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Demonstration of a high spatiotempral-quality petawatt-class Ti:sapphire CPA laser system

高時空間品質を有するPW級Ti:sapphire CPAレーザーシステムの実証

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

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

フロントエンドとして高エネルギー・高コントラストシード光を用いて低利得で動作させた光パラメトリックチャープパルス増幅器を独自に設計・試作し、PW級のレーザーシステムに実際に導入することで、10$$^{-11}$$オーダーの高いコントラスト動作を実証した。また、主パルス近傍のコントラストを劣化させる原因として、(1)ASE,(2)パラメトリック蛍光,(3)高次の位相歪み,(4)ランダム位相ノイズ,(5)OPCPAについて考察し、得られた実験データと理論計算との比較・評価を行った。これらより劣化の原因は、ランダム位相ノイズ、及びOPCPAノイズが複合しておきたものと考えられ、軽減するためには周波数依存で空間的に位相ノイズが存在し、しかもレーザーショット事のふらつき等を考えるとレーザー自身の制御だけでは難しく、パルス圧縮後にプラズマミラーの利用等が必要となることが明らかとなった。

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 10$$^{-10}$$-10$$^{-11}$$ 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.

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