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越智 義浩; 長谷川 登; 鈴木 庸氏; 助川 鋼太*; 河内 哲哉; 岸本 牧; 永島 圭介
JAERI-Tech 2004-062, 32 Pages, 2004/11
JAERI-Tech-2004-062.pdf:1.84MB
繰返し頻度0.1Hzで動作する軟X線レーザー装置のドライバーレーザーとして、高繰り返しチャープパルスレーザーシステムの設計を行った。前段増幅部としてパルスの制御性にすぐれた光パラメトリック増幅器(OPCPA)を用いた。主増幅部にはレーザーガラスを用いるため、優れた放熱効果にすぐれたジグザグスラブ型増幅器を用い、小さいビームサイズでマルチパス増幅させた後、ダブルパス増幅を行う二段階増幅を採用した。また、像転送系をシステム全体に組み込むことで増幅レーザー光の空間強度分布の均一化を図った。本報告では、各部分について試作器を製作して行った増幅特性評価の結果と、それをもとに決定したシステムの最終仕様について報告する。
大場 正規; 丸山 庸一郎
JAERI-Research 2001-040, 24 Pages, 2001/08
JAERI-Research-2001-040.pdf:2.35MB
レーザーによる同位体分離の実現には、
Uを励起,電離するために高い平均出力の波長可変レーザーが必要である。このような波長可変レーザーを実現するためには、それを駆動するポンプレーザーが不可欠である。これまで分離波長可変レーザーのポンプレーザーとして銅蒸気レーザーが有望視され、その技術開発が行われてきた。しかし、近年の半導体レーザーの高性能化による固体レーザーの性能向上により、ポンプレーザーとしての固体レーザーの利用が分離エネルギー低減の観点から有望であると考えられるようになった。原研では、このような性能を満足するポンプレーザーとして半導体レーザーでポンピングされるジグザグスラブレーザーを選定し、その開発を進めてきた。しかし、レーザー媒質が吸収する光のみを発生できる半導体レーザーを利用しても、その一部は熱に変化し、この結果、結晶内に応力が発生し、熱複屈折や熱レンズなどの効果が生じ、出力の減少や光の質の低下をもたらす。このような効果は繰り返し数や平均出力が高くなるほど大きくなるため、これらの効果の抑制あるいは制御が重要な課題となっている。このためモデルを用いて発振繰り返し数2~2.5kHzのNd:YAGレーザーの出力特性及び使用するレーザー結晶内の熱分布,熱歪み,復屈折効果などを計算した。この結果、最適設計を行うことにより、2kHz級の発振繰り返し数で、緑色光平均出力500W級のNd:YAGレーザーが実現可能であるとの見通しを得た。
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：5 パーセンタイル：30.91(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。
山川 考一
O plus E, 21(9), p.1137 - 1143, 1999/09
近年、小型で繰り返し動作が可能な極短パルス・超高ピーク出力レーザーが出力されている。これらのレーザーは出力エネルギーは小さいが(
1J)、ピーク出力がテラワット級にも達す。このような中、日本原子力研究所関西研究所においてピーク出力100TWのチタンサファイアレーザーシステムが開発された。100TWレーザーを集光照射することにより極めて高い光電場を生成することが可能となる。これにより、数年前までは理論やシミュレーションでの予測でしか得られなかった超高強度レーザーと物質との相互作用の実験研究が実現可能となった。今後、小型、高繰り返しの10
W/cm
級のチタンサファイアレーザーの稼動により、高強度光科学と呼ばれている新しい研究分野が幅広く拓かれていくものと期待されている。
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。
大場 正規; 加藤 政明; 丸山 庸一郎
JAERI-Research 98-035, 12 Pages, 1998/07
JAERI-Research-98-035.pdf:0.62MB
銅蒸気レーザーに代わる原子法レーザー同位体分離用波長可変レーザーの励起光源として期待されている半導体レーザー励起高繰り返し・高平均出力固体グリーンレーザーを試作し、その発振特性を測定した。レーザーは、発振器及び3段の増幅器から構成され、1kHzの繰り返しで動作する。基本波の平均出力約95W、これをKTP結晶により波長変換することによって第2高調波として平均出力約50Wを得た。パルスの時間幅は共振器長に依存するが、共振器長100cmで基本波が50ns、これをグリーン光に変換したとき約40nsであり、波長可変レーザー励起光源として十分な値が得られた。電気入力に対するエネルギー効率はグリーン出力で約1.6%であり、銅蒸気レーザーの約0.5~0.7%を上回る効率が得られた。
大場 正規; 加藤 政明; 丸山 庸一郎
JAERI-Tech 98-024, 15 Pages, 1998/06
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。
丸山 庸一郎; 鄭 和翊*; 加藤 政明; 丹羽 善人*; 原山 清香; 大場 正規; 的場 徹; 有澤 孝
Advanced Solid State Lasers, 19, p.310 - 313, 1998/00
原研では光量子科学研究の基盤技術としてチタンサファイアをレーザー媒質とする超高ピーク出力レーザーの研究開発を進めている。チタンサファイア結晶は緑色のレーザー光を吸収することによって波長が約800nmのパルス幅の短いレーザー光を発生させるため、高平均出力の超短パルスレーザーを実現するにはチタンサファイアが吸収する緑色の光を高繰り返しで発振できるような強力なポンプレーザーが不可欠である。これまで強力な緑色光は、フラッシュランプによってNd:YAG結晶のようなレーザー媒質を励起して赤外レーザー光を発生させ、これを波長変換することによって出していた。しかしフラッシュランプで発生する光の波長幅は広く、そのごく一部しかレーザー媒質に吸収されず、ほとんどが熱に変わってしまうため発振効率が低く、高い繰り返し発振が困難であった。そこで、原研では、超短パルスチタンサファイアレーザーのポンピング光源としてkHzオーダーの繰り返し数とkWオーダーの平均出力を目標に半導体レーザーで励起する全固体レーザーの開発を進め、現在、平均出力105W、パルスエネルギー0.62Jの緑色光を得ている。
丸山 庸一郎; 鄭 和翊*; 加藤 政明; 丹羽 善人*; 原山 清香; 大場 正規; 的場 徹; 有澤 孝
レーザー学会研究会報告, p.25 - 29, 1997/12
高繰り返し極短パルスレーザーは、高平均出力X線レーザー用ドライバー、レーザー加速技術の研究開発、X線を用いたイメージングやホログラフィーさらには超微細加工などへの応用が期待され研究開発が進められている。現在、高繰り返し極短パルスレーザーのポンピング光源としては、アークランプなどと音響光学スイッチを組み合わせた固体レーザーが多く使われている。しかし、そのパルスエネルギーは数十mJと低、極短パルスレーザーで高いピーク出力を得るためには一層の短パルス化などが必要である。極短パルスレーザーのポンピング用光源には、高繰り返し、高エネルギーとともに均一な空間強度分布、最適なパルス幅などが要求される。原研では極短パルスレーザーの利用を進めるためにその高繰り返し化、高平均出力化の研究開発を行っており、極短パルスレーザー並びにそのポンピングを目的とした半導体レーザーで励起される全固体Nd:YAGレーザーの研究を進めている。ここでは原研における全固体ポンプレーザーの開発の現状について報告する。
丸山 庸一郎; 加藤 政明; 原山 清香; 大場 正規
JAERI-Tech 97-018, 17 Pages, 1997/03
全固体の高繰り返し波長可変レーザーは、高平均出力、高エネルギーなどの特長を有し、レーザー同位体分離などへの利用が期待される。このため半導体励起Nd:YAGレーザーでポンピングされる繰り返し数1kHzの波長可変チタンサファイアレーザーを試作し、発振特性を測定した。Nb:YAGレーザーの基本波をKTP結晶によってグリーン光に変換し、チタンサファイアレーザーのポンピングに用いた。この結果、20Wの入力で平均出力1.6Wの波長可変レーザー光を得た。この時のエネルギー抽出効率は、約12%であった。
有澤 孝; 丸山 庸一郎; 大場 正規; 加藤 政明; 村松 敏晃
レーザー研究, 24(3), p.324 - 333, 1996/03
実用的なレーザー光化学反応に利用される波長可変レーザーやX線レーザー等への利用を目的とした極短パルスレーザーの励起光源としてコンパクトで高繰り返し、高出力の固体レーザー、特にグリーン光を放出できるレーザーの出現が期待されいてる。高繰り返し・高出力レーザーは熱除去や熱歪みの問題を解決しながら開発を行う必要があるが、原研ではこうした観点から半導体励起固体レーザーの開発に着手し、EO-Qスイッチを用いて1kHzの繰り返しでグリーン出力として19Wを得た。さらに繰り返しを上げるためにAO-Qスイッチを用いて10kHzで基本波出力6Wを得た。
丸山 庸一郎; 加藤 政明; 大場 正規; 有澤 孝
Japanese Journal of Applied Physics, 34(8B), p.L1045 - L1047, 1995/08
被引用回数：3 パーセンタイル：51.46(Physics, Applied)パルス幅250nsの高繰り返しNd:YAGレーザーによって色素レーザー発振と増幅器をポンピングし、発振特性を測定した。この結果、色素ジェットを用いたレーザー発振器で、波長幅約20MHzの狭帯域レーザー光を発生させることができた。また同じ色素ジェットを用いて増幅器では、エネルギー変換効率20%を達成した。
渕 葵*; 米田 仁紀*; 道根 百合奈*; 原田 寛之; Saha, P. K.; 佐藤 篤*; 柴田 崇統*; 金正 倫計
no journal, ,
大強度陽子加速器J-PARCでは、リニアックからシンクロトロンに負水素イオンを入射する際に陽子へと荷電変換をしている。現在は炭素膜を用いた手法が用いられているが、さらなる大強度化に向け、レーザーを用いた荷電変換を行うことを目指し、レーザー光源及び原理実証実験を進めている。この方式では、ドップラー効果と多段階の電子電離プロセスを考えており、高出力レーザー開発が比較的容易な波長のレーザーとその5倍波のパルスレーザーを利用することを想定している。さらに、パルスあたりのエネルギーを下げるには、光の有効利用率を高めなければならない。そのため、折り返し像転送光学系やビームシェーパーの開発を進めている。本発表では、現在開発中の高繰り返しレーザー光源や像転送光学系について報告する。
