High-contrast, high-intensity laser pulse generation using a nonlinear preamplifier in a Ti:sapphire laser system

OPCPA/チタンサファイアハイブリッドレーザーシステムによる高コントラスト・高強度レーザーパルスの生成

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也*; 田上 学*; 圷 敦; 近藤 修司; 金沢 修平; 岡田 大; 本村 朋洋*; 大道 博行; 木村 豊秋; 田島 俊樹

Kiriyama, Hiromitsu; Mori, Michiaki; Nakai, Yoshiki; Shimomura, Takuya*; Tanoue, Manabu*; Akutsu, Atsushi; Kondo, Shuji; Kanazawa, Shuhei; Okada, Hajime; Motomura, Tomohiro*; Daido, Hiroyuki; Kimura, Toyoaki; Tajima, Toshiki

レーザー駆動粒子加速をはじめとした超高強度光利用研究を推進するために、光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)と従来のチタンサファイアチャープパルス増幅器を組合せた高強度・高コントラストレーザーシステムの開発を行っている。チタンサファイアレーザー発振器からの10fs以下のパルス光は、パルス拡張器によりそのパルス幅を1nsに伸張される。パルス拡張されたシード光はOPCPA前置増幅器により、高い利得で数mJにまで増幅され、その後、チタンサファイア前置増幅器300mJ,チタンサファイア主増幅器で3Jにまで増幅される。チタンサファイア主増幅器における熱負荷を低減させるために結晶を100K以下にまで冷却している。最後にパルス圧縮を行うことにより、19fsのパルス幅で80TWのピークパワーまで得られている。パルス圧縮後のコントラストは、メインパルスの数ps前までの時間領域において、710以下の高いコントラストを達成した。

We report on a high-contrast, high-intensity Ti:sapphire chirped-pulse amplification system that incorporates a nonlinear pre-amplifier based on optical parametric chirped-pulse amplification (OPCPA) for use in experiments where relativistic effects dominate the physics. By cooling the Ti:sapphire crystal in the final amplifier down to 77 K, the chirped-pulses are amplified to 2.9 J at 10 Hz repetition rate without thermal lensing effect. Pulse compression down to 19-fs duration obtained after amplification indicates a peak power of 80 TW. With the OPCPA, the temporal contrast is significantly improved to better than 710 in a few picoseconds interval prior to the main laser pulse.