アト秒レーザーのサブミクロン集光を実現 -電子の動きを「アト秒で変化させて利用する」研究に道-

2026-09-28 理化学研究所

理化学研究所は、アト秒レーザーを460nm×360nmというサブミクロン領域まで集光し、3.0×10¹⁵ W/cm²の世界最高ピーク強度を実現した。アト秒レーザーは、原子・分子・固体中の電子の動きを観測できる極短パルス光源だが、電子状態そのものを変化させるには、さらに高い光強度が必要となる。研究チームは、表面形状誤差を0.892nmに抑えたモリブデン/シリコン多層膜の楕円面ミラーを開発し、焦点位置の揺らぎをリアルタイムで補正する制御系と、ナイフエッジ法による高精度測定を組み合わせた。その結果、従来のテーブルトップ型アト秒レーザーを大幅に上回る集光性能を実現した。今後は10¹⁶ W/cm²級への高強度化により、固体を含む物質のアト秒非線形光学、電子状態の超高速制御・計測、材料表面の微細加工などへの展開が期待される。

アト秒レーザーのサブミクロン集光を実現 -電子の動きを「アト秒で変化させて利用する」研究に道-
ギガワット級アト秒レーザーのサブミクロン集光イメージ

<関連情報>

10¹⁶ W/cm²に近づく孤立したアト秒 XUV パルスのサブマイクロメートル集束 Submicrometer Focusing of Isolated Attosecond XUV Pulses Approaching 1016 W/cm2

Kotaro Imasaka, Dianhong Dong, Natsuki Kanda, Bing Xue, […] , and Eiji J. Takahashi
Ultrafast Science  Published:23 Sep 2026
DOI:https://doi.org/10.34133/ultrafastscience.0198

Abstract

We demonstrate submicrometer focusing of isolated attosecond pulses in the extreme ultraviolet region using a custom ellipsoidal mirror. The obtained focal spot sizes were verified using knife-edge measurements with a sharp silicon edge, confirming reproducible dimensions down to 0.46 μm × 0.36 μm (full width at half maximum), demonstrating near-diffraction-limited focusing performance. Focusing a 1.1-GW tabletop isolated attosecond pulse source yields a peak intensity of 3 × 1015 W/cm2, and a realistic pathway toward 1016 W/cm2 is obtained by optimizing the beamline throughput. These results establish a practical route toward attosecond nonlinear optics in both gas and solid phases, driven by intense extreme ultraviolet fields.

1701物理及び化学
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