Development of debris-free focusing system for high-intensity laser applications

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22481
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Michine Yurina 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 特任助教 (00873358)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 気体光学 / 光学素子 / レーザープラズマ / 高強度レーザー / 損傷閾値 / 回折格子

Outline of Final Research Achievements

Specific system designs for applications of intense laser light are progressing from conventional applications such as laser processing and surface treatment to new applications in vacuum, such as high-energy photon generation, laser acceleration, and neutron generation.　 In this study, we developed a focusing optics system using an ozone gas mixture as a medium, which can focus a high-intensity laser beam in a vacuum environment and completely solve the debris problem in the application. We developed a high-pressure ozone generator with a mixture of the rare gas, and demonstrated the writing of large-amplitude density modulation in ozone gas, which is necessary for light focusing.

Free Research Field

光工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

レーザーをターゲットに集光することで生じる融解物（デブリ）は、レーザーの集光素子に付着し、汚染や損傷の原因になることから、解決が望まれている。現在は交換可能なシールドガラス等が使われることが多いが、根本的な解決になっていない。オゾン素子は我々のオリジナルなアイディアと技術であり、真空中で実現できれば、デブリ問題の完全解決を図ることができる。また、気体中の大振幅密度波形成の物理は、学術的に見ても高い独自性を持っている。気体媒質のサイズは1mm角程度もあれば、そこに粗密波を励起して10J級のレーザーでも十分制御することが可能になる。