阪大ら，高効率のレーザー駆動粒子加速を実現

大阪大学，ドイツのマックス・ボルン研究所，ロシアのサンクトペテルブルグ大学の研究グループは，複数のレーザービームの同時照射で現れる干渉パターンが粒子加速を増強することを世界で初めて実証した（ニュースリリース）。

レーザー加速は，特に固体薄膜を高強度レーザーで照射することで，高エネルギーのイオン加速が起こることが知られており，医療応用や構造物の非破壊検査等への応用が期待されている。

イオンエネルギーの増強には，レーザー光のプラズマ中での吸収率の向上が鍵で，これまで固体ターゲット表面を光の波長オーダーの微細な凹凸構造に加工する方法があった。しかしこのような微細構造は，強いレーザー光の照射の初期段階で破壊され，その効果が持続しなかった。

今回の研究では，LFEXレーザーの4本のビームを同時に同1点に重ね合わせて照射することで，物質表面に光の自己干渉パターンが発生し，微細加工の凹凸構造と同じ働きをすることを示した。干渉パターンはレーザーの照射中に持続的に形成されているため，レーザー吸収率が向上することがわかった。

その結果，発生する電子のエネルギーと個数が飛躍的に増加することを観測した。ビーム間の角度を最適化すれば，4倍以上の効率改善が見込まれるという。

レーザーの干渉という光の特性を活用した今回の成果は，1つの強いレーザービームよりも，総エネルギーが同じ複数の弱いレーザービームの同時照射の方が，レーザーからプラズマ粒子へのエネルギー変換効率が高くなることを示した画期的なもの。

今回の研究で示した光の干渉効果はレーザー照射中に持続するため，レーザーのコントラストや照射時間に依存せず，その効果を発揮することができる。また，干渉パターンはレーザーの照射角度など照射条件で制御することが可能であるため，レーザー駆動イオン加速や高輝度X線源のパフォーマンスの改善が期待できるとする。

研究グループは，今回の成果が医療応用や非破壊検査等に資する将来のハイパフォーマンスレーザーの開発に新しい方向性を示すものだとしている。