サブサイクル光の高エネルギー増幅に成功 -アト秒を超えるゼプト秒パルス発生への重要な一歩-

2026-10-22 理化学研究所

理化学研究所の研究チームは、光の電場が1回振動し終わる前にパルスが終了する「サブサイクルレーザー光」を高出力化する増幅技術を開発した。新たに開発した波形合成シード発生法と、異種非線形結晶・二重チャープ光パラメトリック増幅(HNC-DCOPA)法を組み合わせ、極めて広い1.4オクターブの波長帯域を維持したまま、サブサイクル光のパルスエネルギーを従来報告値の100倍以上に高めた。得られたパルス幅は6.7フェムト秒で、中心波長約2.27マイクロメートルの光電場振動周期7.54フェムト秒を下回り、サブサイクル条件を満たした。さらに、この高出力レーザーを用いた高次高調波発生実験により、アト秒パルス生成に適した特性を確認した。今回の成果は、電子の超高速運動を捉える時間分解計測の高度化につながるほか、将来的には10アト秒未満の光パルスや、アト秒よりさらに短いゼプト秒パルスの実現に向けた基盤技術となる。なお、ゼプト秒パルスそのものを今回実現したわけではない。

サブサイクル光の高エネルギー増幅に成功 -アト秒を超えるゼプト秒パルス発生への重要な一歩-
サブサイクルレーザーによるアト秒パルス発生の概念図

<関連情報>

100mJクラスの中赤外サブサイクルレーザーによる、高強度な1桁アト秒パルスの実現に向けて Towards intense single-digit attosecond pulses with a 100-mJ-class mid-infrared sub-cycle laser

Kaito Nishimiya, Rambabu Rajpoot, and Eiji J. Takahashi
Science Advances  Published:21 Oct 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aed5357

Abstract

The duration of isolated attosecond pulses created via high-order harmonic generation is determined by the number of optical cycles in the driving laser. Achieving shorter attosecond soft x-ray pulses requires minimizing the number of cycles while maintaining a high pulse energy. Here, we demonstrate a carrier-envelope-phase-stable, 100-mJ-class sub-cycle mid-infrared laser that produces a supercontinuum coherent soft-x-ray with unprecedented bandwidth. The system delivers 50-mJ, 6.7-fs (0.88-cycle) pulses at a center wavelength of 2.26 μm—over two orders of magnitude more energetic than any previous sub-cycle laser. We applied the system to high-order harmonic generation and compared the results to simulations based on the three-dimensional time-dependent Schrödinger equation to identify unique features of sub-cycle lasers. This work represents a decisive step toward high-energy half-cycle lasers and high-energy single-digit attosecond soft x-ray pulses that can be used to probe matter and light-matter interactions at previously inaccessible temporal resolutions.

1701物理及び化学
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