レーザー誘起電子散乱による超高速分子イメージング

使用激光诱导电子散射的超快分子成像

• 批准号: 15F15316
• 负责人: 板谷 治郎
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-11-09 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15316/
• 关键词: アト秒科学; 高強度レーザー; 光電子散乱

強レーザー場中で原子がトンネルイオン化する際に、放出された電子は光電場で加速される。レーザー光が直線偏光の場合、イオン化の約１／４周期後に光電場が反転し、その結果、加速された電子は発生源である原子に衝突し、散乱する。この現象は「レーザー誘起電子散乱」と呼ばれ、散乱源の電子構造を測定する手法として期待されている。しかし、マルチサイクルのフェムト秒レーザーパルスを用いた場合、包絡線強度の異なる時刻での散乱が複数回発生し、その結果、衝突エネルギーの異なる散乱現象が多数重なり合ってしまうという問題があった。本研究では、赤外域でキャリアエンベロープ位相（carrier envelope phase; CE位相）が制御された高強度極短レーザーパルス（中心波長1600 nm, パルス幅10 fs, 繰り返し1 kHz）を希ガス原子（Ar, Kr, Xe）に集光し、発生する光電子スペクトルを測定した。光電子スペクトルには「ハーフサイクルカットオフ」と呼ばれるCE位相に敏感なスペクトル構造が現れるため、一回のトンネルイオン化に対応する光電子散乱のみをエネルギー的に分離することが出来る。さらに、ハーフサイクルカットオフ構造の最大エネルギー部分では二つの電子軌道が縮退するため、光パルス中で完全に一回しか起こらない光電子散乱の信号を切り出すことが出来る。このことを利用して、CE位相を操作することによって電子の衝突エネルギーを制御する手法「CE位相マッピング法(carrier-envelope phase mapping)」を提案し、実証した。特にXe原子のレーザー誘起電子散乱において、微分散乱断面積を実験的に求めた。この結果は、現時点で最も厳密な散乱モデルで計算される微分散乱断面積と定量的によく一致したことから、本手法の妥当性が明確に示された。

で atoms in the strong レ ー ザ ー field が ト ン ネ ル イ オ ン change す る interstate に, release さ れ た electronic は photoelectric field で accelerate さ れ る. レ ー ザ ー が linear polarized light の occasions, イ オ ン change about 1/4 cycle after の に が photoelectric field inverse planning し, そ の results, accelerate さ れ た electronic は 発 students で あ る atomic し に conflict, scattered す る. こ の phenomenon は "レ ー ザ ー induced electronic scattered" と shout ば れ, determination of scattered source の electronic structure を す る gimmick と し て expect さ れ て い る. し か し, マ ル チ サ イ ク ル の フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー パ ル ス を with い た occasions, envelope intensity の different な る moment で の scattered が plural 発 し, back そ の results, conflict エ ネ ル ギ ー の different な る scattered phenomenon が most heavy な り close っ て し ま う と い う problem が あ っ た. In this study, the で で, red outer domain でキャリアエ ベロ ベロ プ プ phase (carrier envelope phase; CE phase) が suppression さ れ た high strength very short レ ー ザ ー パ ル ス (center wavelength of 1600 nm, パ ル ス 10 fs, Qiao り return し 1 kHz) を bush ガ ス atoms (Ar, Kr and Xe) に light し, 発 す る photoelectron ス ペ ク ト ル を determination し た. Photoelectron ス ペ ク ト ル に は "ハ ー フ サ イ ク ル カ ッ ト オ フ" と shout ば れ る CE phase sensitive に な ス ペ ク ト ル tectonic が now れ る た め, once の ト ン ネ ル イ オ ン change に 応 seaborne す る photoelectron scattered の み を エ ネ ル ギ ー に separation す る こ と が る. さ ら に, ハ ー フ サ イ ク ル カ ッ ト オ フ tectonic の biggest エ ネ ル ギ ー part で は two つ の electron orbital が retreat す る た め, light パ ル ス で に completely in one し か up こ ら な い photoelectron scattered の signal を り cutting out す こ と が る. こ の こ と を using し て, CE phase を operation す る こ と に よ っ て electronic の conflict エ ネ ル ギ ー を suppression す る gimmick "CE phase マ ッ ピ ン グ method (carrier - envelope phase mapping)" を proposal し, be し た. The にXe atom <s:1> レ ザ ザ ザ に induces electron dispersion にお て て and the に calculation of the cross-sectional area of differential dispersion を experiment めた. こ は の results, and now the most も で 厳 dense な scattered モ デ ル で computing さ れ る differential scattered broken area と quantitative に よ く consistent し た こ と か ら, this technique の justice が に clearly shown さ れ た.

项目成果

モスクワ物理技術研究所(ロシア連邦)

莫斯科物理技术学院（俄罗斯联邦）

Carrier-envelope phase mapping in laser-induced electron diffraction

激光诱导电子衍射中的载流子包络相位映射

• DOI: 10.1103/physreva.94.033417
• 发表时间: 2016
• 期刊: Phys. Rev. A
• 作者: Henning Geiseler;Nobuhisa Ishii;Keisuke Kaneshima;Florian Geier;Teruto Kanai;Oleg I. Tolstikhin;Toru Morishita;and Jiro Itatani
• 通讯作者: and Jiro Itatani

Carrier-Envelppe Phase Mapping of Laser-Induced Electron Scattering

激光诱导电子散射的载流子包络相位映射

• 发表时间: 2015
• 作者: H. Geiseler;N. Ishii;F. Geier;K. Kaneshima;T. Kanai;and J. Itatani
• 通讯作者: and J. Itatani

Generation of carrier-envelope phase-stable 8.1-fs infrared pulses at 20 kHz in a BiB3O6-based optical parametric amplifier

在基于 BiB3O6 的光学参量放大器中生成 20 kHz 载波包络相位稳定 8.1-fs 红外脉冲

• 发表时间: 2016
• 作者: Florian Geier;Justinas Pupeikis;Henning Geiseler;Nobuhisa Ishii;Teruto Kanai;and Jiro Itatani
• 通讯作者: and Jiro Itatani

Generation of millijoule infrared few-cycle pulses and their application to strong-field experiments

毫焦红外少周期脉冲的产生及其在强场实验中的应用

• 发表时间: 2015
• 作者: H. Geiseler;N. Ishii;K. Kaneshima;T. Kanai;and J. Itatani
• 通讯作者: and J. Itatani