Isao Matsushima, Toshihisa Tomie

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1 Isao Matsushima, Toshihisa Tomie
第54回応用物理学関係連合講演会 29p-SN-6 kHz繰り返しTi:sapphire再生増幅器の出力のスケーリングの考察 Consideration on scaling of output power of kHz rep-rate Ti:sapphire regenerative amplifier 産業技術総合研究所　光技術研究部門 　松嶋　功、富江敏尚 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan Isao Matsushima, Toshihisa Tomie *This study was partly financially supported by the Budget for Nuclear Research of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, based on screening and counseling by the Atomic Energy Commission.

2 シングルステージ・シングルロッドのシンプルなリング共振器のTi:Sapphire レーザー再生増幅器でどこまで大きくできるか?
for laser-plasma X-ray source シングルステージ・シングルロッドのシンプルなリング共振器のTi:Sapphire レーザー再生増幅器でどこまで大きくできるか? これまでの実験成果の概要 現状での制限要因 理論計算 スケーリング則の検討 まとめ

3 kHz繰り返し Ti:Sapphire 再生増幅器
これまでの成果 1kHz 20W励起 圧縮前出力 7.4W 　 変換効率37% I. Matsushima et al., Jpn. J. Appl. Phys. 44, L823 (2005). 10 kHz 180W励起 圧縮前出力 40W 変換効率22% I. Matsushima et al., Opt. Lett. 31, 2066 (2006). 熱レンズ効果を考慮した共振器の改良 10 kHz 180W励起 圧縮前出力 54W 変換効率30%

4 液体窒素冷却リング共振器 Ti:Sapphire 再生増幅器

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7 もしこれらの制約がなくなればさらに大出力化が可能か?
現状での制限要因 励起用グリーンレーザーの出力: Max 90W×2 出力だけでなく集光性能も必要 クライオ冷却能力: Max 200W 光スイッチ等光学素子耐力 もしこれらの制約がなくなればさらに大出力化が可能か? 熱レンズ効果に起因する励起密度低下 1kHz 効率37% 10kHz 効率22% 共振器を改良して励起密度を上げる 10kHz 効率30% 励起密度を上げれば10kHzでも効率37% ? ビーム断面積を拡げればさらに出力増 ?

8 励起密度を高くする 寄生発振 励起密度は現状維持で、ビーム径を太くする 熱レンズ効果は変わらない ロッド位置でのビーム半径
理論上はビーム径はいくらでも拡げられる f -> ∞ の極限では (予稿時点)

9 励起密度の低下だけが効率低下の原因ではなかった。
ビーム径を太くしても高パワー領域で効率が低下

10 理論計算 変換効率 出力フリューエンス= Frantz-Nodvicの式

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13 励起パワーに比例して効率が 低下すると仮定して外挿 励起パワーを増やしても 最大出力70W

14 励起パワーの増加に伴って効率が低下するならば 大幅な出力増大は見込めない。
まとめ もし現状での制限要因 励起用グリーンレーザーの出力 クライオ冷却能力 光学素子耐力 がなくなったとしても 励起パワーの増加に伴って効率が低下するならば 大幅な出力増大は見込めない。 原因の究明と対策が必要

15 1kHz --> 10kHzで光シャッターの特性に変化は見られない。