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論文

High energy laser wakefield acceleration

小瀧 秀行; 神門 正城; 細貝 知直; 近藤 修司; 益田 伸一; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久

International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 14(1-4), p.255 - 262, 2003/03

現在の加速器では、高周波加速が多く利用されているが、この高周波をレーザーに変えることにより、加速勾配が100~1000倍となり、レーザー加速は加速器小型化の可能性を秘めている。最近、高強度レーザーを用いたレーザー加速が世界中で注目されており、100MeVを超えるエネルギーゲインが実証されている。原研では、フォトカソードRFガンを電子源としたマイクロトロンを高品質電子ビーム源として使用し、これを100TW20fsレーザーで加速する。プラズマ波長は数百フェムト秒と短いため、効率よく加速を行うには、超短パルス電子ビームが必要となる。超短パルス電子ビームの生成及びフェムト秒オーダーでの高精度のレーザー電子ビーム周期には、逆自由電子レーザーとシケインマグネットによるバンチスライスを行う。また、加速長を長くするため、プラズマ光導波路を使用し、cm長の加速を行う。これらを組み合わせ、1GeVの加速を目指す。フォトカソードRFガンとマイクロトロンの性能について、さらに逆自由電子レーザーやプラブマ光導波路の計画を発表する。

論文

Direct measurement of coherent ultrahigh wakefields excited by intense ultrashort laser pulses in a gas-jet plasma

小瀧 秀行; 神門 正城; 桶田 隆継; 益田 伸一; Koga, J. K.; 近藤 修司; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久

Physics of Plasmas, 9(4), p.1392 - 1400, 2002/04

 被引用回数:42 パーセンタイル:18.26(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度レーザーをガス中に集光すると、レーザーの動重力により電子振動(航跡場)が起こる。これは非常に強い電界をもっており、これにより荷電粒子の加速が可能である。これを加速器に応用することかできれば、現在の高周波加速器に比べコンパクトで高エネルギーの加速器を作ることが可能となる。この航跡場をコントロールするためには、この電界や位相の測定ができなければならない。さらに、高強度レーザーの伝播には、レーザーラインを真空にする必要があり、そのためプラズマ源はガスジェットによってつくる必要がある。まず最初、ガスジェットの密度分布の時間変化をマッハツェンダー干渉計を用いて測定した。この測定により、ガスの密度分布は、ガスジェットノズルからの距離が1.5mmの位置において、背圧10気圧のヘリウムの場合、ガス密度が3.5$$times$$10$$^{17}$$(プラズマ密度で7$$times$$10$$^{17}$$)になることがわかった。この結果より、周波数干渉計を用いて、ノズルからの位置を1.5mm,ガスジェットの背圧10気圧のときの、ガスジェット中に集光したレーザーによるプラズマ振動の測定を行い、ここから電界を求めた。20GeV/m以上の高電界の発生を確認した。この結果は、航跡場の線型理論に非常によく一致した。ガスジェットを用いての測定は世界で初めてのことである。ガスジェットのガス密度測定及びガスジェットでのプラズマウェーク測定について報告する。

論文

原研フォトカソードマイクロトロンの現状

神門 正城; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 金沢 修平; 益田 伸一; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久

Proceedings of 26th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.132 - 134, 2001/08

日本原子力研究所関西研究所光量子科学研究センターに建設されたフォトカソード・マイクロトロンの第一期のビーム試験の結果を報告する。ビーム性能は、電荷量91pC,エミッタンス10$$pi$$mm-mrad,パルス幅10ps,ジッター5.5psが達成された。現在は1GeVレーザー加速に向けての電子ビームライン改造を進めているが、その進捗状況も報告する。また、1GeVレーザー加速実験計画の概要についても報告する。

論文

Development of plasma waveguide using fast z-pinch capillary discharge

益田 伸一; 神門 正城; 小瀧 秀行; 細貝 知直*; 近藤 修司; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久

Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, 3 Pages, 2001/00

原研関西において、100TWレーザーを用いたレーザー航跡場加速器実験が計画されている。高速Zピンチキャピラリ放電によるプラズマ導波路の開発は、加速長をかせぐために重要な課題の一つである。これまでに、われわれは2cm長のプラズマ導波路を開発し、レーザーの導波実験に成功した。現在、1GeVレーザー加速実験のための10cm長のプラズマ導波路を開発中である。開発状況とPICシミュレーションの結果について報告する。

論文

High energy electron acceleration by high peak power laser

小瀧 秀行; 神門 正城; 近藤 修司; 益田 伸一; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久

Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, 3 Pages, 2001/00

高周波での加速をレーザーに変えることにより、加速勾配が100$$sim$$1000倍となり、レーザー加速は加速器小型化の可能性を秘めている。日本原子力研究所では、フォトカソードRFガンを電子源としたマイクロトロンを高品質電子ビーム源として使用し、これを100TW 20fsレーザーが加速する。効率よく加速を行うには、超短パルス電子ビーム,フェムト秒オーダーでの高精度の同期,レーザーの長距離伝播等を必要である。これらの要素技術及び組合せることによる高効率のレーザー加速,ガスジェットによるガス密度分布の測定や周波数干渉法によるレーザープラズマ航跡場の測定等、レーザー加速のための基礎実験について発表する。

報告書

Ti:Sapphireフリーランニングレーザーの発振特性

大図 章; 西村 昭彦; 宇佐美 力*; 的場 徹

JAERI-Research 2000-013, p.39 - 0, 2000/03

JAERI-Research-2000-013.pdf:1.8MB

次世代の高強度短パルスレーザーとして期待されるYb系固体レーザーの重要な要素技術の一つである励起用光源、フラッシュランプ励起Ti:Sapphire高出力フリーランニングレーザー発振器を開発した。本レーザーには、波長920nm近傍のレーザー光を従来にない長いパルス幅で効率良く高出力かつ高品質で発生させることが要求される。本レーザーの要素技術であるパルス放電、フラッシュランプからの紫外光遮光を最適化し、レーザー発振特性試験を行った。その結果、外径8mm$$phi$$、長さ180mmの結晶から波長約800nm及びレーザー繰り返し数0.5Hzで、最高出力6.8J、電源効率0.7%を得ることができた。波長920nmでは、Ybレーザー強励起試験に十分な2J程度を得ることができた。励起用光源の開発の基礎となる設計データ、レーザーのパラメータ依存性及び発振特性について報告する。

論文

High-repetition-rate 2J Nd:YAG oscillator-amplifier system

鄭 和翊; 加藤 政明; 松岡 史哲*; 丹羽 善人*; 丸山 庸一郎; 的場 徹; 有澤 孝

Optical Engineering, 39(1), p.320 - 322, 2000/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:71.26(Optics)

半導体レーザー励起の高繰り返しNd:YAGレーザーシステムの開発について述べている。システムはマスター発振器と前置増幅器そして2台の主増幅器から構成されている。3台の増幅器はジグザグスラブ型レーザー結晶を内部に持ち、両サイドより励起される。このレーザーシステムは2Jのパルスエネルギーを100Hzの繰り返しで発生でき、そのときのビーム品質は回折限界の3倍程である。このレーザー出力は波長変換素子によりグリーン光に変換され、チタンサファイアレーザー結晶の励起に用いられる。

論文

Highly efficient second harmonic generation by using four pass quadrature frequency conversion

桐山 博光; 松岡 伸一; 丸山 庸一郎; 的場 徹; 有澤 孝

Advanced High-power Lasers (Proceedings of SPIE Vol.3889), p.638 - 643, 2000/00

極短パルス超高ピーク出力チタンサファイアレーザーや波長可変レーザーの励起、高次高調波発生に不可欠となる高効率波長変換器の開発を行っている。低い入射レーザー光強度で高い変換効率を達成するため、逆変換を最小化できるように2つの非線形光学結晶の光軸を垂直に配置し、偏光の回転を利用して入射レーザー光が4回通過できる4パス構成矩象波長変換方式を新たに考案した。本実験では入射レーザー光に1064-nm Nd:YAGレーザー光を用い、非線形光学結晶にタイプII位相整合のKTP結晶を用いた。1064-nm基本波入射光強度に対する532-nm第二高調波変換効率特性を実測した。比較のために入射レーザー光を1つの結晶に対して1回通過させた典型的な従来法を用いた変換効率も実測した。本波長変換方式を用いることにより、従来法よりも変換効率が向上し、この方式の有効性が示される結果となった。76MW/cm$$^{2}$$の低い入射レーザー光強度に対して80%の高い変換効率を得た。

論文

Thermal lens effects on highly pumped Yb:glass

西村 昭彦; 赤岡 克昭; 大図 章; 杉山 僚; 宇佐美 力*; 的場 徹

Advanced High-power Lasers (Proceedings of SPIE Vol.3889), p.414 - 419, 2000/00

強励起したイッテルビウムガラス内部に生じる熱レンズ効果をシャックハートマン型波面センターを用いて測定した。ジュールレベルの高エネルギーパルス発生のためにフラッシュランプ励起チタンサファイヤレーザーを開発した。励起波長915nmにおいてパルスエネルギー1J、パルス時間160msの高エネルギーパルスを行い、イッテルビウムガラス発振器から最大330mJ、スロープ効率は53%を得た。励起強度800kW/cm$$^{2}$$において強励起したイッテルビウムガラスは強い熱レンズ効果が現れたが、その内部及び表面には損傷は認められなかった。熱レンズ効果測定のため強励起下のガラスを透過するHe-Neレーザー光の波面計測を行った。計測した波面を展開しZernike係数を求めたところフォーカス成分が支配的であり、励起後300msで完全に消失することが判明した。

論文

Instantaneous measurement system of the effective photon energy for a single shot X-ray pulse radiation

大図 章; 伊藤 和範*; 的場 徹; 河西 俊一; 有澤 孝

Review of Scientific Instruments, 70(9), p.3776 - 3777, 1999/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:78.17(Instruments & Instrumentation)

従来の技術では、連続的なエネルギー分布を有するX線パルスの平均光子エネルギーを1回の測定では求めることはできない。これを求めるには吸収体の厚みを変えてX線パルスを何回も計測して減衰曲線の傾きを求めなければならない。したがって繰り返してX線パルスの発生が容易でない場合、多くの時間、手間を必要とする。これを克服するために、MOSリニアセンサー、シンチレータ付ファイバープレート及び連続的な厚みを持つ吸収体等からなる計測システムを開発した。本システムでは、1回の計測で精度の良い減衰曲線が得られ、X線パルスの平均光子エネルギーを簡単に求めることができた。これにより、これまで必要だった多くの計測時間、作業とX線パルスの発生を大幅に省略することができた。

論文

High-repetition rate 1-J green laser system

鄭 和翊*; 加藤 政明; 松岡 史哲*; 丹羽 善人*; 丸山 庸一郎; 的場 徹; 有澤 孝

Applied Optics, 38(21), p.4548 - 4551, 1999/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:57.76(Optics)

半導体励起高繰り返しジグザグスラブNd:YAGレーザーシステムに関する論文である。同レーザーは高平均出力テラワットチタンサファイアレーザーの励起に用いられる。同レーザーは100Hz以上の繰り返し数で2Jのパルスを発生することのできる増幅システムと高調波(2次:532nm)発生用に開発された拡散接合KTP結晶とで構成されている。増幅システムは2台の増幅器をリング型に統合したユニークな構成となっており、60%という高いエネルギー抽出効率を実現している。また、グレートラッキングフリーの2つのKTP結晶を接合して作られた波長変換器では約50%、1Jのパルスエネルギーを100Hzの繰り返し数で実現している。

論文

Collisional effects on population inversion in optical-field-ionized plasmas

匂坂 明人*; 永島 圭介; 山極 満; 的場 徹; 宅間 宏*

Journal of the Physical Society of Japan, 68(4), p.1221 - 1227, 1999/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:71.01(Physics, Multidisciplinary)

高強度極短パルスレーザーを用いた光電界電離(OFI)による再結合型X線レーザーの場合、生成される電子のエネルギー分布は非マクスウェル分布となる。そのため、加熱機構を含む分布関数の時間変化を計算し、X線レーザーの反転分布生成に与える影響を定量的に評価する必要がある。本研究では、水素様ヘリウムに注目し利得の計算を行った。電子の分布関数については、電子-電子衝突による緩和過程を取り入れフォッカー・プランク方程式により計算した。この結果、緩和過程の影響が大きく、非マクスウェル性が抑制されてしまうことがわかった。しかしながら、入力レーザーのパルス幅を短くしていくことで(~10fs)最大12cm$$^{-1}$$の利得を得られることが示され、X線レーザーの発振の可能性が期待される。

論文

強励起によるYbガラス発振と透過波面計測

西村 昭彦; 大図 章; 赤岡 克昭; 宇佐美 力*; 杉山 僚*; 的場 徹

電気学会光・量子デバイス研究会資料OQD-99-1-6, p.25 - 28, 1999/03

強励起可能な高エネルギーパルス励起レーザーを開発した。ゲイン媒質には高品質チタンサファイアロッドを用いXeフラッシュランプ励起により高エネルギーパルスを発生させた。この励起レーザーを用いて半導体レーザー直接励起が可能なイッテルビウムガラスの強励起発振試験を行った。励起波長915nmにおいてパルスエネルギー1J、パルス時間160msの高エネルギーパルスを行い、イッテルビウムガラス発振器から最大330mJを得た。発振スロープ効率は53%を得た。励起強度800W/cm$$^{2}$$において強励起したイッテルビウムガラスは強い熱レンズ効果が現れたが、その内部及び表面には損傷は認められなかった。さらに熱レンズ効果測定のため強励起下のガラスを透過するHe-Neレーザー光の波面計測を行った。計測した波面を展開しZernike係数を求めたところ、3次のフォーカス成分が支配的であり、励起後30msで消失することが判明した。

論文

Diffusion bonded KTiOPO$$_{4}$$ crystal for the second harmonic generation of high average power zigzag slab Nd:YAG laser

鄭 和翊*; 加藤 政明; 松岡 史哲*; 丹羽 善人*; 丸山 庸一郎; 的場 徹; 有澤 孝

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 38(1A-B), p.L35 - L37, 1999/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.69(Physics, Applied)

高平均出力ジクザグスラブNd:YAGレーザーの第二高調波発生用に開発された拡散接合KTiOPO$$_{4}$$結晶(KTP)に関する論文である。二つの高品質KTPはz軸にそって接合されており、両者の結晶軸は接合後4分以内で一致していた。拡散接合により高品質で大型の結晶が実現され、高エネルギー高平均出力レーザーの波長変換がダメージフリーで行えるようになった。実験では2J100Hzの基本波が1Jのグリン光に変換されたが、これは50%の変換効率に相当する。

論文

Multilaser and high spatially resolved multipoint Thomson scattering system for the JT-60U tokamak

吉田 英俊; 内藤 磨; 山下 修; 北村 繁; 佐久間 猛*; 小野瀬 義秋*; 根本 博文*; 浜野 隆*; 波多江 仰紀; 長島 章; et al.

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.751 - 754, 1999/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:32.43(Instruments & Instrumentation)

JT-60Uトムソン散乱測定装置の最新の設計と測定実績について総合報告する。本装置は超高温な電子温度や高精度な電子密度の過渡変化を、定量的であるがゆえに精密なアラインメントの常時監視下で高信頼測定が可能であるという特長を有する。2台のルビーレーザから発せられるビームを光学的に同質かつ同一直線上に伝搬させる、施光子とファラデー回転子から成るビーム合成装置を開発して、2ミリ秒の時間差での過渡事象現象測定を可能にした。プラズマ炉心部から周辺部まで約2mにわたって60空間点のトムソン散乱光を8~22mmの高分解能で2台の集光器で集光する。低電子密度プラズマを小立体角かつ高空間分解能で高精度に測定するため超高感度の光電子増倍管を採用し、また高温高密度の炉心プラズマを対象に高繰返し計測が可能な2次元型検出器を開発・導入した。講演では、最新の測定結果についても言及する。

論文

Relaxation of electron energy distributions and population inversion in optical-field-ionized plasmas

匂坂 明人*; 永島 圭介; 山極 満; 的場 徹; 宅間 宏*

Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.289 - 292, 1999/00

高出力の極短パルスレーザーを用いたX線レーザーの発振方式として光電界電離(OFI)方式がある。特に再結合型の場合、基底状態への遷移が可能なため、短波長化に有利である。このときの電子エネルギー分布は、非マクスウェル分布となっており、X線レーザーの反転分布に大きく寄与する。本研究では、OFIプラズマ中での電子エネルギー分布に注目し、分布関数の緩和過程と反転分布密度の関係を計算により評価した。水素様ヘリウムの場合において計算したところ、初期の電子分布は逆制動放射による等分化の影響を受けるが、非マクスウェル性は残っている。その後の電子-電子衝突による緩和過程をフォッカープランク方程式を用いて計算したところ、速い時間での緩和が確認された。このことからOFIによるX線レーザーの反転分布において、緩和過程が重要であると結論される。

論文

Present status of advanced photon science research program related to X-, and $$gamma$$-ray emission source development

有澤 孝; 的場 徹; 山川 考一; 丸山 庸一郎; 貴家 恒男; 若井田 育夫; 中島 一久*; 佐々木 明; 峰原 英介; 大島 真澄

Proc. of the 1st International Induced Gamma Emision Workshop, p.29 - 41, 1999/00

光量子科学では、超高ピーク出力レーザーでX線レーザー及びX線光源を駆動し、さらにそれによって$$gamma$$線を駆動するというような手順で研究開発を進めている。今までに得られた超高ピーク出力レーザーについて紹介しながら、X線や$$gamma$$線の放出方法について説明を行う。特に、核異性体を用いた$$gamma$$線核分光及び$$gamma$$線放出研究について述べる。

論文

Second harmonic generation of LD-pumped high repetition rate and high energy Nd:YAG laser using a directly bonded KTP crystal

丸山 庸一郎; 鄭 和翊*; 加藤 政明; 丹羽 善人*; 松岡 史哲*; 的場 徹; 有澤 孝; 大場 正規

Trends in Optics and Photonics;Advanced Solid-State Lasers, 26, p.45 - 48, 1999/00

高繰り返しチタンサファイアCPAレーザーのポンプ光源として全固体Nd:YAGグリーンレーザーの開発を進めている。グリーンレーザーはシングルモード発振器、4パス前置増幅器、リング型2パス増幅器、波長変換装置より構成されている。発振器で発生するTEM$$_{00}$$のレーザー光は前置増幅器で増幅された後、リング型2パス増幅器でさらに増幅される。これらの増幅器は高いビーム質を維持するために互いに像転送光学系で結合されている。増幅されたレーザー光はもう1台の像転送光学系で波長を緑色に変換するための波長変換装置に転送される。波長変換用の非線形結晶には熱特性に優れたKTP結晶を2個拡散接合したものを使用した。接合した2個の結晶はお互いに約4分の位相ミスマッチが観測されたがこれはKTPの許容角度に比べて十分小さい。基本波のパルスエネルギーは繰り返し100Hzで2.1Jで、これを拡散接合したKTP結晶に入射することによって1Jの緑色光が発生でき、波長変換効率として約48%を得た。また緑色光の出力安定性は$$pm$$1%と安定であった。さらにパルス幅は約70nsとなりチタンサファイア結晶のポンピングに最適な長さが得られた。

論文

Diode pumped 250-W zigzag slab Nb:YAG oscillator-amplifier system

鄭 和翊*; 加藤 政明; 丹羽 善人*; 原山 清香; 丸山 庸一郎; 的場 徹; 有澤 孝

Optics Letters, 23(7), p.514 - 516, 1998/04

 被引用回数:19 パーセンタイル:29.76(Optics)

超高速、高分解能イメージング技術開発を目指して、数百W級の平均出力を有するX線発生用の短パルスレーザーの開発を行っている。この短パルスレーザーはkW平均出力のグリーンレーザーを必要とするため、半導体レーザー励起Nd:YAGレーザーの開発を行っている。現在このレーザーからの平均出力は最高251Wであり、パルスエネルギーは1.26Jである。このレーザー出力をLBO結晶による第2高調波発生により、105Wのグリーン光に変換した。このグリーン光の空間モードプロファイルは均一であり、短パルスレーザー用チタンサファイア結晶の励起に適していることがわかった。また現システムの半導体レーザーの出力を増大することによって、基本波平均出力400W、グリーン光200Wを達成できることが理論計算によって明らかとなった。

論文

Development of all solid-state, high average power ultra-short pulse laser for X-ray generation

原山 清香; 赤岡 克昭; 鄭 和翊*; 加藤 政明; 丹羽 善人*; 丸山 庸一郎; 的場 徹; 有澤 孝; 宅間 宏*

JAERI-Conf 98-004, p.150 - 155, 1998/03

全固体高平均出力超短パルスレーザーの開発の現状について報告する。実験結果、計算結果を示し、問題点についての考察を行う。LD励起によるNd:YAGレーザーをポンプ源としたCPAマルチパス増幅システムを開発し、パルスエネルギー50mJを得ている。また、レーザー結晶内の熱歪みにより生ずるレーザー波面の乱れを補償するためのアダプティヴ・オプティックスを開発し、これを100fsの短パルスレーザーに適用し、波面歪みを補償前の0.78$$lambda$$(RMS)から0.15$$lambda$$へと改善した。繰り返し数を上げる際、大きな問題になると思われる結晶内の熱については、熱コードを用いたいくつかの解析を行い、高平均入力時の結晶温度の評価を行っている。この結果、現在のシステムにもう一段の増幅器を付加することにしており、1~2TWのピークパワーが得られるものと期待している。

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