J-PARCにおけるレーザー荷電変換用レーザーシステム開発およびその長距離光伝送評価

Development of a laser system for laser stripping experiment at J-PARC and evaluation of its long-distance optical transmission

小野田 元喜*; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 原田 寛之  ; Saha, P. K.   ; 山田 逸平 ; 柴田 崇統*; 佐藤 篤*; 金正 倫計  

Onoda, Genki*; Yoneda, Hitoki*; Michine, Yurina*; Harada, Hiroyuki; Saha, P. K.; Yamada, Ippei; Shibata, Takanori*; Sato, Atsushi*; Kinsho, Michikazu

大強度陽子加速器J-PARCでは、炭素膜による荷電変換入射で大強度ビームを生成しているが膜への衝突による課題がある。そのため、レーザーを使用したビームが衝突しない荷電変換システムを開発している。本実験では、放射線管理区域外にレーザー光源を設置し、約70mの長距離光路でレーザー照射点まで光を伝送する必要がある。この際、光源エリアや光伝送用の光路を設置している建物や地面の振動が伝送するレーザーに対して、どの程度影響するかを評価しなければ安定でかつ精密な実験遂行は実現しない。そこで、本研究では実際にレーザー光源を設置する床の振動計測、光を伝送させた場合の位置安定性などを測定した。その結果、加速器内で使用されるモータに起因する20Hzの振動が光源で確認された。この揺れを、2枚のミラーを用いた新たなフィードバックシステムを構築することで低減できるか確認するために、低出力レーザーを用いてすべての光路を透過させたビームのポインティング安定性を評価した。その結果、揺れの振幅は0.001mm以下に抑えられ、レーザーの径3mmに対して問題ないことを確認した。本発表ではこれらの結果と今後の計画について報告する。

At the J-PARC, a material-free laser stripping system using only light is being developed. A laser source is installed outside the radiation controlled area, laser pulse needs to translate a long-distance optical path line of about 70 m to the experiment area. In this case, the stable and precise experiment cannot be achieved without reducing vibrations in the light source area. Therefore, in this study, vibration measurements of the floor and the positional stability of the transmitted light were carried out. As a result, a characteristic vibration of 20 Hz caused by the motor was identified. The measured oscillations can be reduced by constructing a new feedback system using two mirrors. In this situation, the pointing stability transmitted through all optical paths was evaluate. The oscillation was less than 0.001 mm, but this was confirmed to be no problem when compared to a laser diameter of 3 mm. These results and future plans are reported in this presentation.