High intensity, high beam quality laser pulses with a double CPA, OPCPA/Ti:sapphire laser system for studying relativistic light-matter interactions

相対論領域のレーザーと物質との相互作用研究のための高強度、高コントラストOPCPA/Ti:sapphireダブルCPAレーザーシステム

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; 金沢 修平; 匂坂 明人; 大東 出; 小瀧 秀行; 笹尾 一; 若井 大介*; 田中 桃子; 越智 義浩; 鈴木 将之; 杉山 僚; 大道 博行; Bulanov, S. V.; 小池 雅人; Bolton, P. R.; 河西 俊一

Kiriyama, Hiromitsu; Mori, Michiaki; Nakai, Yoshiki; Shimomura, Takuya; Tanoue, Manabu*; Okada, Hajime; Kondo, Shuji; Kanazawa, Shuhei; Sagisaka, Akito; Daito, Izuru; Kotaki, Hideyuki; Sasao, Hajime; Wakai, Daisuke*; Tanaka, Momoko; Ochi, Yoshihiro; Suzuki, Masayuki; Sugiyama, Akira; Daido, Hiroyuki; Bulanov, S. V.; Koike, Masato; Bolton, P. R.; Kawanishi, Shunichi

チャープパルス増幅(CPA)法により高強度レーザー技術は著しく進展し、現在、相対論領域でのレーザーと物質との相互作用の実験的研究が可能となっている。最近、原子力機構において、60TW, 30fs, 10Hzで動作するJ-KARENレーザーを用いることにより、10桁以上の高いコントラスト、10W/cm以上の高い集光強度を達成した。ここでは、J-KARENレーザーのPWレベルへのアップグレードについて述べる。既存の60TW級J-KARENレーザーからの3Jのチャープパルスは50mmのビーム径にアップコリメーションされ、80mmの大口径チタンサファイア増幅器によりさらに増幅される。励起レーザーにはNd:ガラスレーザーの第二高調波光を用い、高信頼性,高安定性動作のために、回折光学素子を用いて空間パターンの均質化を行っている。圧縮前で30Jを超える高い増幅エネルギーを高いビーム品質で得た。本システムにより、再圧縮することにより、約500TW級の高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。

We demonstrated laser peak intensity above 10W/cm and temporal contrast exceeding 10 at a 10 Hz repetition rate with a 60 TW, 30 fs laser (J-KAREN laser). Here we report the upgrade of the J-KAREN laser to the petawatt peak power level. This is accomplished by adding a Ti:sapphire booster amplifier downstream of the final amplifier chain of the 60 TW J-KAREN laser system. Stretched pulses of energy 3 J from the previous J-KAREN laser are up-collimated and introduced into the final booster amplifier. The booster amplifier consists of a large-aperture Ti:sapphire crystal pumped by a frequency-doubled Nd:silicate glass laser with pulse energy 60 J. Diffractive optical elements are used for pump beam homogenization to maintain a uniform spatial profile and reliable, damage-free operation. The system produces an uncompressed output pulse energy exceeding 30 J with a near homogeneous flat-top spatial distribution, indicating potential peak power of 500 TW.