High temporal and spatial quality petawatt-class Ti:sapphire chirped-pulse amplification laser system

高い時・空間ビーム品質を有するペタワット級チタンサファイアCPAレーザーシステム

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田上 学*; 金沢 修平; 若井 大介*; 笹尾 文崇*; 岡田 大; 大東 出; 鈴木 将之; 近藤 修司; 近藤 公伯; 杉山 僚; Bolton, P.; 横山 淳; 大道 博行; 河西 俊一; 木村 豊秋*; 田島 俊樹

Kiriyama, Hiromitsu; Mori, Michiaki; Nakai, Yoshiki; Shimomura, Takuya; Sasao, Hajime; Tanoue, Manabu*; Kanazawa, Shuhei; Wakai, Daisuke*; Sasao, Fumitaka*; Okada, Hajime; Daito, Izuru; Suzuki, Masayuki; Kondo, Shuji; Kondo, Kiminori; Sugiyama, Akira; Bolton, P.; Yokoyama, Atsushi; Daido, Hiroyuki; Kawanishi, Shunichi; Kimura, Toyoaki*; Tajima, Toshiki

高強度チタンサファイアCPA(チャープパルス増幅)レーザーにおいて、30Jの高エネルギーシーダーを用いることにより光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を低利得で動作させることで、510の高いコントラスト(主パルスに対する背景光び強度比)を達成した。また、大口径チタンサファイアレーザー増幅器に対して液体のクラッディングを初めて導入して寄生発振を抑制するとともに回折光学素子を用いた空間ビーム均質化を行いフィリングファクター(空間的なビームのピーク強度に対する平均強度)を80%程度にまで向上させることで、理論限界に近い増幅効率で30J以上の大出力を得た。

OPCPA (Optical parametric chirped-pulse amplification) operation with low gain by seeding with high energy, clean pulses is shown to significantly improve the contrast to better than - in a high intensity Ti:sapphire laser system that is based on chirped pulse amplification. In addition to the high contrast broadband high energy output from the final amplifier is achieved with a flat-topped spatial profile of filling factor near 77%. This is the result of pump beam spatial profile homogenization with diffractive optical elements. Final pulse energies exceed 30-Joules indicating capability for reaching peak powers in excess of 500-TW.