Development of high-repetition-rate LD pumped Nd:YAG laser and its application

桐山 博光; 山川 考一

Laser Physics, 16(4), p.666 - 672, 2006/04

https://doi.org/10.1134/S1054660X06040207

高繰り返し,高平均出力チタンサファイアレーザーシステムの小型化,高効率化を目的としてLD励起Nd:YAGジグザグスラブレーザーMOPAシステムの開発を行った。本増幅器は、合理的な6パス構成による多重パス増幅方式を採用し、低い入力エネルギーで高いエネルギー抽出効率を達成している。また、増幅光を高ビーム品質に保つため、ファラデーローテーター及びSBS位相共役鏡により、それぞれ熱複屈折効果と熱レンズ効果を補償する構成である。また、高い変換効率で第二高調波を発生させるために、非線形光学定数の大きいKTP結晶を採用した。平均LD励起パワーに対する増幅器平均出力特性を取得した。1-kHzの高繰り返し動作時において、平均LD励起パワー2.6-kWに対し、362-Wの増幅器平均出力が得られた。また、222-Wの増幅器平均出力に対して132-Wの高平均第二高調波出力を60%の高い変換効率で得た。応用への展開として、1繰り返し数-kHz,ピーク出力1-TWで動作するチタンサファイアレーザーシステムの実現に向けて、再生増幅器の開発を行った。平均グリーン励起パワー20-Wに対し、出力パワー4-Wが1-kHzの繰り返しで得られた。また、OPCPAの基礎的な実験を行い、出力エネルギー24-mJ,増幅利得6106,増幅スペクトル帯域85-nm(FWHM)を達成した。

High power pulsed green lasers

桐山 博光

Recent Research Developments in Optics, Vol.3, p.155 - 171, 2003/12

チタンサファイアチャープパルス増幅(CPA)レーザーシステムの励起光源として2つのグリーンレーザーシステムの開発を行った。一つは高エネルギーグリーン光発生を目指したものであり、ペタワットクラスのチタンサファイアレーザーシステム構築のための要素技術開発として、CLBO結晶を用いた高エネルギーグリーンレーザーシステムの開発を行った。25-Jの高エネルギーグリーン光が74%の高い変換効率で得られた。もう一方は高繰り返しテラワットクラスのチタンサファイアレーザーシステムを実現するため半導体レーザー励起方式を用いたレーザーシステムであり、0.13-Jのグリーン光が1-kHzの高繰り返し動作で得られた。これらのレーザーシステムの実験結果の詳細について紹介するとともに、設計,スケール則などについて議論する。

高出力パルスグリーンレーザーの開発

桐山 博光; 山川 考一

レーザー学会第313回研究会報告; 高機能固体レーザーとその応用, p.1 - 6, 2003/09

極端パルス・超ピーク出力チタンサファイアレーザーの励起を目的として、2種類のグリーンレーザーの開発を行った。1つは高エネルギーのグリーン光の発生を目的として、大出力Nd:ガラスレーザーシステムからの出力光を大型結晶の育成が容易で非線形光学定数の大きいCLBO結晶を用いて波長変換しグリーン光の発生を行った。34-Jの入射レーザーエネルギーに対して25-Jの高いグリーンエネルギーが得られた。370MW/cmの入射レーザー光強度に対して74%の高い変換効率を得た。2つ目は高繰り返しのグリーン光の発生を目的として、半導体レーザー(LD)励起Nd:YAGレーザーMOPAシステムの開発を行い、その出力光を非線形光学定数の大きいKTP結晶を用いて波長変換しグリーン光の発生を行った。1kHzの高繰り返し動作時において、平均LD励起パワー2.6kWに対し、362Wの増幅器平均出力が得られた。また、222Wの増幅器平均出力に対して132Wの高平均第二高調波出力を60%の高い変換効率で得た。

Four-pass quadrature arrangement for highly efficient second-harmonic generation

桐山 博光; 松岡 伸一*; 有澤 孝

JAERI-Research 2001-031, 8 Pages, 2001/05

JAERI-Research-2001-031.pdf:0.44MB

Ti:sapphireレーザーに用いる励起光源のエネルギー利用効率の向上を目的としてNd:YAGレーザー光を効率よく第二高調波光に変換する方式を新たに考案した。KTP結晶を用いた基礎実験において、この方式を用いることにより、76MW/cmの低い入射Nd:YAGレーザー光強度に対して80%の高い変換効率が得られた。607mJの入射Nd:YAGレーザー光に対して486mJの第二高調波出力光が10Hzの繰り返し率で得られた。

Highly efficient second-harmonic generation in novel four-pass quadrature frequency conversion

桐山 博光; 松岡 伸一; 丸山 庸一郎; 有澤 孝

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.236 - 238, 2001/01

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(00)00738-5

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。システムの詳しい動作、変換効率特性については講演で報告する予定である。

High-efficiency second-harmonic generation in four pass-quadrature frequency conversion scheme

桐山 博光; 松岡 伸一; 丸山 庸一郎; 有澤 孝

Optics Communications, 174(5-6), p.499 - 502, 2000/02

https://doi.org/10.1016/S0030-4018(99)00725-7

極短パルス・超高ピーク出力チタンサファイアレーザーの励起効率の向上を目的として高効率波長変換器の開発を行った。開発した波長変換器は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、光軸を垂直に配置した2つの非線形光学結晶中を偏光の回転を利用して入射レーザー光が4回通過できる新たに考案した4パス構成矩像波長変換方式を採用している。入射レーザー光に1064-nmNd:YAGレーザー光(繰り返し率: 10Hz)を用い、非線形光学結晶にタイプII位相整合のKTP結晶を用いて実験を行った。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の入射レーザー光強度に対して80%の高い変換効率を得た。パルスあたりのエネルギー607mJの入射レーザー光に対して486mJの第二高調波光出力が得られた。

High-efficiency second-harmonic generation in four pass guadrature frequency conversion scheme

桐山 博光; 松岡 伸一; 丸山 庸一郎; 有澤 孝

Solid State Lasers IX (Proceedings of SPIE Vol.3929), p.326 - 329, 2000/01

波長可変レーザーの励起効率や高次高調波発生効率の向上を目的とした高効率波長変換器の開発を行っている。本波長変換器は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、光軸を垂直に配置した2つの非線形光学結晶中を偏光の回転を利用して入射レーザー光が4回通過できる新たに考案した4パス構成矩象波長変換方式を採用している。本実験では、入射レーザー光に1064-nmNd:YAGレーザーを用い、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を取得した。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取得した。本波長変換方式を用いることにより、この結果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。

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

https://doi.org/10.1364/AO.38.004548

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。

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。

波長可変レーザー励起用全固体グリーンレーザーの開発,2; ダブルパス増幅システムの開発

大場 正規; 加藤 政明; 丸山 庸一郎

JAERI-Tech 98-024, 15 Pages, 1998/06

JAERI-Tech-98-024.pdf:0.86MB

半導体レーザー励起ジグザグスラブYAGレーザーダブルパスMOPAシステムを試作し、増幅出力43Wを得た。増幅特性を解析した結果、増幅器の蓄積エネルギーに対するエネルギー抽出効率は最大40%、電気入力に対するエネルギー効率は3.7%であった。また、KTP結晶によるグリーン光への変換を行い、グリーン出力で19W、基本波-グリーン光変換効率46%を得た。このときのシステムの電気入力に対するエネルギー効率は1.4%であった。また、波面やビーム拡がりなどのモード測定を行い、ジグザグスラブ増幅器では増幅によるモード劣化の少ないことを明らかにすることができた。