極短パルスレーザーパワー(W)

dt＝100fs

（レーザー物質科学分科）

THzTHz白色光白色光

イオンイオン

電子電子

XX線線

高速分光

時間分解電子線回折

高ｴﾈﾙｷﾞｰ科学ｲｵﾝ源

e-px-

- hν

時間分解X線回折

非熱加工・改質

質量分析高輝度高輝度パルスパルス点源点源

レーザー物質相互作用の物理とその応用レーザー物質相互作用の物理とその応用

レーザー光学レーザー光学 放射線科学放射線科学プラズマ物理プラズマ物理

260 nm

1 04

1 06

1 08

1 01 0

1 01 2

5 00 1000 1500 2000 2500

Forward (0o)

Backward(140o)

Energy (keV)

1013 1014 1015 101610-4

10-3

10-2

10-1

Laser intensity / Wcm -2

Ion

inte

nsity

(arb

. uni

t)

slope 0.9

HCl

ClCl

Cl

Cl

+

slope 5.7

multi-photon ionization

optical field ionization

1 04

1 06

1 08

1 01 0

1 01 2

5 00 1000 1500 2000 2500

Forward (0o)

Backward(140o)

Energy (keV)

I=1018W/cm2

高強度短パルスレーザー

薄膜

高エネルギー電子、イオン

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

クラスター分子も壊す事無くイオン化でき、クーロン力で爆発を起こすことが可能

Surface ionizationwith a intensefemtosecond laser

Surface Coulomb explosion Skinned cluster

It may be possible to skin a nano particle with intense femtosecon laser

1013 1014 1015 101610-4

10-3

10-2

10-1

Laser intensity / Wcm -2

Ion

inte

nsity

(arb

. uni

t)

slope 0.9

HCl

ClCl

Cl

Cl

+

slope 5.7

multi-photon ionization

optical field ionization

塩素基の多くついたベンゼン分子は励起寿命は短く、容易に解離するためイオンになりにくい。

応用の可能性・ダイオキシンなどの質量分析・大型分子（生体分子）などの空間分解質量分析

高速で高強電界を印加できる高強度短パルスレーザーでは分子を壊す事無く、分子イオンを生成できる

高強度極短パルスレーザーと物質の相互作用

Target: Cu

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

カーボンナノチューブ（CNT）電極の電流放出特性はフェムト秒レーザー照射により改善

レーザー照射未照射

カソード電極

ゲート電極

アノード電極

ターンオン電界：10V/μmラマン分光S／A：1.7

可視光

カソード基板

ターンオン電界：<1.8V/μmラマン分光S／A：>2.4

起毛CNT電界放出電子

可視光

ラマン分光S／Aとはナノチューブ／アモルファス

CNT電界放出電子

130fsではPTFEの微細構造を破壊することなくアブレーションしていること確認

400ps 130fs

－穴断面SEM観察－

1 0 μm

レーザー未照射部

10µmの樹脂塊が発生 微細構造の維持

Ultra-intense ultra-short pulse

laser system

+

フェムト秒レーザーナノアブレーション

レーザー電界ナノ加工ナノアブレーションの物理とナノスケール微細構造形成と改質

ナノ粒子（クラスター）のクーロン爆発によるドライ加工

フェムト秒レーザーソフトイオン化

高分子、生体組織などの次世代質量分析科学

レーザー生成放射線の応用

ions

positronspositron emittersneutronsγ-rays

加速器科学のための先端イオン源

先端時間分解顕微鏡科学

260 nm

レーザー物質科学分科の研究課題演習を通じて、研究の一端や雰囲気を感じて下さい

1 04

1 06

1 08

1 01 0

1 01 2

500 1000 1500 2000 2500

Forward (0o)

Backward(140o)

Energy (keV)

X-rays

高輝度短パルスX線構造解析装置

electrons

高時間分解解析科学

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

橋田、時田相互作用実験６

橋田、時田レーザーの性質

（回折、反射、偏光、吸収など）

１２

藤原相対論ゼミ６

阪部高強度レーザーゼミ３

担当教員演習項目コマ数

超高強度極短パルスレーザー実験室

T6レーザーシステム

照射チャンバー