高繰り返しファイバーレーザーを活用したコンパクト数サイクルパルス光源の開発

使用高重频光纤激光器开发紧凑型少周期脉冲光源

• 批准号: 12J00476
• 负责人: 荻野 純平
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J00476/
• 关键词: ファイバーレーザー; 数サイクルレーザー; フォトニック結晶ファイバー; 再生増幅器

パルス幅が光電場振動の数サイクルにまで狭められた超短パルスレーザーは, レーザー粒子加速や高次高調波発生等の多様な科学技術・学術及び産業分野に極めて有用であることから近年急速に進歩している. 特に, 光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)は超広帯域性と大口径化が可能であり, 超高強度レーザーの分野でも今後大きく伸びる可能性を秘めている. しかし, OPCPAによる数サイクルレーザーの応用では, 安定性とビーム品質が重要である, 高安定・高ビーム品質のOPCPAを実現するには, 同じく高安定・高ビーム品質の励起レーザーの開発が必要不可欠である. また, さらなる応用分野の拡大のためには高繰り返し化が必要であり, 産業応用の観点からはコンパクト化も望まれている.本研究では, OPCPAの励起源として市販の電気同期YAGレーザーではなく, 独自開発の光同期ファイバーレーザー増幅器を用いることによって, 高繰り返し数サイクルレーザー励起光源の開発を行ってきた。しかしながら、構築した増幅器に用いた大口径フォトニック結晶ロッドファイバーは(PCロッドファイバー)、高出力化に伴い、励起による熱の影響が無視できないという問題があった。そこで本研究では、励起強度を熱の影響のない領域まで落とし、PCロッドファイバーを再生増幅器に用いることを考案した。増幅器の設計は、独自の計算コードにより増幅シミュレーションを行い最適な構成を決定した。実証実験を行ったところ、入力エネルギー150nJ, パルス幅2.5ns, 繰返し周波数1kHzで励起パワー13Wの時、出力エネルギー257μJ, ゲイン1700倍を得た。これは、ファイバーを用いた再生増幅器では、世界最大出力である。また、再生増幅器としたことで熱の影響を抑えることができ、M^2で1.2(x)1,4(y)と非常に高品質なプロファイルを得ることができた。さらに、増幅器でPCロッドファイバーを用いた場合は、高出力を得るためには、抽出効率を高めるために、入力エネルギーを数10μJ程度必要としたが、PCロッドファイバー再生増幅器では、100μJ程度の入力で同程度の出力を達成できることから、必要とするコンポーネントの数を大幅に減らすことが可能となり、コンパクト化も可能となった。以上より、本研究は、光パラメトリック増幅の励起光源として、高出力化、コンパクト化を実現するものであり、ファイバー装置のより一層の発展に貢献できるものである。

In recent years, rapid progress has been made in science and technology, academic and industrial fields in various fields, such as ultra-short-wave vibration, particle acceleration, high-order high-frequency wave generation, etc. In particular, the optical power spectrum (OPCPA) has the possibility of ultra-wide and large-diameter, ultra-high-intensity and large-diameter, and the possibility of future large-scale expansion. The stability and quality of OPCPA are very important. High stability and high quality of OPCPA are very important to the realization of OPCPA, but the development of high stability and high quality of OPCPA is necessary. It is necessary for the industry to use the technology to make a difference. In this study, the excitation source of OPCPA is different from that of YAG laser, and the excitation source of OPCPA is different from that of YAG laser. In addition, the impact of heat on the construction and use of amplifiers with large diameters and crystals (PC), high output and excitation is ignored. In this study, the influence of excitation intensity on the temperature field was investigated. The design of the amplifier is determined by the optimal composition of the amplifier in the calculation of the circuit. The test results show that the input power is 150nJ, the amplitude is 2.5 ns, the frequency is 1kHz, the excitation power is 13W, the output power is 257μJ, and the output power is 1700 times. The maximum output of the regenerative amplifier in the world The effect of heat is suppressed. M^2 = 1.2(x)1,4(y)= very high quality. When the amplifier is used, the output efficiency is high, the input force is 10μJ, and the output of the amplifier is 100 μ J. When the amplifier is used, the input force is 100 μJ, and the output of the amplifier is 100μJ. When the amplifier is used, the input force is 100μJ, and the output of the amplifier is 100μJ. In this paper, we propose to increase the amplitude of excitation light source, increase the output power, and realize the development of optical devices.

项目成果

Development of 1 kHz, mJ class fiber CPA system for few-cycle laser system

开发用于少周期激光系统的 1 kHz、mJ 级光纤 CPA 系统

• 发表时间: 2013
• 作者: Jumpei Ogino;Keiichi Sueda;Takashi Kurita;Toshiyuki Kawashima;Noriaki Mivanaga
• 通讯作者: Noriaki Mivanaga

大口径フォトニック結晶ファイバーを利用した数サイクルレーザー励起用チャープパルス増幅システムの開発

利用大直径光子晶体光纤进行多周期激光激发的啁啾脉冲放大系统的开发

• 发表时间: 2012
• 作者: Jumpei Ogino;Keiichi Sueda;Takashi Kurita;Toshiyuki Kawashima;Noriaki Mivanaga;荻野純平
• 通讯作者: 荻野純平

Development of 10kHz mJ class fiber chirped pulse amplification system

10kHz mJ级光纤啁啾脉冲放大系统的开发

• 发表时间: 2012
• 作者: Jumpei Ogino;Keiichi Sueda;Takashi Kurita;Toshiyuki Kawashima;Noriaki Mivanaga;荻野純平;荻野純平;荻野純平
• 通讯作者: 荻野純平

High-Gain Regenerative Chirped-Pulse Amplifier Using Photonic Crystal Rod Fiber

使用光子晶体棒光纤的高增益再生啁啾脉冲放大器

• DOI: 10.7567/apex.6.122703
• 发表时间: 2013
• 期刊: Appl. Phys. Express
• 作者: Jumpei Ogino;Keiichi Sueda;Takashi Kurita;Toshiyuki Kawashima;Noriaki Miyanaga
• 通讯作者: Noriaki Miyanaga

大口径フォトニック結晶ロッドファイバーを用いた高ゲインチャープパルス再生増幅器の開発

采用大直径光子晶体棒光纤的高增益啁啾脉冲再生放大器的研制

• 发表时间: 2013
• 作者: 荻野 純平;末田 敬一;栗田 隆史;川嶋 利幸;宮永 憲明
• 通讯作者: 宮永 憲明