Hundred mJ level, high contrast OPCPA/Yb:YAG hybrid laser system

数百mJ級,高コントラストOPCPA/Yb:YAG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; 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; Bolton, P.; Sugiyama, Akira; Kondo, Kiminori; Kawanishi, Shunichi*; Sato, Masatoshi*; Tamaoki, Yoshinori*; Yoshii, Takehiro*; Maeda, Junya*; Matsuoka, Shinichi*; Kan, Hirofumi*

高ピーク強度,高コントラスト及び高繰り返しレーザーは量子制御用THz及びレーザー駆動粒子線発生用励起源としてその開発が期待されている。これを実現するために高コントラスト化が見込めるOPCPA増幅器をフロントエンドに用い、高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAG薄膜ディスクを主増幅器に用いたハイブリッドレーザーシステムの開発進めている。発振器からのレーザーオフナー型パルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長される。パルス伸張されたレーザーパルスはポッケルセルにて10Hzに切り出され、Nd:YAGレーザーの第二高調波を励起光とした3個のBBOで構成されるOPCPAを用いて、エネルギー3.5mJまで増幅される。その後OPCPAで増幅されたレーザーパルスは、さらに波長940nmのLDを励起源としたYb:YAG薄膜ディスクを20パスマルチ増幅器にて増幅される。LDの励起エネルギー1.2Jのときに出力130mJまで得ている。この増幅されたレーザーパルスはパルス圧縮器でパルス幅500fs程度まで圧縮され、クロスコリレーターを用いて時間的コントラスト計測を行った。その結果、増幅光の150ps直前において約8桁のコントラストを得ることに成功した。

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 3.8 mJ with only a 12.8 nJ input. After amplification in the OPCPA laser pulse was further amplified by an Yb:YAG thin disk module which was pumped by the Q-CW LD. The maximum output energy was about 80 mJ in a multi-pass scheme (20 pass) at 10 Hz. The compressed pulse duration is about 520 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.