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小川 奏; 青山 誠; 赤羽 温; 辻 公一; 河仲 準二*; 張本 鉄雄*; 西岡 一*; 藤田 雅之*; 山川 考一
Japanese Journal of Applied Physics, 47(6), p.4592 - 4594, 2008/06
被引用回数：8 パーセンタイル：32.87(Physics, Applied)アト秒パルス発生のための数サイクルパルス光を生成するためには、400nmを超える超広帯域な増幅帯域が必要である。この超広帯域増幅を実現するために、光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)法を用いた研究が盛んに行われている。われわれは既に広帯域励起光を用いた広帯域光OPCPAによって、波長1020nmを中心とした200nmの増幅帯域を得ている。本論文は、2つの広帯域励起光を同一の結晶にタイミングをずらして入射することでおよそ350nmの増幅帯域を得たことに関する報告である。これは1ビームで増幅した場合と比較しておよそ2倍に増幅帯域を拡張することができたことになる。
小川 奏; 赤羽 温; 張本 鉄雄*; 青山 誠; 辻 公一; 河仲 準二*; 西岡 一*; 藤田 雅之*; 山川 考一
レーザー研究, 35(9), p.596 - 598, 2007/09
アト秒パルス発生のための数サイクルパルス光を生成するためには、400nmを超える超広帯域な増幅帯域が必要である。この超広帯域増幅を実現するために、光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)法を用いた研究が盛んに行われている。このOPCPA法を用いた超広帯域増幅の手法としては、これまでのところnon-collinear法や種光に分散を持たせるといったことが主流であった。そこで本研究では、新たに励起光に発散角をつけることを提案した。これにより、シングルステージでありながら波長1,000nmを中心として400nmに及ぶ超広帯域増幅を達成した。このとき用いた結晶はBBO結晶であり、また、このとき得られた増幅利得は1.2
10
であった。
)
chirped-pulse regenerative amplifier小川 奏; 赤羽 温; 青山 誠; 辻 公一; 時田 茂樹*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 山川 考一
Optics Express (Internet), 15(14), p.8598 - 8602, 2007/07
被引用回数：22 パーセンタイル：68.95(Optics)イットリビウム(Yb)系のレーザー材料は、次世代のレーザーダイオード(LD)励起レーザー(DPSSL)用材料として近年盛んに研究が行われている。吸収帯域が広く長い蛍光寿命を持つYb系材料はLD励起に最適であり、高効率なレーザー動作が可能である。本研究は、そのようなYb系材料の1つであるYb:KYW結晶を増幅媒質として用いることで、高エネルギーと広帯域を維持しつつ1kHz以上の高繰り返しで動作可能なCPAレーザーの開発を目的としている。本実験では、Yb:KYW結晶を用いてLD励起低温冷却型再生増幅器の開発を行い、励起パルス幅0.5ms時において5.5mJの出力エネルギー(吸収エネルギー39mJ)と14%を超える光-光変換効率を得ることができた。
赤羽 温; 青山 誠; 小川 奏; 辻 公一; 時田 茂樹*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 山川 考一
Optics Letters, 32(13), p.1899 - 1901, 2007/07
被引用回数：42 パーセンタイル：84.42(Optics)利得による狭帯域化現象を利用したダイオード励起低温冷却Yb:YAG再生増幅器を開発した。1.2nsパルス幅の周波数チャープしたシードレーザー光は再生増幅器内で増幅と同時にパルス圧縮され、外部でのパルス圧縮器なしに35ps, 8mJの増幅レーザー光が発生する。増幅光の第二高調波は実際にピコ秒2波長光パラメトリック増幅の励起光源として用いられた。
青山 誠; 赤羽 温; 小川 奏; 辻 公一; 杉山 僚; 張本 鉄雄*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 藤田 雅之*; 山川 考一
レーザー研究, 35(6), p.398 - 399, 2007/06
高輝度アト秒光量子ビーム生成を目指し高強度数サイクル光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)システムの開発を行っている。このレーザーシステムに要求される条件の一つに、パルス幅が光電場の数サイクルに相当する400nm程度の超広帯域レーザー光の増幅が挙げられる。この増幅帯域を実現するため、広帯域光源によりOPAを励起する方法を用い、システム開発を進めている。この励起光源には所属グループで開発した半導体直接励起Yb CPAレーザーシステムを用いる。この励起レーザーシステムは、われわれが提唱しているOPCPA方式に必要とされる広帯域レーザー光を発生させることが可能であり、Yb結晶を半導体直接励起することで、非常に高い電力-光変換効率を実現している。この論文では、おもに増幅帯域,増幅利得の実験結果について報告する。
西岡 一*; 河仲 準二
光アライアンス, 14(11), p.21 - 25, 2003/11
原研光量子科学研究センターでは小型・高効率で高繰り返し可能な次世代超短パルスレーザーとして半導体レーザー励起によるYb系レーザーを研究開発中である。同レーザーの実現によりレーザー加工などの従来の応用分野の急速な発展や高強度場科学などの新規分野の開拓が大きく期待されている。本報告では、半導体レーザーによって直接励起でき、簡単な構成で高出力の超短パルス光を発生できるYb系レーザーの特徴と、光量子科学研究センターで行われた最先端のレーザー装置の開発について概説した。
河仲 準二; 山川 考一; 西岡 一*; 植田 憲一*
Optics Letters, 28(21), p.2121 - 2123, 2003/11
被引用回数：86 パーセンタイル：93.53(Optics)原研光量子科学研究センターでは次世代超高ピーク出力レーザーとして半導体レーザー励起によるYb系固体レーザーの開発を行っている。これまで半導体レーザー励起によるフェムト秒発振器の開発に成功し、今回、発振器に続く初段増幅器として再生増幅器の開発を行ったので報告する。発振器からのフェムト秒パルスをファイバーにより1.2nsにまで時間伸張し再生増幅器に注入する。再生増幅用レーザー媒質としてYb:YLF結晶を用い、これまでの基礎研究から得られたデータをもとに、同材料を液体窒素クライオスタットで冷却することにより超短パルスレーザー材料としての特性を劇的に高めた。これにより再生共振器内を12往復した後、30mJの出力が得られた。これは、半導体レーザー励起のフェムト秒レーザーとしては最高出力である。増幅率は10
倍であり初段増幅器としての性能を十二分に達成できた。また、回折格子ペアによるパルス圧縮を試みた結果、12mJ, 800fsの超短パルスを得ることに成功した。したがって、本システムのみで応用研究、例えば、バイオや物質加工,表面処理などの研究を遂行できることを示した。
crystal at low temperature河仲 準二; 山川 考一; 西岡 一*; 植田 憲一*
Optics Express (Internet), 10(10), p.455 - 460, 2002/05
被引用回数：48 パーセンタイル：84.63(Optics)Yb系固体材料は量子効率が大きく、励起吸収波長が高出力半導体レーザーの発振波長帯(900nm帯)にある。加えて、Yb:YLF結晶は幅広い蛍光スペクトルを示すことから同材料を用いれば半導体レーザー直接励起による小型・高効率の超高ピーク出力レーザーの実現が制御できる。しかし、同材料は準3準位系であるため、高いレーザー利得を得るためにはレーザー下準位の再吸収を十分に飽和できる高強度励起が必要であり、現在入手できる半導体レーザーでこれを実現することは難しい。今回、Yb:YLF結晶を低温に冷却することにより結晶内の熱的エネルギー分布を能動的に変化させレーザー下準位の再吸収を劇的に減少させることで、半導体レーザー励起により室温時の10倍大きい21cm
の高利得が得られることを実験により実証した。さらにレーザー利得スペクトル幅も室温時の2倍近い35nm(パルス幅40fs以下に相当)を得ることに成功した。これにより、低温Yb:YLF結晶を用いることで半導体レーザー直接励起による小型・高効率の超高ピーク出力レーザーの高い実現可能性を示した。さらに、同レーザーの実用化によりレーザーエンジニアだけでなく種々の研究者による応用研究、例えば小型X線源や超微細加工等を強力に推進できることを示唆した。
河仲 準二; 山川 考一; 西岡 一*; 植田 憲一*
Proceedings of Conference on Lasers and Electro-Optics / Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QELS 2002), p.CPDC8_1 - CPDC8_3, 2002/00
光量子科学研究センターでは次世代超高ピーク出力レーザーとして半導体レーザー直接励起によるYb系固体レーザーの開発を行っている。これまでYb:YLF結晶を低温に冷却することにより超高ピークレーザーに必要なレーザー特性が格段に改善させることを分光学的に示唆してきた。今回、同材料を実際に液体窒素温度に冷却してチャープパルス再生増幅実験を行い、レーザー特性の向上を実験的に実証した。この結果、半導体レーザー励起による同装置としてはパルスあたりのエネルギーを従来の3桁程度まで増加でき24-mJの世界最高出力を達成した。パルス圧縮後のパルス幅は600~900fsが測定された。これにより発振器と再生増幅器のみで構成される実テーブルサイズの本装置のみで30GW超のピーク出力が得られた。
河仲 準二; 西岡 一*; 井上 典洋*; 植田 憲一*
Applied Optics, 40(21), p.3542 - 3546, 2001/07
被引用回数：57 パーセンタイル：89.40(Optics)Yb系固体材料は半導体レーザー(LD)直接励起が可能な高出力レーザー材料として注目されている。中でもYb:YLFは幅広い蛍光スペクトルを有することから超短パルスの発生・増幅が可能なため、次世代LD励起超高ピーク出力レーザー用レーザー媒質の有力な1つである。本論文では、LD励起によるYb:YLFレーザーの室温発振に初めて成功した。得られた25nmにわたる広帯域の波長可変幅から最短で40fsの超短パルスの発生・増幅が可能であることがわかった。また、50%にのぼる高いスロープ効率が得られたことから、今後LDの高輝度化が進み100kW/cm
を超える高強度励起が可能になれば高いエネルギー変換効率が得られることを明らかにした。さらに、Yb:YLFの低温分光を行った結果、Yb:YLFを70K以下に低温冷却することにより38nmにわたる幅広いレーザー利得や高効率が現状のLD励起強度においても得られることを明らかにした。
河仲 準二; 西岡 一*; 井上 典洋*; 久保田 能徳*; 植田 憲一*
XIII International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers and High-Power Laser Conference (Proceedings of SPIE Vol.4184) (CD-ROM), 4 Pages, 2000/09
チャープパルス増幅の発明以来、幅広い発光スペクトルを有するチタンサファイア結晶を用いて超短パルス・超高ピーク強度レーザーの開発が盛んに行われ、これらを利用した応用研究が活発化してきている。これに伴い小型・安易操作性の観点から半導体レーザーの直接励起による全固体超高ピーク強度レーザー実現が強く望まれている。Yb:YLFとYb:glassは幅広い発光スペクトルを有し、吸収波長が高出力半導体レーザーの発振波長と一致することから、次世代の超高ピーク強度レーザー材料として注目されている。しかし、高効率・広利得幅を得るためにはレーザー下準位の再吸収を十分に飽和できる高強度励起が必要であり、現在の半導体レーザーの集光強度では難しいことがこれまで実験で示された。今回、Yb:YLF及びYb;glassの低温における吸収・発光スペクトルを観測した。その結果、室温時と低温時において断面積及びスペクトル形状に大きな差異が生じ、Yb:YLF及びYb:glassを低温に冷却することにより半導体レーザーを励起光源とした場合にも高効率・高利得幅が得られる可能性が高いことを示した。
) chirped-pulse regenerative amplifier青山 誠; 小川 奏; 赤羽 温; 辻 公一; 時田 茂樹*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 山川 考一
no journal, ,
高強度・数サイクルレーザーシステムの励起源として、Yb系結晶を増幅媒質とした広帯域CPAレーザーの開発を進めている。Yb系固体レーザーはLD直接励起と高い量子効率動作が可能であるため、電気-光変換効率が高く、高出力化が可能であり、レーザーシステムの小型化も容易である利点を持つレーザーシステムである。本研究では、高強度・数サイクルレーザーシステムの効率的な応用研究のために、励起源である広帯域Yb系CPAレーザーシステムのmJ以上の高エネルギー化と、1kHz以上の高繰り返し化を目指している。このため、レーザー媒質に繰り返し数1kHz以上に適した上準位寿命を持つYb:KYW結晶を採用し、レーザーシステムの開発を進めている。実験では、励起パルス幅0.5ms時、出力エネルギー5.5mJ(励起エネルギー39mJ)が得られ、このときの光-光変換効率は14.1%であった。本会議では、レーザーシステムの概要と実験結果について発表する。
赤羽 温; 青山 誠; 小川 奏; 辻 公一; 張本 鉄雄*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 藤田 雅之*; 山川 考一
no journal, ,
高輝度アト秒光量子ビーム生成を目指し、高強度数サイクル光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)システムの開発を行っている。LD励起低温冷却型Yb:YLF CPAレーザーから出力されるパルス幅可変の広帯域励起光を結晶内交差角の異なる2ビームに分割しOPA結晶に入射させることにより、帯域幅400nm以上,パルス幅10fs以下のレーザー光の発生を目指している。今回1ビームでのOPCPA励起を行い、理論予測と一致する200nm以上の超広帯域増幅を実現した。実験ではパルス幅80fsのモード同期発振器出力を2分割し、一方をCPAレーザーシステムの種光に、他方をフォトニック結晶ファイバーで白色光に変換した後、ガラスブロックによりパルス伸張を行いOPCPAの入力信号光として用いた。CPAレーザー出力光を2倍波に波長変換し、中心波長509nm,バンド幅3nm,パルス幅2.4psの励起光と2ps程度にパルス伸張したエネルギー0.4nJの広帯域信号光とをBBO結晶(7mm長)中で交差角0.6度でオーバーラップさせることにより増幅帯域200nm以上のOPA信号光(増幅利得10)が得られた。
赤羽 温; 青山 誠; 小川 奏; 辻 公一; 時田 茂樹*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 山川 考一
no journal, ,
パルス圧縮器を用いないで高効率に直接OPCPAを励起するのに最適なLD励起狭帯域Yb:YAGチャープパルス再生増幅器を開発した。シード光は再生増幅器でのGain-Narrowingにより増幅と同時にパルス圧縮されるため、パルス圧縮機なしで7.5mJのピコ秒増幅レーザーパルスが得られた。実験ではOPCPAのシグナルに光を分割し、偏波保存シングルモードファイバーで1.2nsまでパルス伸張したものを再生増幅器のシード光として用いている。再生増幅器では液体窒素温度冷却されたYb:YAG結晶が狭帯域増幅媒質として用いられており、LD直接励起可能なため1kHzを超える高繰り返し動作にも対応可能である。増幅光の帯域は再生増幅器内のGain-Narrowingにより17nmから0.5nmまで狭帯域化35psまで圧縮されておりチャープ光のため増幅後のパルス幅も35ps程度まで圧縮される。波長変換後のパルス幅25psの2倍波はパルス圧縮機なしでOPCPAの励起光として使用可能である。実験ではさらに増幅光を用いて実際に2波長光パラメトリックチャープパルス増幅を行い、シグナル光帯域のうち850nmと1200nmの2波長成分が10
の利得で増幅されることを確認している。
赤羽 温; 青山 誠; 小川 奏; 辻 公一; 時田 茂樹*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 山川 考一
no journal, ,
高強度数サイクルOPCPAレーザーシステムの励起光源として、われわれは低温冷却Yb系結晶を増幅媒質としたCPAレーザーの開発を進めている。今回われわれは増幅結晶媒質にYb:YAGを用いた狭帯域再生増幅CPAレーザーを整備し、2ビーム励起方式OPCPAの有効性を検証する実験を行った。整備したレーザーシステムにおいては発振器からの中心波長1033nm,パルス幅80fsのレーザー光を1.2km偏波保存単一モードファイバーにより1.2nsにパルス幅伸張し、液体窒素温度冷却Yb:YAG結晶(25at.%)を用いた再生増幅器で増幅した。増幅後のエネルギーは最大8mJ、帯域幅は0.5nmでGain-Narrowingによりパルス幅は35ps程度が得られている。この増幅光をパルス圧縮器を介さず直接波長変換結晶に入力し、最大40%の変換効率で2倍波に変換してOPCPA実験の励起光に用いている。
青山 誠; 赤羽 温; 小川 奏; 辻 公一; 杉山 僚; 山川 考一; 張本 鉄雄*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 藤田 雅之*
no journal, ,
高輝度アト秒光量子ビーム生成を目指し高強度数サイクル光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)システムの開発を行っている。このレーザーシステムに要求される条件の一つに、パルス幅が光電場の数サイクルに相当する400nm程度の超広帯域レーザー光の増幅が挙げられる。この増幅帯域を実現するため、2ビームの広帯域光源によりOPAを励起する新しい方法を提案し、システム開発を進めている。この励起光源には所属グループで開発した半導体直接励起Yb CPAレーザーシステムを用いる。この励起レーザーシステムは、われわれが提唱しているOPCPA方式に必要とされる広帯域レーザー光を発生させることが可能であり、Yb結晶を半導体直接励起することで、非常に高い電力-光変換効率を実現している。これにより帯域400nm以上,パルス幅5fs(@1017nm),パルスエネルギー5mJ,ピークパワー1TWのレーザー光を発生させることを目指している。会議ではレーザーのシステム設計と増幅実験について、さらにOPCPA励起のために開発されたYb結晶レーザーシステムについての講演を行う。
青山 誠; 赤羽 温; 小川 奏; 辻 公一; 張本 鉄雄*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 藤田 雅之*; 山川 考一
no journal, ,
高輝度アト秒光量子ビーム生成を目指し高強度数サイクル光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)システムの開発を行っている。このレーザーシステムに要求される条件の一つに、パルス幅が光電場の数サイクルに相当する400nm程度の超広帯域レーザー光の増幅が挙げられる。この増幅帯域を実現するため、2ビームの広帯域光源によりOPAを励起する新しい方法を提案し、システム開発を進めている。この励起光源には所属グループで開発した半導体直接励起Yb CPAレーザーシステムを用いる。この励起レーザーシステムは、われわれが提唱しているOPCPA方式に必要とされる広帯域レーザー光を発生させることが可能であり、Yb結晶を半導体直接励起することで、非常に高い電力-光変換効率を実現している。これにより帯域400nm以上,パルス幅5 fs(@1017nm),パルスエネルギー5mJ,ピークパワー1TWのレーザー光を発生させることを目指している。会議ではレーザーのシステム設計と増幅実験について、さらにOPCPA励起のために開発されたYb結晶レーザーシステムについての講演を行う。
赤羽 温; 青山 誠; 小川 奏; 辻 公一; 時田 茂樹*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 山川 考一
no journal, ,
Gain-Narrowingをパルス圧縮に利用したダイオード励起低温冷却Yb:YAG再生増幅器を開発した。シードチャープ光は再生増幅器キャビティー内で増幅されるだけでなく時間的にパルス圧縮され、パルス圧縮器なしで8mJのピコ秒レーザーパルスが発生する。
青山 誠; 赤羽 温; 小川 奏; 辻 公一; 張本 鉄雄*; 河仲 準二*; 西岡 一*; 藤田 雅之*; 山川 考一
no journal, ,
高輝度アト秒光量子ビーム生成を目指し高強度数サイクル光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)システムの開発を行っている。このレーザーシステムに要求される条件の一つに、パルス幅が光電場の数サイクルに相当する400nm程度の超広帯域レーザー光の増幅が挙げられる。この増幅帯域を実現するため、2ビームの広帯域光源によりOPAを励起する新しい方法を提案し、システム開発を進めている。この励起光源には所属グループで開発した半導体直接励起Yb CPAレーザーシステムを用いる。この励起レーザーシステムは、われわれが提唱しているOPCPA方式に必要とされる広帯域レーザー光を発生させることが可能であり、Yb結晶を半導体直接励起することで、非常に高い電力-光変換効率を実現している。これにより帯域400nm以上,パルス幅5fs(@1017nm),パルスエネルギー5mJ,ピークパワー1TWのレーザー光を発生させることを目指している。会議ではレーザーのシステム設計と増幅実験について、さらにOPCPA励起のために開発されたYb結晶レーザーシステムについての講演を行う予定である。
赤羽 温; 青山 誠; 小川 奏; 辻 公一; 河仲 準二*; 西岡 一*; 藤田 雅之*; 山川 考一
no journal, ,
超広帯域光パラメトリックチャープパルス増幅システムの超広帯域シード光に用いるため、モード同期発振器からのフェムト秒シード光をサファイア,合成石英等の光学基板に集光し、超広帯域光を得た。これまでシステムのシード光としてはフォトニッククリスタルファイバー(PCF)から出力される白色光を利用していたが、この白色光はPCF中での高次非線形性により位相歪みが大きく、位相変調器等のアダプティブな分散補償においても圧縮後のパルス幅は20から30fs程度に制限される。このためわれわれはPCFの代わりに超短パルスレーザー光を光学基板に集光したときに誘起される自己位相変調により白色シード光の発生を行ったものである。実験ではモード同期発振器からの中心波長1021nm,パルス幅80fsの発振器出力パルスを先にYb:YLF-CPAシステムの第2高調波光によって5
J程度にパラメトリック増幅し、対物レンズを用いて光学基板に集光して白色光を発生させた。実験の結果光学基板に入射するシード光強度に対して10
-10
の強度比で700-1200nmに及ぶ広帯域光が発生し、超広帯域OPCPAのシード光として十分な強度を有していることが確認された。
