2020 Fiscal Year Annual Research Report
High charge lase wakefield acceleration using high intensity few-cycle laser by ultra-wide band amplification
| Project/Area Number |
19K20602
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
荻野 純平 大阪大学, レーザー科学研究所, 特任助教(常勤) (90821869)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | レーザー航跡場加速 / 数サイクルレーザー / 非線形光学 / 光パラメトリック増幅 / 分光学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
レーザー航跡場加速は、高強度・超短パルスのレーザーにより形成されたプラズマを、そのレーザーパルスのポンデロモーティブ力によって励起された航跡場により、電子を瞬時に高エネルギーに加速する加速手法であり、加速勾配が高いことから高周波加速器と比較して大幅なコンパクト化が期待されている。しかしながら、レーザー航跡場加速は、加速される電荷量が比較的少ないことが課題である。数サイクルレーザーと呼ばれる数fs級の極短パルスレーザーを用いることで、電荷量が増加するという計算結果が報告されているが、数サイクルレーザーの波長帯域幅は350 nmを超えるような超広帯域であることから、レーザー航跡場加速に利用できるエネルギーまで増幅するのは非常に困難である。そこで本研究では、超広帯域増幅の新手法の開発と、大電荷のレーザー航跡場加速の実証を目的とした高強度レーザー装置の開発を目的として研究を行った。分光学と非線形光学を組み合わせた新しい超広帯域増幅手法として、超広帯域周波数領OPA (optical parametric amplification) を提案した。増幅手法の詳細な理論計算として、励起レーザーのパラメータを表式化し、計算モデル構築を行った。従来と同様の非線形結晶を用いるにも関わらず、従来の2倍以上の増幅帯域を確保することが可能であることを明らかにした。超広帯域周波数領域OPAを用いた高強度レーザー装置の開発に必要な、励起光源の開発を行った。液体窒素温度まで冷却したYb:YAGロッドを用いたマルチパス増幅器を構築し、実証実験に十分なパルスエネルギー 500 mJ (繰り返し周波数 100 Hz) を達成した。
|
