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山川 考一; Barty, C. P. J.*
Optics Letters, 28(23), p.2402 - 2404, 2003/12
被引用回数：32 パーセンタイル：76.2(Optics)われわれは、繰り返し数10Hz,出力エネルギー20mJ以上を発生する広帯域リング型チタンサファイア再生増幅器を開発した。チャープパルス増幅法と再生パルス整形技術により、出力エネルギー10mJ以上の2波長フェムト秒レーザー光(波長間隔120nm)の発生に成功した。また、発生した2波長フェムト秒レーザー光の差周波混合を行い、波長6ミクロンから11ミクロンまでの中赤外光発生に成功した。
山川 考一
JAERI-Research 2003-017, 9 Pages, 2003/09
JAERI-Research-2003-017.pdf:0.93MB
われわれは、繰り返し数10Hz,出力エネルギー20mJ以上を発生する広帯域リング型チタンサファイア再生増幅器を開発した。チャープパルス増幅法と再生パルス整形技術により、出力エネルギー10mJ以上の2波長フェムト秒レーザー光(波長間隔120nm)の発生に成功した。
青山 誠; 山川 考一; 赤羽 温; Ma, J.; 井上 典洋*; 上田 英樹; 桐山 博光
Optics Letters, 28(17), p.1594 - 1596, 2003/09
被引用回数：263 パーセンタイル：99.25(Optics)チャープパルス増幅法(CPA法)の進展により、近年、極短パルス・超高ピーク出力レーザーの性能は飛躍的に向上しており、10
W/cm
を超えるレーザー集光強度が達成されている。実験室サイズのレーザーシステムで、より高いピーク強度を達成するために、われわれはペタワット(PW)チタンサファイアレーザーシステムの開発を行っている。この達成のためには大口径チタンサファイア増幅器における寄生発振の抑制と理論限界での高効率増幅、そして30fsまでパルス幅を再圧縮する技術の開発が不可欠となる。本PWチタンサファイアレーザーシステムは、これまでに開発された100TWチタンサファイアレーザーシステムから得られるレーザー光を直径8cmのチタンサファイアブースター増幅器によりPWレベルまで増幅するよう構成されている。このような大口径増幅器で高効率増幅を達成するには、寄生発振の制御が不可欠となり、このためチタンサファイアと同等の高屈折率(n=1.7)を有する熱可塑性プラッスチックを結晶の周囲にクラッディングとして用いる技術を開発した。その結果増幅実験では、励起エネルギー65Jに対して37.4Jを達成した。ここで得られた増幅効率はグリーン光で励起されるチタンサファイア増幅器の理論限界に及ぶ。また、パルス圧縮後に30fsのパルス幅を得るため、溝本数が異なる回折格子をそれぞれパルス伸張器と圧縮器に用いて、レーザーシステムの高次分散補償を行った。実験で得られたレーザー光のパルス幅は32.9fsであり、これによりピーク出力0.85PWを達成した。このピーク出力,エネルギーはチタンサファイア結晶を用いたレーザーシステムでは世界最高性能である。本システムの詳細な報告を論文に発表する。
青山 誠; 張本 鉄雄*; Ma, J.; 赤羽 温; 山川 考一
Optics Express (Internet), 9(11), p.579 - 585, 2001/11
被引用回数：22 パーセンタイル：70.19(Optics)チャープパルス増幅法により、超高出力フェムト秒レーザー光発生が可能となり高強度光電場と物質との相互作用の研究やX線発生等に関する研究が盛んに行われている。レーザーとプラズマとの相互作用研究においては、高効率にレーザーエネルギーを輸送できるなどの利点によりレーザー光の短波長化が求められている。さらに非線形結晶を用いた波長変換により、プラズマ実験で重要になるレーザー光のコントラスト比の向上が期待できる。今回、高強度レーザー光高効率波長変換を目指し第2高調波発生実験を行った。実験には厚さ1mmのKDP結晶(typeI)を用いた。また基本波レーザー光はチタンサファイアCPAレーザーシステムの前段増幅部を用い、中心波長とスペクトル帯域は再生増幅器中のスペクトルフィルターにより制御され、中心波長800nm,パルス幅134fsである。実験では強度が192GW/cmのときにエネルギー変換効率約80%が得られた。本結晶厚では、分散による第2高調波のパルス幅伸張はほとんど無視できる。本波長変換では複雑なレーザー制御を必要とせず、簡便なセットアップで高効率に波長変換を行うことができる。
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：55 パーセンタイル：89.06(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。
加藤 義章
レーザー研究, 29(4), p.211 - 217, 2001/04
チャープパルス増幅法による高ピーク出力レーザーの出現は光科学に極めて大きな変革をもたらした。高強度場により励起された電子は相対論的な振る舞を示し、これを利用した新しいX線発生法(ラーマー放射,逆コンプトン散乱)等がシミュレーションにより提案されている。光量子科学研究センターでは実用的な100テラワットレーザーの開発を行い、それを用いた高強度場の実験を開始している。加えて現在は高強度場による超小型加速器の開発も行っている。当研究センターでは高ピーク出力レーザーの応用研究を広く行っており、特に応用志向の基礎研究に重点を置いておりさらにそれらの実用化への発展を目指している。
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。
山川 考一; 松岡 伸一*; 青山 誠*; 加瀬 貞二*; 赤羽 温; 宅間 宏*; C.P.J.Barty*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.645 - 648, 1999/00
われわれは、高ピーク出力・極短パルスチタンサファイアレーザーの開発を進めてきた。システムはパルス幅10fsの光パルスを発生する全固体自己モード同期チタンサファイア発振器、本発振器からの光パルスのパルス幅を拡張するパルス拡張器、3台のチタンサファイア増幅器及びパルス圧縮器より構成されている。発振器からの光パルスは、シリンドリカルミラーを用いたパルス拡張器によって約170,000倍の1.7 にまで拡張される。パルス幅の拡張されたチャープパルスは再生増幅器により~10mJに増幅され、その後、再生増幅器からの出力光は4パス前置増幅器に注入される。本増幅器ではNd:YAGレーザーの励起入力700mJに対し、出力エネルギー340mJが得られる。その後、前置増幅器からの出力光は4パス主増幅器において増幅され、励起エネルギー6.4Jに対し、3.3Jの出力エネルギーが得られている。そしてこの増幅光は真空中に配置された回折格子対によりなるパルス圧縮器でパルス圧縮され、その結果、パルス幅18.7fs、出力エネルギー1.9J、ピーク出力102TWのレーザー光を10Hzの繰り返し数で発生することに成功した。
松岡 伸一*; 山川 考一
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 37(11), p.5997 - 6000, 1998/11
被引用回数：4 パーセンタイル：23.98(Physics, Applied)我々は広帯域バンド幅、極短パルス増幅のモデルを開発した。このモデルは、チタンサファイア結晶をレーザー媒質として用いたレーザー増幅器における、再生パルス整形(regenerative pulse shaping)、利得狭帯化(gain narrowing)、利得飽和(gain saturation)の効果を含んだチャープパルス増幅の計算手法である。このモデルにより、再生パルス整形法すなわち薄膜エタロン板を用いることによって利得狭帯化及び利得飽和の両方の制御が可能であることを示した。さらに、ピーク出力100TW、パルス幅サブ20fsのレーザーパルスを高効率で発生可能なチタンサファイア増幅システムの最適設計を行った。
山川 考一
レーザー学会研究会報告, 00(RTM-96-29), p.27 - 33, 1996/11
我々は、高輝度・極短パルスレーザーを用いた様々な応用研究を目的として、ピーク出力100TW,パルス幅20fs,繰返し数10Hzで動作するチタンサファイアレーザーシステムの開発を進めている。発振器からの光パルスは、シリンドリカルミラーを用いたパルス拡張器によって約100,000倍の1nsにまで拡張される。パルス幅の拡張されたチャープパルスは、再生増幅器により最大13mJにまで増幅され、その後、再生増幅器からの出力光は4パス増幅器に抽入される。本増幅器では、Nd:YAGレーザーの励起入力760mJに対し、出力エネルギー280mJが得られる。この段階でパルス圧縮を行うことにより、10TW級の出力を達成する予定である。その後、4パス増幅器からの出力光は、全出力エネルギー7JのSHG Nd:YAGレーザーで励起される2パス増幅器に抽入される。2パス増幅器からの増幅光(~3.5J)は真空中に配置された回折格子対よりなるパルス圧縮器でパルス圧縮される。パルス圧縮器の全体効率が約60%であると予測されるので、パルス圧縮後の出力エネルギーとして~2J/パルスが期待できる。
山川 考一*
OQD-96-14, 0, p.29 - 38, 1996/03
近年、急速ないきおいで進展を続けている極短パルス・高出力レーザーシステム(Tキューブレーザー)の開発における現状を著者の行った最近の実験結果を中心に紹介発表を行う。特に、これまで短パルス化の最大の障壁となっていた利得狭帯化(Gain Narrowing)をいかに制御するかについて言及する。
Squier, J.*; Guo, T.*; LeBlanc, C.*; Korn, G.*; Rose-Petruck, C.*; R
ksi, F.*; Yakovlev, V. V.*; 山川 考一; Barty, C. P. J.*
Ultrafast Phenomena 10; Springer Series in Chemical Physics 62, p.87 - 89, 1996/00
近年、急速な勢いで進展を続ける極短パルス・超高出力レーザーシステムの開発研究において、これまで短パルス化の障壁となっていたレーザー増幅器の利得狭帯化の制御方法として新たに提案した「再生パルス成形技術」について発表を行う。この手法により、これまで得られていたレーザー光のスペクトル幅の約2倍のバンド幅を有する増幅パルスの生成に成功し、この増幅パルスを圧縮することにより、最短18フェムト秒のテラワットレーザーパルスが発生された。
赤羽 温; 山川 考一
no journal, ,
光パラメトリック増幅(OPA)で発生するアイドラー光のチャープ正負反転を利用して、環境の変化に強くシンプルな実用的CPAレーザーの開発を進めている。今回、ガラスブロックを長方形にしブロック内面での多重全反射により従来の1/10のサイズの小型でパルス伸張・圧縮を行うガラスブロックを開発した。開発したブロックを用いたチャープパルス増幅実験ではピコ秒レベルのパルス伸張からのサブ100フェムト秒パルスの発生を確認した。
