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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:62.41(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

Sub-picosecond regenerative amplifier of Yb-doped Y$$_{2}$$O$$_{3}$$ ceramic thin disk

圓山 桃子; 岡田 大; 越智 義浩; 永島 圭介

Optics Express (Internet), 24(2), p.1685 - 1692, 2016/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.41(Optics)

Yb:Y$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックスのシンディスクを利得媒質とした1kHzの再生増幅器を構築した。更に、Yb:Y$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックスの熱伝導率及び発熱について評価を行った。再生増幅器はレーザービームが1ラウンドトリップあたり6回シンディスク上で折り返す構成となっており、エネルギー2mJ、波長半値幅1.8nm、パルス圧縮後のパルス幅0.9psの出力を得た。

報告書

薄ディスク型レーザー媒質用多重パス励起モジュールの開発

岡田 大; 圓山 桃子; 越智 義浩; 永島 圭介

JAEA-Technology 2015-029, 29 Pages, 2015/11

JAEA-Technology-2015-029.pdf:11.21MB

関西光科学研究所では、同位体分離の高度化研究用THz波や保障措置・核不拡散の問題解決が期待される核種分析用$$gamma$$線などを発生させるための光源として、高強度・高繰り返し短パルスレーザーシステムの開発を行っている。このようなレーザー利用研究においては、安定かつ高平均出力レーザー装置が必要不可欠である。我々は蓄積エネルギーが高く、熱伝導率の大きいYb:YAGセラミックスをレーザー媒質に選定し、レーザー媒質の形状として熱効果や熱破壊を抑制することが期待できる薄ディスク形状に着目して、薄ディスク型のYb:YAGレーザーシステムの開発を行っている。薄ディスク形状のレーザー増幅器には、数100$$mu$$mオーダーの薄い媒質を使用するため、十分な励起光を吸収させるには励起光の多重パス光学系が必要であり、かつ構築するレーザー性能仕様に合わせた励起プロファイルとスポット径を得うる制御性も求められる。レーザー量子制御研究グループでは、市販の光学素子と精密ステージを組み合わせた薄ディスク型レーザー媒質用多重パス励起モジュールを設計製作し、励起プロファイルとスポット径が制御可能なレンズ群の設計と、励起モジュールを用いたレーザー発振特性を評価したので報告する。

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:18 パーセンタイル:19.2(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

Current status of the driver laser system for intense terahertz wave generation

田中 桃子; 越智 義浩; 小菅 淳; 岡田 大; 森 道昭; 桐山 博光; 坪内 雅明; 永島 圭介

JAEA-Conf 2014-001, p.32 - 33, 2014/09

テラヘルツ波発生用ドライバーレーザーとして、Yb:YAGシンディスクを利得媒質として用いた高強度キロヘルツレーザーシステムを構築した。再生増幅器は4バウンスの構成とし、最大10mJの出力を得た。また、圧縮後のパルスを用いてLiNbO$$_{3}$$結晶によるテラヘルツ波発生のデモンストレーションを行った。

論文

Contact grating device with Fabry-Perot resonator for effective terahertz light generation

坪内 雅明; 永島 圭介; 吉田 芙美子; 越智 義浩; 圓山 桃子

Optics Letters, 39(18), p.5439 - 5442, 2014/09

 被引用回数:24 パーセンタイル:14.81(Optics)

Heblingらによって概念が提唱された接触型回折格子を実現し、高品質高強度なTHz光発生を目指した。波面傾斜させる回折格子をTHz光発生デバイス(結晶)上に形成することにより、THz光の結晶内光路長が増大することなく大口径化が実現される。本デバイスでは、(a)波面傾斜光を生成する回折光を高効率で得る、(b)高強度励起光照射に耐えうる高いダメージ閾値を有する、の2点を満たすことが特に重要である。Mg-sLiNbO$$_{3}$$結晶は比較的高いダメージ閾値を有するが、回折効率は最大2割程度と低く、高効率なTHz光発生は期待できない。そこでダメージ閾値が高く、かつ高効率な回折が期待されるようなデバイスとして、結晶上に多層膜を蒸着し、その多層膜の表層に回折格子を工作することを考案した。本デバイスにより入射角44.5度で波長1030nmの励起光を照射した場合、回折効率は80%と高い値が得られると期待された。

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

Polarization-selectable cavity locking method for generation of laser Compton scattered $$gamma$$-rays

小菅 淳; 森 道昭; 岡田 大; 羽島 良一; 永島 圭介

Optics Express (Internet), 22(6), p.6613 - 6619, 2014/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.71(Optics)

共振器内の光の偏光方向に敏感な新しい共振器ロックの方法の開発を行った。この方法は、3枚の反射光学系から成るイメージ変換原理を用いて共振器ロックのための信号(error signal)を得ることができ、さらに入射レーザーの偏光方向を制御することにより共振器内に蓄積される光の偏光方向を縦と横を任意に選ぶことができる。本論文では、これらの原理について紹介し、実際に得られてた実験結果について報告する。

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:8.86

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

Improvement of diffraction efficiency of dielectric transmission gratings using anti-reflection coatings

永島 圭介; 小菅 淳; 越智 義浩; 田中 桃子

Optics Express (Internet), 21(16), p.18640 - 18645, 2013/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:34.68(Optics)

透過型回折格子の回折効率を向上するための新しい方法を提案した。この方法では、回折格子領域と基板の間に誘電体多層膜を挿入する。この多層膜は透過型回折格子に対して無反射コーティングとして働く。この無反射コーティングを用いた格子数1740本/mmの回折格子が99%以上の回折効率を持つことを明らかにした。

論文

Preparation of a dense TiO$$_{2}$$ thin film by oxidizing metallic titanium

吉田 芙美子; 田中 桃子; 永島 圭介

Thin Solid Films, 537, p.23 - 27, 2013/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.91(Materials Science, Multidisciplinary)

We prepared a dense rutile TiO$$_{2}$$ thin film that has a refractive index as high as that of the bulk crystal by oxidizing metallic Ti thin film. The TiO$$_{2}$$ thin film with a thickness of 260 nm is optically transparent and has low coefficients of absorption and scattering. We annealed a Ti thin film at 1000$$^{circ}$$C for oxidation and crystallization after deposition of metallic Ti by electron-beam evaporation. By optimizing the annealing conditions, we obtained a rutile TiO$$_{2}$$ thin film with a refractive index of 2.72 at a wavelength of 1030 nm, the highest refractive index ever reported.

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:13 パーセンタイル:43.11(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:89.21(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

Erratum; Design of rectangular transmission gratings fabricated in LiNbO$$_{3}$$ for high-power terahertz-wave generation [Jpn. J. Appl. Phys. 49 (2010) 122504]

永島 圭介; 小菅 淳

Japanese Journal of Applied Physics, 51(11), P. 119201_1, 2012/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:10.07(Physics, Applied)

以前に発表した論文(高出力テラヘルツ波発生のためにリチウムナイオベートに作成する矩形透過型回折格子の設計[Jpn. J. Appl. Phys. 49 (2010) 122504]に計算間違いが見つかったため、その訂正論文である。

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:33 パーセンタイル:13.05(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

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

Development of silver tape target system for high repetition X-ray laser

錦野 将元; 越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 永島 圭介

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.93 - 98, 2011/12

先進ビーム技術研究ユニットで開発した0.1Hz高繰り返しレーザーとテープターゲットシステムを用いて波長13.9nmの高繰り返し高コヒーレントX線レーザーの生成を行った。高繰り返しX線レーザー発生用に開発したテープターゲット装置は、テープターゲットの上下方向から張力をかけることによりレーザー照射面でのテープターゲットの平面一様性を向上させて、X線レーザーを発生させる。2台のテープターゲット装置を用いてダブルターゲット方式のX線レーザー発生実験を行った結果、銀コート固体ターゲットと比較して出力や指向性ビーム発散角が同程度であることを確認し、また、ビーム水平方向のポインティング安定性がテープターゲット装置を使うことにより向上したことを確認した。

論文

Condition of MeV electron bunch generated from Argon gas-jet target in the self-modulated laser wakefield regime

森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; Bulanov, S. V.; Koga, J. K.; 近藤 公伯; Pirozhkov, A. S.; 西村 博明*; 永島 圭介

Journal of the Physical Society of Japan, 80(10), p.105001_1 - 105001_2, 2011/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.23(Physics, Multidisciplinary)

自己位相変調領域におけるアルゴンがスターゲットからの高エネルギー電子バンチのプラズマ密度・レーザーパワーの条件について調査した。相対論的自己収束による2次元的なレーザーパルス圧縮を含めた解析モデルから、電子のインジェクションのベクトルポテンシャルの閾値が、標準型レーザーウェーク場加速領域における3次元的なパルス圧縮を含む閾値に近い2.8であることを見いだした。

論文

Design of rectangular transmission gratings fabricated in LiNbO$$_{3}$$ for high-power terahertz-wave generation

永島 圭介; 小菅 淳

Japanese Journal of Applied Physics, 49(12), p.122504_1 - 122504_4, 2010/12

 被引用回数:16 パーセンタイル:40.2(Physics, Applied)

高パワーのテラヘルツ波発生のためにLiNbO$$_{3}$$基板に作成した矩形透過型回折格子について詳細に調べた。ここでは、励起レーザーを大気又は石英ガラスから回折格子面へ入射する簡単な実験系を考えた。得られる回折効率の最大値は、大気の場合は0.4、石英ガラスの場合は0.9になった。設計した回折格子は深さ0.5$$mu$$m、幅0.12-0.14$$mu$$mの溝を持つ。回折効率は溝幅に比べて、溝深さに対してはあまり依存しないことがわかった。

論文

Demonstration of submicroJoule, spatially coherent soft-X-ray laser pumped by 0.1 Hertz, 10 Joule, picosecond laser

越智 義浩; 河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 大場 俊幸; 田中 桃子; 岸本 牧; 海堀 岳史; 永島 圭介; 杉山 僚

Japanese Journal of Applied Physics, 48(12), p.120212_1 - 120212_3, 2009/12

 被引用回数:31 パーセンタイル:22.32(Physics, Applied)

ジグザグスラブ型Nd:ガラス増幅器を主増幅部として用いたCPAレーザーを開発し、繰り返し頻度0.1Hzにて10J、ピコ秒のレーザーパルスを2ビーム同時に発生させることに成功した。このレーザーをドライバーとして用い、ダブルターゲット方式により空間的に完全コヒーレントかつ出力がサブマイクロジュール級の波長13.9nmの軟X線レーザーの高繰り返し発生を実現した。得られた軟X線レーザー中に含まれるコヒーレント光子数は10$$^{10}$$であり、シングルショットでのポンプ&プローブ計測による高速現象の観察等に応用できる。

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