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

https://doi.org/10.7567/JJAP.55.012201

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; these values were slightly different from the design values of 78% and 44.5, 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.

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100m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。

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

https://doi.org/10.1364/OE.23.015057

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4J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。

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

https://doi.org/10.1364/OL.39.005439

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。

Picosecond snapshot of the speckles from ferroelectric BaTiO by means of X-ray lasers

Tai, R.; 並河 一道*; 岸本 牧; 田中 桃子; 助川 鋼太*; 長谷川 登; 河内 哲哉; 加道 雅孝; Lu, P.; 永島 圭介; et al.

Physical Review Letters, 89(25), p.257602_1 - 267602_4, 2002/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.257602

温度に対する無秩序表面ドメイン構造の振舞を調べるためにピコ秒X線レーザースペックル計測が初めて行われた。フェロエレクトリックドメインによって引き起こされた過渡的な表面構造はキューリー温度へ向かっての温度増加に伴い減少し、キューリー温度以上で完全に消滅する。c/aドメインの空間的な配置の急激な変化は、キューリー温度より2度以下から始まることが観測された。そしてそこでは、平気的なドメインの大きさは(Tc-T)により減少することがわかった。キューリー温度近くのパラ状態において存在すると考えられていながら、従来の手法では不可能であった分極クラスターの観察を遂行できる見通しが得られた。

Development of intense THz light for control of molecules

坪内 雅明; 越智 義浩; 圓山 桃子; 吉田 芙美子; 永島 圭介

no journal, , 

現在我々は、テラヘルツ(THz)光による分子回転の制御、特に分子空間配向の実現を目指して高強度THz光源の開発を行っている。高強度THz光発生では、波面傾斜された近赤外励起光をMg-sLiNbO結晶に照射する手法が主に用いられている。Heblingらは高い効率で高強度THz光を発生するための諸条件を計算し、400fs-1ps程度の比較的長いパルス幅を持つ近赤外励起光源の優位性を示した。このようなパルス幅を有する高強度近赤外光発生にはYb:YAG結晶の利用が考えられるが、彼らは繰り返し周波数10Hzの再生増幅器により200mJの励起光源を得、125Jという超高強度THz光発生に成功した。我々は高強度THzパルス光を分子制御へ応用することを考慮し、高繰り返し(1kHz)高強度近赤外励起光源を開発し、高強度THz光を発生することを試みた。

Progress and prospects of coherent X-ray research using high power lasers in JAEA

河内 哲哉; 錦野 将元; 佐々木 明; 石野 雅彦; 長谷川 登; 今園 孝志; Pikuz, T.; Faenov, A. Ya.*; Magnitskiy, S.*; 圓山 桃子; et al.

no journal, , 

短パルスX線源は、科学技術において必要不可欠な計測ツールであり、新材料開発や新薬創成などその用途は多岐にわたる。光源開発も重要な研究対象であり、コヒーレントX線については、レーザー駆動のものと加速器ベースのものが精力的に研究されている。特に、我々は小型・超短パルス性という特徴に注目し、レーザー駆動X線源の開発を進めており、本講演では、コヒーレントX線科学に係る最近の研究成果と将来計画について報告する。光源開発においては、軟X線レーザーのプラズマ中での屈折によるX線の蜃気楼の観測と相対論的プラズマからの高次高調波発生について、また、利用研究では、軟X線レーザープローブによるレーザーアブレーション時の表面ダイナミクスの観測例を紹介する。最後に、2012年度我々は政府からの予算を受け、keV領域のコヒーレントX線発生と高エネルギーイオンビームの発生を目的とした超高強度レーザーJ-KARENのPW級への高度化を開始した。このJ-KAREN-Pと別途開発する高平均出力レーザーにより、今後我々は更なる短波長レーザーの可能性の追求と高平均出力コヒーレントX線による利用研究の開拓を目指す予定である。

Source development and novel applications of coherent X-rays and energetic particle beams using high peak power lasers in Japan Atomic Energy Agency

河内 哲哉; 錦野 将元; Faenov, A.*; Pikuz, T.*; 石野 雅彦; 長谷川 登; Magnitskiy, S.*; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; 西内 満美子; et al.

no journal, , 

レーザー駆動粒子線源および輻射線源は、超短パルス性、高輝度性、そして装置の小型化が可能、といったユニークかつ魅力的な特徴を持っている。近年のペタワットレベルに達するほどの高強度レーザー技術の進展により、我々はこれらの粒子線源や輻射線源を更に高いエネルギー領域で発生させることが可能になってきており、今まさにこれら放射線源の発生メカニズムの詳細な解明や利用研究を推進する時期にきている。本講演では、まず、日本における主だった高強度レーザー施設の研究活動を紹介した後に、原子力機構における高強度レーザー開発とそれによる応用研究について、特に日露の協力をベースに実施している最近の研究成果について発表する。

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

坪内 雅明; 永島 圭介; 吉田 芙美子; 越智 義浩; 圓山 桃子

no journal, , 

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点を満たす事が特に重要である。Mg-sLiNbO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。

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

坪内 雅明; 永島 圭介; 吉田 芙美子; 越智 義浩; 圓山 桃子

no journal, , 

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点を満たす事が特に重要である。Mg-sLiNbO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。