高速点火慣性核融合ドライバー高出力化のための低温冷却回折格子の開発

• Project/Area Number: 13J00275
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 三上 勝大 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: レーザー / 損傷 / ダメージ / 回折格子 / 温度依存性 / 国際研究者交流 / レーザー損傷 / 光学素子

Outline of Annual Research Achievements

高速点火レーザー核融合用ドライバーに適応する回折格子の高レーザー耐力化に向け、低温冷却による耐力向上に着目した研究に取り組んだ。
低温冷却回折格子の開発に向け、光学薄膜の回折格子の回折特性温度依存性の評価に取り組み、低温冷却することによる回折特性への影響は僅かであることを明らかにした。一方で高温加熱による回折特性は、大きくスペクトル形状の変化が確認することができた。前年度の研究において、光学素子温度を変化させた際の分光特性の変化はほとんどなかったことから、屈折率変化の影響ではないと推測され、したがって熱膨張による格子間隔の変化によるものだと考えられる。
上記の成果より、低温冷却することで従来の回折格子を光学特性の変動を考慮することなく高耐力化を実現することが可能である。本研究成果によって、常温条件下で使用している回折格子を低温冷却するのみで高耐力化が可能であることを示した。
さらに、米国大学の研究機関において、実用化に必要な繰返しレーザー照射による光学素子中の欠陥生成を評価する系を構築し、評価に取り組んだ。光学素子中の欠陥や不純物はレーザー光を僅かに吸収し、非輻射過程による緩和による熱が発生する。この現象を利用し、僅かなレーザー光の吸収を評価する光熱偏向法を用いて不純物および欠陥の検出系を構築した。繰返しレーザー照射による不純物および欠陥量変化の評価を行い、まずレーザーコンディショニングによる不純物除去が進み、その後、欠陥生成が進む様子を検出することに成功した。また、その欠陥生成による微少なレーザー光吸収の緩和時間 (消滅時間) を評価することにより、欠陥種の推定を行った。実用化水準への適用へ向け、新たな研究手法およびシーズを明らかにした。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Detection of the laser-damage onset in optical coatings by the photothermal deflection method (2014)
  • Author(s): K. Mikami, S. Papernov, S. Motokoshi, S. D. Jacobs, and T. Jitsuno
  • Journal Title: Proc SPIE Volume: 9237 Pages: 923721-923721
  • DOI: 10.1117/12.2068234
• [Journal Article] Progresses in research on laser damage mechanisms and contamination problems (2014)
  • Author(s): T. Jitsuno, H. Murakami, K. Kato, E. Sato, K. Mikami, S. Motokoshi, N. Miyanaga, and H. Azechi
  • Journal Title: Proc SPIE Volume: 9237 Pages: 923802-923802
  • DOI: 10.1117/12.2073663
• [Journal Article] Laser-induced damage thresholds at different temperature for optical devices (2013)
  • Author(s): K. Mikami, et al.
  • Journal Title: Proc. of SPIE Volume: 8786 Pages: 87861J-87861J
  • DOI: 10.1117/12.2019870
• [Journal Article] Temperature dependence of laser-induced damage threshold of optical coatings at different pulse widths (2013)
  • Author(s): K. Mikami, et al.
  • Journal Title: Optics Express Volume: 21 Issue: 23 Pages: 128719-28728
  • DOI: 10.1364/oe.21.028719
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A theoretical analysis for temperature dependences of laser-induced damage threshold (2013)
  • Author(s): K. Mikami, et al.
  • Journal Title: Proc. of SPIE Volume: 8885 Pages: 88851T-88851T
  • DOI: 10.1117/12.2030180
• [Presentation] レーザー光照射による光学素子の微少吸収変化 (2015)
  • Author(s): 三上勝大, 本越伸二, 實野孝久
  • Organizer: レーザー学会第35回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学高輪校舎 (東京都品川区)
  • Year and Date: 2015-01-12
• [Presentation] 白色光干渉を用いた誘電体多層膜ミラーの群遅延測定 (2015)
  • Author(s): 久保真也, 吉田実,實野孝久, 本越伸二, 藤本靖, 三上勝大, 本田能之
  • Organizer: レーザー学会第35回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学高輪校舎 (東京都品川区)
  • Year and Date: 2015-01-12
• [Presentation] 真空容器内での光学素子の汚染現象とその対策 (2015)
  • Author(s): 實野孝久, 村上英利, 川崎鉄次, 本越伸二,三上勝大, 宮永憲明, 疇地宏
  • Organizer: レーザー学会第35回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学高輪校舎 (東京都品川区)
  • Year and Date: 2015-01-12
• [Presentation] レーザー核融合炉に於ける高速点火ビーム用液体金属ミラーの適応範囲 (2015)
  • Author(s): 乗松孝好, Kotyaev Oleg, 島田義則, 本越伸二, 古河裕之, 實野孝久, 佐々木啓, 三上勝大, 山ノ井航平
  • Organizer: レーザー学会第35回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学高輪校舎 (東京都品川区)
  • Year and Date: 2015-01-11
• [Presentation] Detection of the laser-damage onset in optical coatings by the photothermal-deflection method (2014)
  • Author(s): K. Mikami, S. Papernov, S. Motokoshi, T. Jitsuno, and S. D Jacobs
  • Organizer: SPIE 46th Annual Conference Laser Damage Symposium
  • Place of Presentation: National Institute of Standard and Technology Lobby (CO, USA)
  • Year and Date: 2014-09-16
• [Presentation] Control of contamination of optical components in vacuum chambers (2014)
  • Author(s): T. Jitsuno, H. Murakami, K. Mikami, S. Motokoshi, T. Kawasaki, N. Miyanaga, and H. Azechi,
  • Organizer: SPIE 46th Annual Conference Laser Damage Symposium
  • Place of Presentation: National Institute of Standard and Technology Lobby (CO, USA)
  • Year and Date: 2014-09-15
• [Presentation] Temperature Dependence of Laser-Induced Damage Thresholds in Dielectric Crystals (2014)
  • Author(s): K. Mikami, T. Jitsuno, M. Azumi, T. Sugita, and H. Azechi
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics
  • Place of Presentation: San Jose convention center (CA, USA)
  • Year and Date: 2014-06-12
• [Presentation] A theoretical analysis for temperature dependence of laser-induced damage threshold (2013)
  • Author(s): K. Mikami, et al.
  • Organizer: SPIE 45th Annual Conference Laser Damage Symposium
  • Place of Presentation: National Institute of Standard and Technology Lobby, 米国コロラド州
  • Year and Date: 2013-09-23
• [Presentation] Laser-induced damage thresholds at different temperature for optical devices (2013)
  • Author(s): K. Mikami, et al.
  • Organizer: SPIE/SIOM Pacific Rim Laser Damage
  • Place of Presentation: Courtyard Shanghai Jiading by Marriott, 中国上海市
  • Year and Date: 2013-05-22
  • Invited
• [Presentation] Measurement and calculation of laser-induced damage threshold at different temperature for optical coating (2013)
  • Author(s): K. Mikami, et al.
  • Organizer: The 2nd Advanced Lasers & Photon Source Conference
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2013-04-25
• [Remarks] 大阪大学レーザーエネルギー学研究センター LOTグループホームページ
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/research/lot/index.html