High charge lase wakefield acceleration using high intensity few-cycle laser by ultra-wide band amplification

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K20602
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Ogino Jumpei 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 Final Research Achievements

The laser wakefield acceleration has a higher acceleration gradient than that of RF accelerators. Therefore, it is expected that the size of the device can be greatly reduced. However, the amount of charge accelerated by laser wakefield acceleration is small. It has been reported that a laser with a pulse width of several fs can be used to accelerate a large amount of charge. However, it has not yet been established how to amplify the pulse width of a few fs laser to the level required for laser acceleration. In this study, we propose a new laser amplification method based on a combination of spectroscopy and nonlinear optics, called ultrawideband frequency-domain optical parametric amplification, and show that its amplification bandwidth is more than twice that of the previous amplification method using the same crystal.

Free Research Field

レーザー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、超広帯域光である数サイクルレーザーを増幅する手法の提案を行った。数10ｍJ級の数サイクルレーザーの実現が期待できることから、レーザー航跡場加速の実用化に向けて大きな一歩を得たと考えている。また、このようなレーザーはレーザー航跡場加速に限らず、高密度科学や高次高調波発生、医療、産業応用などの幅広い分野において新領域を開拓するきっかけとなると考えている。さらに、本研究では、本増幅手法のスケールアップに関する要素技術の開発に成功しており、将来的にはテラワットを超え、エクサワットに迫るピーク出力のレーザー装置の実現に資することが可能であると考えている。