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。

大強度陽子加速器リニアック用DTQ電源の高調波対策

堀 利彦*; 伊藤 崇; 山崎 正義*; 千代 悦司; 長谷川 和男

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.285 - 287, 2003/07

DTQ電源の高調波電流抑制対策としてラインチョーク+同調フィルタ方式の設計を行い、試作機でその低減効果を実測したところ第11次調波以上の全ての高次調波で良好な結果を得たが、第5, 7次調波に関しては高調波電流が逆に増大するデータとなった。次にこの原因を調査するため、高調波フィルタの回路解析を行った結果、ラインチョークと同調フィルタ間で並列共振が生じており、特に第7次調波ではこの共振電流値と増加電流値とが一致していることがわかった。そこで、並列共振周波数を偶数時の300Hz近傍に「シフト」するパラメータを計算で求め、実機フィルタ評価機でこの低減効果を実測したところ、第5, 7次調波電流は各々14%, 18%程度低減することを実証した。

Large-aperture CsLiBO frequency doubler for high-energy Nd:Glass laser

桐山 博光; 井上 典洋*; 山川 考一

High-Power Lasers and Applications II (Proceedings of Photonics Asia 2002 Volume 4914), p.6 - 13, 2002/10

チタンサファイアレーザーの高効率化・高出力化に向けて、大口径CsLiBO(CLBO)結晶を用いて高エネルギー・高効率第二高調波発生を初めて行った。本実験では入射レーザー光にNd:ガラスレーザー光を用い、非線形光学結晶にはタイプII位相整合の30mm30mm CLBO結晶を2つ用い、直列に配置した。入射レーザーエネルギーに対するグリーン光エネルギー特性を取得した。34-Jの入射レーザーエネルギーに対して25-Jの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%の変換効率を得た。この第二高調波光のエネルギーはCLBO結晶を用いて報告されている中で世界最高値である。

大強度陽子加速器リニアックDTQ電源の高調波抑制

堀 利彦*; 伊藤 崇; 千代 悦司; 泉 敬介*; 山崎 正義*; 渡辺 和彦*; 高崎 栄一*; 長谷川 和男; 吉川 博

Proceedings of 27th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.255 - 257, 2002/08

大強度陽子加速器リニアック用のDTQ電源は既に全数製作され、所定の出力性能を確保しているが、この電源を実機で円滑に運用するためには入力ACラインに流出する高調波電流を技術指針上限値以下に抑制することが必要である。今回、この電源から流出する高調波電流を実測し、このデータから高調波抑制のための検討と解析を行なった結果、第5,7次高調波成分に関しては電気設備系の多相化トランス並びに運用時電力バランスを考慮した送電系統を構築することで効率的,安価に高調波電流を目標値以下に抑制可能なことが判明した。

Second-harmonic generation of ultra-high intensity femtosecond pulse with a KDP crystal

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

https://doi.org/10.1364/OE.9.000579

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。

Second harmonic generation in CdTe plate by free electron laser

山内 俊彦; 菊澤 信宏; 峰原 英介; 永井 良治; 西森 信行; 沢村 勝; 羽島 良一; 静間 俊行; 早川 岳人

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 39(10), p.5912 - 5913, 2000/10

https://doi.org/10.1143/JJAP.39.5912

自由電子レーザーの波長22mをCdTeの結晶に入射させて、2次高調波(SHG)を発生するのに成功した。CdTe結晶は複屈折結晶でないため位相整合条件K0であるが、コヒーレント長lc~0.1mm以上と大きいうえに、非線形定数はII-VI族結晶として大きい値を持つ。実験からSHGの変換効率~310/MW・cmを得た。

Quadrature frequency conversion scheme using CsLiBO crystals for the efficient second-harmonic generation of high power Nd:YAG laser

桐山 博光; 松岡 伸一; 中野 文彦*; 山川 考一

Optical Review, 7(4), p.281 - 283, 2000/07

https://doi.org/10.1007/s10043-000-0281-9

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、2つの非線形光学結晶の光軸を垂直に配置した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レーザー光(繰り返し率: 10Hz)を用い、非線形光学結晶に大型結晶の育成が容易なタイプII位相整合のCLBO結晶を用いた。1064-nm入射レーザー光強度に対する532-nm第二高調波変換効率特性を取得した。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、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。317MW/cmの入射レーザー光強度に対して70%の高い変換効率を得た。平均出力32.1Wの入射レーザー光に対して平均出力22.5Wの第二高調波光出力が得られた。

Efficient noncollinear second-harmonic generation with proper frequency chirp and tilted pulse fronts femtosecond laser pulses

青山 誠; Zhang, T.*; 塚越 幹郎*; 山川 考一

Japanese Journal of Applied Physics, 39(5A-Pt.1), p.2651 - 2652, 2000/05

https://doi.org/10.1143/JJAP.39.2651

高エネルギー・チタンサファイア・フェムト秒レーザー光の短波長化による、さらなる応用研究の拡充を目的にフェムト秒レーザー光の高効率波長変換の研究を行っている。従来の方法でフェムト秒レーザーを波長変換する場合、群速度、位相不整合により変換効率が低下する問題点がある。この問題点を克服するために、われわれは非平行配置型のチタンサファイア・フェムト秒パルスレーザー光の第2高調波発生について研究を行っている。本方式では、回折格子のような分散素子によって入射基本波レーザーパルスを進行波に変換した後に非線形光学結晶に斜入射させ入射角を制御することによって第2高調波の伝搬方向における群速度不整合を補償することが可能である。さらに、基本波レーザーパルスの周波数チャープを制御することで位相不整合補償が可能である。今回、基本波レーザーパルスの周波数チャープによる位相不整合補償の実験的検証を行った。実験では基本波レーザーパルスの非線形結晶への入射角を位相不整合条件に設定した。基本波レーザーパルスに周波数チャープがない場合、エネルギー変換効率は計算上0.4%以下であった。しかし、周波数チャープにより位相不整合を補償することでエネルギー変換効率が30.1%に改善される実験結果が得られた。本論文では、この実験結果について発表を行う。

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。

Development of accelerating unit for high beam current

中山 元林; 遠山 伸一; 野村 昌弘; 平野 耕一郎; 山崎 良雄; 佐藤 勇

JNC-TN9400 99-073, 18 Pages, 1999/08

JNC-TN9400-99-073.pdf:0.57MB

線形加速器だけでなく、円形加速器や蓄積リングを含めた大電流加速器として進行波還流型加速構造を提案する。その構造は常伝導の加速構造であるが、連続波でビーム電流を10Aまで加速することが可能である。このような加速管では大電流においてビーム不安定性による共鳴電界が発生し易く、空洞内で発生した高次モードを消すためにはビーム輸送の口径を大きくする必要がある。このような加速構造は、高効率であるだけでなく大電力入力も可能であり、また励起モードの蓄積エネルギーも非常に小さい。このような加速管は、シングルモード型と呼ばれており、円形加速器の位相安定化のためビームがRFの最適位相からずれても、空洞のデチューニングは必要としない。本報告書では、このような特徴を有する大電流加速管について、検討結果を報告する。