High intensity, high contrast OPCPA/Yb:YAG hybrid laser system

高強度、高コントラストOPCPAハイブリッドレーザーシステム

鈴木 将之; 桐山 博光; 大東 出; 岡田 大; 中井 善基*; 大道 博行; Bolton, P.; 杉山 僚; 近藤 公伯; 河西 俊一; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; 前田 純也*; 松岡 伸一*; 菅 博文*

Suzuki, Masayuki; Kiriyama, Hiromitsu; Daito, Izuru; Okada, Hajime; Nakai, Yoshiki*; Daido, Hiroyuki; Bolton, P.; Sugiyama, Akira; Kondo, Kiminori; Kawanishi, Shunichi; Sato, Masatoshi*; Tamaoki, Yoshinori*; Yoshii, Takehiro*; Maeda, Junya*; Matsuoka, Shinichi*; Kan, Hirofumi*

本研究成果はOPCPAとYb:YAG増幅器のハイブリッドレーザーシステムを世界に先駆けて開発し、そのコントラスト計測を初めて行ったものである。レーザー駆動粒子線における粒子のエネルギーはレーザーの集光強度に依存しており、また治療を10分程度で終了させるためには、100Hz程度で繰り返す必要がある。われわれはこの要求を満たす可能性を秘めた高エネルギー,高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAGレーザー開発を行った。レーザーシステムは、発振器,オフナー型パルス伸張器,光パラメトリック増幅器(OPCPA),LD励起Yb:YAG増幅器及びパルス圧縮器で構成されている。高コントラスト化のために第1段目の増幅器にOPCPAを設置し、出力5mJを得た。その後LD励起Yb:YAGマルチパス増幅器でエネルギー120mJまで増幅し、パルス圧縮器でパルス幅300fsまで圧縮した。同時に3次のクロスコリレーターを用いてコントラスト計測を行い、増幅パルスの150ps直前で8桁のコントラストを確認した。

At our Institute we are developing a compact ion accelerator for cancer therapy using a laser-driven plasma point source of ions. The laser system was consisted of an oscillator, offner stretcher, optical parametric amplifier (OPCPA), LD pumped Yb:YAG amplifier, and compressor. In OPCPA the stretched laser pulse after the pulse stretcher was amplified to 5 mJ with only a 0.2 mJ input. After amplification in the OPCPA laser pulse was further amplified by an Yb:YAG (5 at%) thin disk module which was pumped by the Q-CW LD. The maximum output energy was about 120 mJ in a multi-pass scheme (20 pass) at 10 Hz. The compressed pulse duration is about 300 fs, and the contrast level before the main pulse is measured as 10 at -150 ps. We have developed that new high intensity, high contrast femtosecond OPCPA/LD-pumped Yb:YAG hybrid laser system. This novel system might represent the driver in integrated, laser-driven ion accelerator systems.