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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

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

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。

報告書

簡易型弾性波トモグラフィ調査システムの開発

杉田 裕; 真田 祐幸; 相澤 隆生*; 伊東 俊一郎*

JAEA-Research 2011-043, 25 Pages, 2012/02

JAEA-Research-2011-043.pdf:3.18MB特願 2010-116655   公報

地下深部で坑道を掘削する際の坑道周囲における変化を捉えるため、坑道の掘削の進捗に合わせて繰り返し弾性波トモグラフィ調査を行うための新たな簡易弾性波トモグラフィ調査システムを開発した。これは、ボーリング孔の壁面打撃用のハンマーを組み込んだ起振源、ボーリング孔内埋設型の受振器から構成され、弾性波を発生させる起振のエネルギーにはメタン等の可燃性ガスの存在を考慮して圧縮空気を利用している。開発したシステムを水平坑道の掘削影響試験領域に適用し、坑道掘削時における調査領域における弾性波速度の変化を捉えることが可能となり、結果をトモグラフィ画像として処理を行った。この結果、掘削影響領域のモニタリング技術としての適用性を確認した。

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

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:73.39(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

Seismic tomography investigation in 140m gallery in the Horonobe URL project

杉田 裕; 中村 隆浩; 真田 祐幸; 相澤 隆生*; 伊東 俊一郎*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1265, p.39 - 44, 2010/11

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町に分布する堆積岩の深部地質環境を調査することにより地層処分技術に関する信頼性の向上を行っている。放射性廃棄物を深部地層に処分するために坑道を地下深部に掘削する場合、坑道の周囲には掘削影響領域が発生する。地下140mの調査坑道において、原位置掘削影響試験を行った。試験では、弾性波トモグラフィー調査を行った。調査領域は、坑道壁面近傍の3m四方のエリアである。調査坑道の掘削の進捗とともに弾性波トモグラフィー調査を繰り返し行い、坑道周囲に弾性波速度の変化領域が観測された。弾性波トモグラフィー調査は、坑道周囲に発生した掘削影響領域を捉えることができた。

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

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。

論文

High temporal and spatial quality petawatt-class Ti:sapphire chirped-pulse amplification laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田上 学*; 金沢 修平; 若井 大介*; 笹尾 文崇*; 岡田 大; et al.

Optics Letters, 35(10), p.1497 - 1499, 2010/05

 被引用回数:82 パーセンタイル:3.77(Optics)

高強度チタンサファイアCPA(チャープパルス増幅)レーザーにおいて、30$$mu$$Jの高エネルギーシーダーを用いることにより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ることで、5$$times$$10$$^{-11}$$の高いコントラスト(主パルスに対する背景光び強度比)を達成した。また、大口径チタンサファイアレーザー増幅器に対して液体のクラッディングを初めて導入して寄生発振を抑制するとともに回折光学素子を用いた空間ビーム均質化を行いフィリングファクター(空間的なビームのピーク強度に対する平均強度)を80%程度にまで向上させることで、理論限界に近い増幅効率で30J以上の大出力を得た。

論文

High-energy, high-efficiency second-harmonic generation from a Nd-doped laser with high-quality CsB$$_{3}$$O$$_{5}$$ crystal

鈴木 将之; 桐山 博光; 中井 善基*; 岡田 大; 大東 出; Bolton, P.; 大道 博行; 近藤 公伯; 河西 俊一; 影林 由郎*; et al.

Proceedings of Conference on Lasers and Electro-Optics and The Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QELS 2010) (CD-ROM), 2 Pages, 2010/05

高エネルギーNd系レーザーの第二高調波(波長532nm)は、チタンサファイア結晶や光パラメトリック増幅の励起源として用いられる。そのためこれらの増幅器の出力は、この第二高調波の出力に依存し、さらにレーザー駆動粒子線発生実験において入力レーザーエネルギーが高ければ、得られる粒子線のエネルギーも高くなると考えられている。以上のことから、波長1$$mu$$m帯レーザーの高効率波長変換は、粒子発生の高エネルギー化に関して重要な研究テーマの一つである。今回、われわれはCsB$$_{3}$$O$$_{5}$$(CBO)結晶の高い非線形光学定数(1.00pm/V),ダメージ閾値(26GWcm$$^{-2}$$)にいち早く着目し、波長1$$mu$$mのレーザーパルスの波長変換を行った。励起レーザーは、出力2.0J,パルス幅10ns,繰り返し10HzのNd:YAGレーザーを用いた。その結果、入力レーザーエネルギー2.0Jに対して第二高調波の出力エネルギー1.2Jを得た。このとき変換効率は最大で60%を達成した。この変換効率は、CBO結晶を用いた過去の結果と比較して最大であった。本実験結果よりCBO結晶は第二高調波生成に非常に有効な結晶であることがわかった。

論文

High spatiotemporal-quality petawatt-class 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.

Applied Optics, 49(11), p.2105 - 2115, 2010/04

 被引用回数:39 パーセンタイル:13.59(Optics)

近年の高強度レーザー発生技術の急速な進展により、ペタワット(PW)級のピーク出力を有するレーザー装置が開発され、粒子加速,高エネルギー物理等多くの研究に利用されようとしている。このようにレーザー装置の高強度化が進むとともに、実際の応用に向けての研究開発として、時間構造や空間構造の向上に移行しつつある。本論文では、高強度レーザーの時間制御技術として背景光抑制、及び空間制御技術としてビーム均質化を原子力機構で開発されたJ-KARENレーザーに適用した実験結果について報告する。

論文

Highly efficient frequency doubling of high-energy Nd:YAG laser using a CsB$$_{3}$$O$$_{5}$$ crystal

鈴木 将之; 桐山 博光; 中井 善基; 岡田 大; 大東 出; 影林 由郎*; 横田 利夫*; Bolton, P.; 大道 博行; 河西 俊一

Optics Communications, 283(3), p.451 - 453, 2010/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Optics)

レーザー駆動粒子加速における最大エネルギーのカットオフは、入力レーザーエネルギーに依存し、入力レーザーのチタンサファイアレーザーの出力は、その励起源であるNd:YAGレーザーの第二高調波(波長532nm)出力に依存する。そのため、波長1$$mu$$m帯レーザーにおける波長変換の高効率化は、粒子加速の高エネルギー化において非常に重要である。CsB$$_{3}$$O$$_{5}$$(CBO)結晶は、高い非線形光学定数,高ダメージ閾値から波長1$$mu$$m帯レーザーの第二高調波生成への応用が期待されていた。しかし、その結晶の高品質かつ大型化が困難であったため、第二高調波生成はほとんど行われていなかった。近年、トップシード法を用いることで高品質,大型のCBO結晶成長が可能となった。このような背景から高品質CBO結晶を用いて、波長1064nmレーザーパルスの波長変換を行った。その結果、入力レーザーエネルギー20Wに対して第二高調波の出力エネルギー12W,変換効率60%を達成した。平面波近似の式より、理論的に変換効率を評価したところ実験結果とおおむね一致した。本実験結果よりCBO結晶は第二高調波生成に非常に有効な結晶の一つであることがわかった。

論文

Multi-millijoule, nonlinear preamplifier for high intensity femtosecond Yb:YAG chirped-pulse amplification lasers at 1030 nm

鈴木 将之; 桐山 博光; 大東 出; 岡田 大; 中井 善基; 織茂 聡; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; 前田 純也*; et al.

Applied Physics B, 97(2), p.379 - 382, 2009/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:59.81(Optics)

レーザー駆動粒子線照射装置用の高強度,高繰り返しレーザーシステム開発における前置増幅器の開発を行った。Yb系レーザー媒質は、波長940nmの半導体レーザー(LD)で励起が可能であり、かつ広い蛍光バンド幅を持つため、高強度,高繰り返しレーザー実現に最も近い媒質の一つである。一般に前置増幅器として再生増幅器が用いられるが、利得の狭帯域化,パルスコントラストが悪い等の問題点がある。これらを解決するために、光パラメトリック増幅(OPCPA)を用いた前置増幅器の開発を行った。波長1030nm,パルス幅200fs,出力0.47nJの発振器より発生したフェムト秒レーザーは、パルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長される。OPCPAの励起源には、Nd:YAGレーザーの第二高調波を用いてパルス伸張されたレーザーパルスの増幅を行った。その結果、入力エネルギー325mJのとき、出力エネルギー6.5mJをスペクトル幅10.8nmで得た。このレーザーパルスを再圧縮した結果、パルス幅は230fsを得た。本研究で開発したOPCPAは、LD励起Yb:YAG CPAシステムに有用であることを示した。

論文

Generation of above 10$$^{10}$$ temporal contrast, above 10$$^{20}$$W/cm$$^2$$ peak intensity pulses at a 10 Hz repetition rate using an OPCPA preamplifier in a double CPA, Ti:sapphire laser system

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

AIP Conference Proceedings 1153, p.3 - 6, 2009/07

レーザー駆動粒子加速をはじめとした超高強度光利用研究を推進するために、高コントラスト・高強度レーザーシステムの整備を進めている。高コントラスト・高ピーク出力を両立させるため、前置増幅器に過飽和吸収体によりASEペデスタルを除去された高エネルギー・クリーンパルスをシード光とした光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)、後段にチタンサファイアチャープパルス増幅器を用いたシステムを開発している。パルス幅1nsに伸張されたマイクロジュールの比較的高いエネルギーのシード光は、OPCPA前置増幅器により10mJまで増幅され、その後、チタンサファイア前置増幅器で300mJ、チタンサファイア主増幅器で3Jまで増幅される。チタンサファイア主増幅器では熱負荷を低減させるために、結晶は100Kまで冷却されている。この結果、メインパルス前のピコ秒の時間領域において10$$^{10}$$桁以上の高いコントラストを達成するとともに、放物面鏡で集光することにより10$$^{20}$$W/cm$$^2$$以上の高い集光強度を10Hzの繰り返し動作で得た。

報告書

花崗岩分布地域を対象としたマルチオフセットVSP探査

新沼 岩保*; 相澤 隆生*; 伊東 俊一郎*

JNC-TJ7400 2005-042, 344 Pages, 2004/03

JNC-TJ7400-2005-042.PDF:50.98MB

本業務は広域地下水流動研究の一環として、サイクル機構が掘削したボーリング孔を利用してVSP探査、物理検層、ボアホールテレビューア計測を実施し、取得されたデータの解析を行ったものである。本業務の目的は、ボーリング孔で遭遇する花崗岩内部の断層破砕帯や割れ目などに対応する弾性波応答の把握および、花崗岩分布におけるボーリング孔周辺の地質構造分布、試錐孔と交差する割れ目帯等の連続性などを把握する上でのVSP探査手法の確認を行うことにある。

報告書

連続水素製造試験装置(毎時50NL規模)の安全対策

小貫 薫; 秋野 詔夫; 清水 三郎; 中島 隼人; 東 俊一; 久保 真治

JAERI-Tech 2001-032, 63 Pages, 2001/03

JAERI-Tech-2001-032.pdf:4.63MB

熱化学水素製造法ISプロセスでは、硫酸,ヨウ素,ヨウ化水素酸等の有害な薬品を使用するため、試験研究の実施に際しては安全性に対する配慮が重要である。そこで、ISプロセスの閉サイクル運転制御方法に関する研究を行うことを目的とする水素発生量毎時50NL規模の連続水素製造試験装置の製作にあたり、その設計製作仕様から装置を用いた試験内容に関して、安全性確保の観点から検討を行った。特に、連続水素製造試験装置は主要材料にガラスを用いているため装置破損防止対策及び地震等の異常時の評価と安全対策に重点をおいた。本報告書はそれらの検討結果を取りまとめたものである。

論文

Present status of development study on HTGR heat application systems at JAERI

東 俊一; 中島 隼人; 久保 真治; 小貫 薫; 稲垣 嘉之; 清水 三郎; 秋野 詔夫

Proceedings of the Seminar on HTGR Application and Development, p.164 - 175, 2001/03

日本原子力研究所では高温ガス炉(HTGR)から得られる核熱の利用に関し、化学プロセスと組み合わせて水素を製造するシステムを研究開発中である。HTGRと組み合わせる化学プロセスとして、スチームリフォーミング(SR)プロセスと熱化学法ISプロセスとが選ばれて研究が進められており、その現状を紹介する。SRプロセスは商業化された技術であり、HTGRへの組み込みの早期実現に向けて炉外試験を行う段階まで到達している。ISプロセスはプロセスが特異なため、商業化への問題点の克服中である。ISプロセスは実現への困難さは伴うが、原料に水しか使用せず、副生成物も酸素のみであるため、将来的に期待大である。ISプロセスの内容・現在までの研究成果・将来計画を述べる。

報告書

弾性波トモグラフィーデータの解析作業

新沼 岩保*; 相澤 隆生*; 伊東 俊一郎*

JNC-TJ7420 2000-006, 54 Pages, 2000/03

JNC-TJ7420-2000-006.pdf:16.6MB

本業務は弾性波トモグラフィ調査技術開発の一環として、サイクル機構所有のスパーカー振源を用いて取得した弾性波トモグラフィデータの解析を行ったものである。本業務の目的は、花崗岩中に存在する透水性割れ目の分布や断層の広がりを調査する手法としての弾性波トモグラフィ調査の有効性を把握することである。本報告書は、これらの業務内容についてまとめたものである。岐阜県瑞浪市明世町月吉にある核燃料サイクル開発機構東濃地科学センターの正馬様洞鉱業用地におけるMIU-1号孔及びMIU-2号孔を利用して、弾性波トモグラフィデータの取得作業が行われた。MIU-2号孔にハイドロホン型受振器を展開し、MIU-1号孔においてスパーカー振源を設置し、弾性波トモグラフィデータとして3つのデータセットが取得されている。解析では、データセットについて、P波速度層解析を行った。観測波形データからの初動読み取りは、解析精度に影響を及ぼすノイズ等の除去作業を行った後、AIC算出による自動読み取りを適用し、客観的判断基準に基づいて走時データを作成した。弾性波トモグラフィ解析は、初期モデルを作成しインバージョン計算を行い、最適モデルに収束させる方法を用いた。Annealing法による解析を行い、両者を比較検討した。また最終解析断面について検層データとの対比を行い、透水性割れ目および断層分布の連続性の検討を行った。また透水性割れ目に起因するチューブウェーブの抽出も行った。

報告書

PROFIT計画 「常陽」高度化MK-III計画 資料集

中本 香一郎; 圷 正義; 鈴木 惣十; 宮川 俊一; 小林 孝良; 冨田 直樹; 伊東 秀明

PNC-TN9080 92-005, 70 Pages, 1992/04

PNC-TN9080-92-005.pdf:1.39MB

本資料は、PROFIT計画推進会議(平成3年度開催)ならびに「常陽」技術評価専門委員会(平成3年12月開催)で使用したMK-3計画関連OHPを資料集としてまとめたものである。

口頭

Multimillijoule optical parametric chirped-pulse amplifier as an alternative to Yb:YAG regenerative amplifiers at 1030 nm

鈴木 将之; 桐山 博光; 大東 出; 岡田 大; 佐藤 方俊*; 松岡 伸一*; 吉井 健裕*; 菅 博文*; Bolton, P.; 大道 博行; et al.

no journal, , 

We have demonstrated amplification of broadband 1030 nm pulses broadband ytterbium (Yb) femtosecond oscillator pulses from an ytterbium femtosecond oscillator to over 6.5 mJ with a total gain of greater than 10$$^{7}$$ achieved by a single pass through only 56 mm of gain material at a 10 Hz repetition rate. Spectral broadening and associated pulse shaping are optimized in the OPCPA unit by the phase matching established using the BBO tuning angle. As an alternative to the regenerative amplifier (RA) this system is one of the more promising candidates for realizing compact, high intensity, direct diode pumped, high repetition rate femtosecond Yb:YAG chirped-pulse amplification (CPA) in laser systems.

口頭

LD励起Yb:YAG CPAシステムのための広スペクトル帯域非線形前置増幅器の開発

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

no journal, , 

レーザー駆動小型照射装置の開発には、小型,高繰り返し,高強度レーザーの開発が不可欠である。Yb系レーザー媒質は、半導体レーザーで励起が可能であり、かつ広い蛍光バンド幅を持つため、小型,高強度,高繰り返しレーザー実現の可能性を秘めている。一般に前置増幅器として再生増幅器が用いられるが、利得の狭帯域化,パルスコントラストが悪い。今回、われわれはこれらの問題を打開するために、光パラメトリック増幅器を用いた前置増幅器の開発を行った。高安定フェムト秒レーザー(波長1030nm, パルス幅200fs, 出力35mW, 繰り返し80MHz)発振器より発生したフェムト秒レーザーは、パルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長される。Nd:YAGレーザーの第二高調波を励起源として、パルス伸張された波長1030nmのレーザーパルスの増幅を行った。その結果、入力エネルギー300mJのとき、10の7乗の利得、出力エネルギー6.5mJをスペクトル幅10.8nmで得た。パルス圧縮した結果、パルス幅230fsであった。本研究で開発した増幅器は、LD励起Yb:YAG CPAシステムの前置増幅器として有用であることがわかった。

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