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論文

High-efficiency contact grating fabricated on the basis of a Fabry-Perot type resonator for terahertz wave generation

吉田 芙美子; 永島 圭介; 坪内 雅明; 越智 義浩; 圓山 桃子; 杉山 僚

Japanese Journal of Applied Physics, 55(1), p.012201_1 - 012201_5, 2016/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.18(Physics, Applied)

We have designed and fabricated a contact grating device to increase diffraction efficiency on the basis of the principle of the Fabry-Perot resonator. The grating structure and layer thicknesses were carefully determined by considering the electric field strength in the device and the fabrication accuracy of the grating. The prototype device had a peak diffraction efficiency of 71% at an incident angle of 42$$^{circ}$$; these values were slightly different from the design values of 78% and 44.5$$^{circ}$$, respectively. Numerical calculations revealed that this deviation was caused by the fabricated grating structure. A higher terahertz power will be expected with a device as per the design.

論文

Yb:YAG thin-disk chirped pulse amplification laser system for intense terahertz pulse generation

越智 義浩; 永島 圭介; 圓山 桃子; 坪内 雅明; 吉田 芙美子; 河野 七瀬; 森 道昭; 杉山 僚

Optics Express (Internet), 23(11), p.15057 - 15064, 2015/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:20.67(Optics)

高強度テラヘルツパルス発生を目的とした繰り返し周波数1kHzのピコ秒CPAレーザーシステムを開発した。本レーザーシステムではYb:YAG薄ディスクを増幅媒質として用いており、再生増幅器にて出力エネルギー10mJ以上、スペクトル帯域1.2nmのパルスが得られている。レーザーパルスはパルス圧縮器によりパルス幅1.3psに圧縮され、テラヘルツパルス発生に供された。結果、LiNbO$$_{3}$$中での光整流を介して中心周波数0.3THz,パルスエネルギー4 $$mu$$Jのテラヘルツパルスを1kHzの繰り返しにて発生することに成功した。

論文

Development of radiation-resistant optical fiber for application to observation and laser spectroscopy under high radiation dose

伊藤 主税; 内藤 裕之; 西村 昭彦; 大場 弘則; 若井田 育夫; 杉山 僚; 茶谷 恵治

Journal of Nuclear Science and Technology, 51(7-8), p.944 - 950, 2014/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.1(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所の燃料デブリの取出しに向けた原子炉圧力容器・格納容器内の燃料デブリの位置や状況の把握に適用可能な検査技術として、ファイバスコープによる観察技術とレーザー分光による元素分析技術を組み合わせた光ファイバプローブを開発している。積算$$gamma$$線量100万Gyまで使用できる性能を目指し、ヒドロキシ基を1,000ppm含有させることにより耐放射線性を向上させた高純度石英光ファイバを試作して、$$gamma$$線照射試験により放射線の影響による伝送損失の測定とイメージファイバによる可視光線及び赤外線観察を行った。その結果、光ファイバの耐放射線性能を確認でき、100万Gyまで観察及びLIBS分光が行える見通しを得た。

論文

High power laser developments with femtosecond to nanosecond pulse durations for laser shock science and engineering

桐山 博光; 森 道昭; 鈴木 将之*; 大東 出*; 岡田 大; 越智 義浩; 田中 桃子; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; et al.

レーザー研究, 42(6), p.441 - 447, 2014/06

原子力機構で開発している、(1)フェムト秒超高強度レーザーとしてOPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザー、(2)ピコ秒高強度レーザーとしてOPCPA/Yb:YAGハイブリッドレーザー、(3)ナノ秒高平均出力レーザーとして半導体レーザー励起Nd:YAGレーザーについて、それらの構成及び動作特性について紹介する。

論文

Current status and future prospects of "J-KAREN"; High contrast, high intensity laser for studying relativistic laser-matter interactions

桐山 博光; 森 道昭; 岡田 大; 下村 拓也; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; 余語 覚文; 匂坂 明人; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015095_1 - 015095_5, 2014/03

原子力機構関西光科学研究所で開発を進めている高コントラスト、ペタワット級チタンサファイアチャープパルス増幅(CPA)レーザーシステムの設計及び動作特性について報告を行う。2つの可飽和吸収体と低利得光パラメトリックチャープパルス増幅手法(OPCPA)を用いた前置増幅器を用いることで、サブナノ秒の時間領域において1.4$$times$$10$$^{12}$$の高いコントラストを達成した。最終段増幅器出力は28Jであり、パルス圧縮を行うことで、600TWの高いピーク出力がポテンシャルとして可能である。また、0.1Hzの繰り返しでペタワット以上の出力が可能なシステムへのアップグレードについても簡素に報告する。

論文

Development of high resistant anti-reflection coating by using Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/SiO$$_{2}$$ multilayer

越智 義浩; 永島 圭介; 岡田 大; 田中 桃子; 立野 亮*; 古川 泰之*; 杉山 僚

Proceedings of SPIE, Vol.8885, p.88851Z_1 - 88851Z_6, 2013/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:6.33

Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/SiO$$_{2}$$多層膜を用いた無反射(AR)、及び高反射(HR)コーティングの高耐力化に関する技術開発を行った。原子力機構にて設計し、島津製作所にて製膜した無反射コーティングについて、1kHz繰り返しの500psレーザーにて耐力評価を行った結果、平均値として36J/cm$$^{2}$$が得られた。また、高反射コーティングについても同様に設計,製膜を行い7ns, 500ps, 1psのパルス幅のレーザーを用いた耐力評価を行った。得られた結果から、ダメージ発生の素過程についての考察を行った結果等について報告する。

論文

Ultra-intense, high spatio-temporal quality petawatt-class laser system and applications

桐山 博光; 下村 拓也; 森 道昭; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; et al.

Applied Sciences (Internet), 3(1), p.214 - 250, 2013/03

 被引用回数:11 パーセンタイル:69.38(Chemistry, Multidisciplinary)

ペタワット級超高強度レーザーの利用研究に向けてのレーザー高度化技術開発として、原子力機構で開発を進めている高度に時間・空間制御されたペタワット(PW)級チタンサファイアチャープパルス増幅レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の紹介を、招待論文(Invited paper)として行う。また、本レーザーシステムにより創出された粒子加速、高輝度X線発生などの研究成果についても報告を行う。

論文

Negative effect of crystallization on the mechanism of laser damage in a HfO$$_{2}$$/SiO$$_{2}$$ multilayer

立野 亮*; 岡田 大; 乙部 智仁; 川瀬 啓悟*; Koga, J. K.; 小菅 淳; 永島 圭介; 杉山 僚; 柏木 邦宏*

Journal of Applied Physics, 112(12), p.123103_1 - 123103_3, 2012/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.32(Physics, Applied)

次世代の極短パルス超高ピーク出力レーザー用の高耐力ミラーを実現するためには、レーザー損傷のメカニズムの解明が不可欠である。本研究では、レーザーミラーの損傷箇所をレーザー顕微鏡により表面観察、透過型電子顕微鏡(断面TEM)により断面観察を行った。損傷したHfO$$_{2}$$には微結晶のHfO$$_{2}$$の粒界が確認できた。これら結果とミラーの耐性評価から、膜内の結晶の形成がミラーの耐性を決める大きな要因であることが明らかになった。

論文

Temporal contrast enhancement of petawatt-class laser pulses

桐山 博光; 下村 拓也; 笹尾 一; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 福田 祐仁; et al.

Optics Letters, 37(16), p.3363 - 3365, 2012/08

 被引用回数:29 パーセンタイル:11.89(Optics)

原子力機構で開発を進めているペタワット(PW)級チタンサファイアチャープパルス増幅レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の高度化として、時間コントラストの向上を行った。J-KARENレーザーの前置増幅器である光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を低利得で動作させ、かつOPCPAの直後に可飽和吸収体を用いることにより、70テラワット(TW)の出力レベルにおいて、サブナノ秒の時間領域で1.4$$times$$10$$^{12}$$の高いコントラストを実証した。また、メインパルス近傍のピコ秒領域のコントラストを向上するため、音響光学分散フィルターでスペクトルノイズを除去することにより、約2桁の改善を実証した。この高品質のレーザー光をさらに増幅し、圧縮前で28Jまでの増幅を実現した。本システムにより、再圧縮することにより、約600TWの高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。

論文

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

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*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.53 - 57, 2012/07

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。

論文

Development of a compact high-spatiotemporal-quality Yb:YAG thin-disk laser system using an optical parametric preamplifier

桐山 博光; 鈴木 将之*; 大東 出; 岡田 大; 越智 義浩; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; 前田 純也*; 松岡 伸一*; et al.

レーザー研究, 40(2), p.143 - 145, 2012/02

光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)をベースにした非線形前置増幅器を用いた小型,高時間空間品質,高強度半導体レーザー励起Yb:YAG薄型ディスクチャープパルス増幅器の開発を行った。ストレッチャーでパルス幅を伸張されたチャープパルスは、OPCPA前置増幅器、及びYb:YAG主増幅器において、10Hzの繰り返し動作で100mJにまで増幅される。集光性能は、横方向では回折限界の1.1倍、縦方向では1.4と高い空間特性を有していることがわかった。また、470fsにまでパルス圧縮に成功するとともに、10$$^{-8}$$の高いコントラストを得ており、時間特性も優れた特性を示すことがわかった。

論文

Design considerations for dispersion control with a compact bonded grism stretcher for broadband pulse amplification

桐山 博光; 笹尾 一; 杉山 僚; Ertel, K.*

ISRN Optics (Internet), 2012, p.120827_1 - 120827_4, 2012/00

近赤外非平行光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)システム実現ために、小型グリズムペアーパルス拡張器の設計を行った。ここでは、回折格子とプリズムを樹脂で接合する新しいタイプのグリズムの設計について報告する。数サイクルパルス生成のために、300nmの広いスペクトル帯域の分散制御が可能な、グリズムグリズムペアーパルス拡張器,音響光学分散フィルラー,OPCPA増幅器、及びガラスブロックパルス圧縮器から構成されるシステムの設計を行った。

論文

Hundred mJ, sub-picoseconds, high temporal contrast OPCPA/Yb:YAG ceramic thin disk hybrid laser system

鈴木 将之*; 桐山 博光; 大東 出; 越智 義浩; 岡田 大; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; 前田 純也*; 松岡 伸一*; et al.

Applied Physics B, 105(2), p.181 - 184, 2011/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:69.8(Optics)

超高強度レーザーを物質に集光した際に生成するレーザー励起高エネルギー粒子線や高出力THz波生成の励起源開発のためのOPCPA/Yb:YAGハイブリッド型レーザーシステムの開発を行った。本レーザーの特徴は高時間コントラスト化が見込めるOPCPA前段増幅器と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採用しており、これまでに存在しない新しいレーザーシステムである。発振器からのレーザーはパルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長された後に波長532nmのレーザーを励起光としたBBOで構成されるOPCPAを用いて、エネルギー3.8mJまで増幅される。さらにこのレーザーパルスは、波長940nmのLDを励起源としたYb:YAG薄膜ディスク増幅器にて出力130mJまでの増幅に成功した。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結果、増幅光の150ps直前において約9桁の時間コントラストを達成した。これはYb:YAGを用いたレーザーでは世界最高の値である。

論文

接合技術を用いたレーザー材料開発

杉山 僚

レーザー研究, 39(5), p.326 - 331, 2011/05

接着剤を使用しない接合技術を用いたレーザー材料開発に関する内容を解説した。これまでの化学処理エッチングに代えて、アルゴンビームを用いた新たなドライエッチング技術の開発を示した。排熱特性の優れたコンポジットレーザー材料(Nd:YVO$$_{4}$$レーザー材料とYVO$$_{4}$$光学材料を接合したもの)の作製に、この方法を適用し、そのレーザー特性について、通常のNd:YVO$$_{4}$$レーザー材料を用いた場合と比較試験を行った。通常のNd:YVO$$_{4}$$レーザー材料が熱によって破壊される結果となったことに対して、コンポジットレーザー材料は、熱応力によって破壊されることなく、より高出力のレーザーパワーが発生可能であることを実証した。

論文

今中期計画における光源開発プロジェクト

杉山 僚; 桐山 博光; 越智 義浩; 森 道昭; 田中 桃子; 笹尾 文崇; 小菅 淳; 岡田 大

JAEA-Conf 2011-001, p.15 - 18, 2011/03

今中期計画における次世代レーザー開発研究グループのレーザー開発の主眼は、高効率・高繰り返し動作などの特長を持つ高平均出力の次世代型極短パルスレーザーを開発することである。その実現に向けて、関西光科学研究所ではYbセラミクスレーザーの開発に着手した。われわれは、また、融合光新創生ネットワーク(光ネット)でのQUADRA光源開発を行っている。平成22年度までの第1期計画では、QUADRAの要素技術開発を行っている。第2期においては、次世代型極短パルスレーザーの開発と一体化させて、本来研究における高出力THz波発生を目指す。さらに、今中期計画における光量子科学での応用研究に必要なJ-KARENレーザーの整備・高度化の支援を行っている。

論文

レーザー光学材料の接合技術に関する研究

杉山 僚

平成22年電気学会電子・情報・システム部門大会論文集(CD-ROM), p.213 - 216, 2010/09

接着剤を用いないドライエッチングによる直接接合法によってNd元素添加型YVO$$_{4}$$コンポジットレーザー結晶を作製した。接合界面の透過型電子顕微鏡(TEM)による観察から、原子レベルの接合を確認した。通常のNd:YVO$$_{4}$$レーザー結晶と当コンポジットレーザー結晶の性能比較から、通常結晶にて現れる熱応力に起因したレーザー出力の低下が、コンポジット結晶では現れず、出力の増加が得られた。

論文

Laser ceramic materials for subpicosecond solid-state lasers using Nd$$^{3+}$$ -doped mixed scandium garnets

岡田 大; 田中 桃子; 桐山 博光; 中井 善基*; 越智 義浩; 杉山 僚; 大道 博行; 木村 豊秋*; 柳谷 高公*; 八木 秀喜*; et al.

Optics Letters, 35(18), p.3048 - 3050, 2010/09

 被引用回数:11 パーセンタイル:43.2(Optics)

We have successfully developed and demonstrated broadband emission Nd-doped mixed scandium garnets based on laser ceramic technology. The inhomogeneous broadening of Nd$$^{3+}$$ fluorescence lines results in a bandwidth above 5 nm that is significantly broader than that for Nd:YAG and enables subpicosecond mode-locked pulse durations. We have also found the emission cross-section of 7.8$$times$$10$$^{-20}$$ cm$$^{2}$$ to be adequate for efficient energy extraction and thermal conductivity of 4.7 W/mK from these new Nd-doped laser ceramics. The new laser ceramics are good candidates for laser host material in diode-pumped subpicosecond laser system with high efficiency and high repetition rate.

論文

高コントラスト・高ビーム品質・高強度レーザーの開発

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*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 38(9), p.669 - 675, 2010/09

高強度レーザーの時間・空間制御技術に関するレビューである。時間制御技術は主パルスと背景光の強度比を向上させる高コントラスト化であり、先駆けて開発した高エネルギーシード型低利得光パラメトリックチャープパルス増幅手法について紹介する。空間制御技術は高エネルギービームの空間強度均質化であり、回折光学素子を用いた手法について紹介する。これらの手法の特徴を詳細に紹介するとともに、これらの制御技術を用いて得られた時間・空間特性についても報告する。

論文

光パラメトリックチャープパルス増幅器における高効率増幅

小菅 淳; 桐山 博光; 下村 拓也*; 田上 学*; 金沢 修平; 越智 義浩; 森 道昭; 田中 桃子; 岡田 大; 笹尾 一*; et al.

レーザー研究, 38(9), p.706 - 710, 2010/09

市販のQ-スイッチNd:YAGレーザーの2倍波用いて高変換効率光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)を行った。高エネルギーの種光をOPCPAでさらに増幅することにより、28%のポンプーシグナル変換効率を達成した。この結果は、市販のQ-スイッチNd:YAGレーザーの2倍波を用いたOPCPAシステムにおいて最も高い変換効率を達成することができた。

論文

High-contrast (10$$^{10}$$), high-intensity (500 TW) J-KAREN laser system

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; 近藤 修司; et al.

JAEA-Conf 2010-002, p.18 - 21, 2010/06

従来のチタンサファイアチャープパルス増幅器(CPA)と光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を組合せた高強度フェムト秒レーザーシステムの開発を行い、パルス圧縮前で30Jを超える高い増幅エネルギーを得た。再パルス圧縮することで約500TW級の高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。低利得のOPCPAを用いることにより、サブナノ秒の時間領域において10桁を超えるコントラスト、ナノ秒の時間領域において12桁程度の高いコントラストを得た。また、高エネルギー励起用グリーンレーザーの空間パターンを回折光学素子により制御し、ほぼ完全なフラットトップの空間プロファイルを得た。このシステムにより粒子加速などの高強度レーザーと物質との相互作用の実験的研究が進展するものと期待される。

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