非線形結合効果制御によるスーパークリーン超高強度ペタワットレーザーの開発

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H01882
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: 桐山 博光 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, グループリーダー (40354972)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮坂 泰弘 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 主任研究員 (20761464)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: レーザー

Outline of Annual Research Achievements

レーザーシステムの中には、レーザー増幅結晶等の平行平面を有する透過媒質が存在し、レーザーがその媒質を透過すると、透過媒質の表面と裏面の反射に起因する主パルスより時間的に後から追従するポストパルスが発生する。主パルスとポストパルスが互いに干渉し、スペクトル強度や位相が変調を受ける。この結果、パルス圧縮後に主パルスに対して時間的に先行するプリパルスが発生する。このため、ポストパルスが発生しないようにするため、ポストパルスを生み出す光学部品の片方の面にウエッジ（微少な角度）をつけた。
ウエッジを備えることによる透過媒質からの主パルスのビーム伝搬方向変化を予め計算で予測することにより、診断系等のレーザーシステム内の全ての光学配置を見直して実験がスムーズに実施できるように変更した。また、ポストパルスは主パルスと違う方向に伝搬するので遮光は十分に行い実験を実施した。レーザーシステム内のB積分値が大きくなるに従って、非線形応答が大きくなりプリパルス強度は大きくなると予測されるので、プリパルス計測はペタワットレベルにまで増強した状態で確認した。併せて計算による評価も実施した。ビームパス対称構成を持つ多重パス増幅器におけるチタンサファイア結晶の表面反射で、プリパルスが生成される可能性がある。この対策として、結晶部全体を傾けることでプリパルスが生成されないように調整した。
これまでの研究により、スーパークリーンフェムト秒ペタワットレーザーを実証した。本レーザーを用いたプラズマ実験を行い、同じレーザー投入エネルギーでもより高エネルギーの粒子加速などを達成するなど、プリパルス抑制の有効性を検証した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ハイパワーレーザーの基礎 (2023)
  • Author(s): 桐山博光
  • Journal Title: 日本加速器学会誌 Volume: 19 Pages: 177-186
  • DOI: 10.50868/pasj.19.4_177
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Precise pointing control of high-energy electron beam from laser wakefield acceleration using an aperture (2023)
  • Author(s): N. Nobuhiko, H. Kai, Ko. Kotaro, H. Kiriyama, and K. Masaki
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 16 Pages: 026001
  • DOI: 10.35848/1882-0786/acb892
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhanced ion acceleration from transparency-driven foils demonstrated at two ultraintense laser facilities (2023)
  • Author(s): N. P. Dover, T. Ziegler, S. Assenbaum, C. Bernert, F. Brack, S. Bock, T. E. Cowan, E. J. Ditter, M. Garten, L. Gaus, I. Goethel, G. S. Hicks, H. Kiriyama, M. Nishiuchi, et al.
  • Journal Title: Light: Science & Applications Volume: 12 Pages: 71
  • DOI: 10.1038/s41377-023-01083-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced diagnostics of radiating relativistic singularities and BISER by nonlinear post-compression of optical probe pulse (2022)
  • Author(s): A. V. Kotov, T. Zh. Esirkepov, A. A. Soloviev, Sagisaka, K. Ogura, A. Bierwage, M. Kando, H. Kiriyama, M. V. Starodubtsev, A. Khazanov, Yu. Mironov, and A. S. Pirozhkov
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 17 Pages: P07035
  • DOI: 10.1088/1748-0221/17/07/P07035
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Characterization of the plasma mirror system at the J-KAREN-P facility (2022)
  • Author(s): A. Kon, M. Nishiuchi, Y. Fukuda, K. Kondo, K. Ogura, A. Sagisaka, Y. Miyasaka, N. P. Dover, M. Kando, A. S. Pirozhkov, I. Daito, L. Chang, Il W. Choi, C. Hee Nam, T. Ziegler, H.-P. Schlenvoigt, K. Zeil, U. Schramm, and H. Kiriyam
  • Journal Title: High Power Laser Science and Engineering Volume: 10 Pages: e25
  • DOI: 10.1017/hpl.2022.15
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Laser-driven multi-MeV high-purity proton acceleration via anisotropic ambipolar expansion of micron-scale hydrogen clusters (2022)
  • Author(s): S. Jinno, M. Kanasaki, T. Asai, R. Matsui, A. S. Pirozhkov, K. Ogura, A. Sagisaka, Y. Miyasaka, N. Nakanii, M. Kando, N. Kitagawa, K. Morishima, S. Kodaira, Y. Kishimoto, T. Yamauchi, M. Uesaka, H. Kiriyama, and Y. Fukuda
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: 16753
  • DOI: 10.1038/s41598-022-18710-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] J-KAREN-P ペタワットレーザーシステムとその利用研究のリモート化と自動化への取り組み (2022)
  • Author(s): 桐山 博光，眞柴 雄司，宮坂 泰弘，中新 信彦，近藤 康太郎，今 亮，福田 祐仁，西内 満美子
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 50 Pages: 678-682
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 超高強度レーザーによる量子ビーム科学 (2022)
  • Author(s): 桐山 博光，宮坂 泰弘，眞柴 雄司，中新 信彦，近藤 康太郎，今 亮，福田 祐仁，西内 満美子，ピロジコフ アレキサンダー，匂坂 明人，小倉 浩一，神門 正城
  • Journal Title: フォトニクスニュース Volume: 8 Pages: 4-9
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Investigation and Enhancement of Temporal Contrast of the Petawatt J-KAREN-P Laser (2023)
  • Author(s): H. Kiriyama, Y. Miyasaka, A. Kon, M. Nishiuchi, Y. Fukuda, A. Sagisaka, H. Sasao, A. S. Pirozhkov, K. Ogura, Ko. Kondo, N. P. Dover, L. Chang, N. Nakanii, Y. Mashiba, M. Kando, S. Bock, T. Ziegler, T. Puschel, H.-P. Schlenvoigt, K. Zeil, U. Schramm, I. W. Choi, and C. H. Nam
  • Organizer: IMPULSE workshop: standardization of metrology procedures for lasers and secondary sources (STAMPLASS 2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Improvement in the temporal contrast of the petawatt J-KAREN-P laser (2022)
  • Author(s): H. Kiriyama, Y. Miyasaka, A. Kon, M. Nishiuchi, A. Sagisaka, H. Sasao, A. S. Pirohzkov, K. Ogura, K. Kondo, N. P. Dover, L. Chang, N. Nakanii, Y. Mashiba and M. Kando
  • Organizer: The 11th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Improvement in fs pre-pulse and ps pedestal in the J-KAREN-P laser facility (2022)
  • Author(s): H. Kiriyama, Y. Miyasaka, A. Kon, M. Nishiuchi, A. Sagisaka, H. Sasao, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, K. Ogura, Ko. Kondo, N. P. Dover, and M. Kando
  • Organizer: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) Laser Science to Photonic Applications 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Demonstration of pulse temporal quality improvement in femtosecond pre-pulse and picosecond pedestal in the J-KAREN-P laser (2022)
  • Author(s): H. Kiriyama, Y. Miyasaka, A. Kon, M. Nishiuchi, A. Sagisaka, H. Sasao, A. S. Pirozhkov, Y. Fukuda, K. Ogura, Ko. Kondo, N. P. Dover, L. Chang, N. Nakanii, Y. Mashiba, and M. Kando
  • Organizer: The 9th International Conference on Ultrahigh Intensity Lasers (ICUIL 2022)
  • Int'l Joint Research