High intensity, high temporal contrast, high repetition-rate laser for laser driven particle acceleration

レーザー駆動粒子線源に向けた高強度,高コントラスト,高繰り返しレーザー

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

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

レーザー駆動粒子線発生用励起源に求められるその特徴は高ピーク強度,高コントラスト及び高繰り返しである。これを実現するために高コントラスト化が見込めるOPCPA増幅器を第一段目増幅器に用い、高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAG薄膜ディスクを第二段目の増幅器に用いたハイブリッドレーザーシステムの開発を行った。発振器からのレーザーパルスはパルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長される。その後、このレーザーパルスはポッケルセルにて10Hzに切り出され、波長532nmのレーザー光を励起光とした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。さらにこのレーザーパルスは、LD(波長940nm)を励起源としたYb:YAG薄膜ディスクで構成される増幅器にて出力130mJまで増幅に成功した。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450fs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。

We have reported hundred mJ level, femtosecond pulse duration with the high temporal contrast in an OPCPA/Yb:YAG ceramic thin disk laser system at 10 Hz repetition rate. At an input laser pulse energy of 3.8 mJ from the OPCPA preamplifer the output energy of 130 mJ with spectral bandwidth of 2.5 nm has been obtained from multipass Yb:YAG ceramic thin disk amplifier, and the optical efficiency from LD energy to amplified laser pulse is 9.6%. The recompressed laser pulse duration was measured to be 450 fs. Because the compressor efficiency exceeds 73% the compressed pulse energy can potentially be as high as 95 mJ. The contrast level of this laser pulse was measured to be less than 7.210 at -150 ps. This novel laser system after further amplification using additional amplifiers can be useful for the laser-driven proton acceleration in future.