高強度・高コントラストOPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザーシステム

High-peak-power, high-contrast OPCPA/Ti:sapphire laser system

桐山 博光; 森 道昭; 大東 出; 小瀧 秀行; 金沢 修平; 近藤 修司; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; 岡田 大; 本村 朋洋*; 大道 博行; Bulanov, S. V.; 木村 豊秋

Kiriyama, Hiromitsu; Mori, Michiaki; Daito, Izuru; Kotaki, Hideyuki; Kanazawa, Shuhei; Kondo, Shuji; Nakai, Yoshiki; Shimomura, Takuya*; Tanoue, Manabu*; Akutsu, Atsushi; Okada, Hajime; Motomura, Tomohiro*; Daido, Hiroyuki; Bulanov, S. V.; Kimura, Toyoaki

相対論領域における高強度レーザーと物質との相互作用の研究のために、従来のチタンサファイアチャープパルス増幅(CPA)と光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)を組合せた高強度・高コントラストレーザーの開発を行った。10Hzの繰り返し動作で、パルス圧縮前でパルスあたりのエネルギー2.9Jを得た。再圧縮されたパルス幅は19fsであり、ピークパワーは80TWに達する。OPCPAを前置増幅器として導入することにより、従来よりも3から4桁高い数ピコ秒領域で710以下の高いコントラストを達成した。また、最終段のチタンサファイア結晶を77K以下に冷却することにより、最大励起時で4kmの長い熱レンズ焦点距離を得た。

We report a high-peak-power, high-contrast laser system, which combines both conventional Ti:sapphire chirped-pulse amplification (CPA) and optical parametric chirped-pulse amplification (OPCPA) techniques for use in experiments where relativistic effects dominate the physics. We have achieved an amplified energy of 2.9 J and an ultrashort recompressed amplified pulse duration of 19fs, corresponding to the peak power of 80 TW, at a 10 Hz repetition rate. With the use of OPCPA, the pre-pulse contrast is enhanced to better than 7 10 in a few picoseconds before the main pulse, which corresponds to an improvement of three to four orders in magnitude compared with conventional systems. By cooling the crystal in the final Ti:sapphire power amplifier down to 77 K, the thermal focal length of about 4 km is obtained when pumped with the maximum pumping condition and has almost no effect on thermal lensing.