ppt

第54回応用物理学関係連合講演会 29p-SN-6
2007.3.29
kHz繰り返しTi:sapphire再生増幅器の出力のスケーリングの考察
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.
高平均出力 Ti:Sapphire 再生増幅器
for laser-plasma X-ray source
シングルステージ・シングルロッドのシンプルなリング共振器の
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
スケーリング則の検討
まとめ
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%
液体窒素冷却リング共振器 Ti:Sapphire 再生増幅
器
Output Power (W)
50
50
Output Power
before compression
1kHz L=3.6m
10kHz L=3.6m
10kHz L=3.8m
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
r060303_17 Graph0_6
20
40
60
80
100
120
Pump Power (W)
140
160
0
180
現状での制限要因
励起用グ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?
1kHz 効率37%
熱レンズ効果に起因する励起密度低下
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 ?
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  2 T
•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)
0.9
励起密度の低下だけが効率低下の
原因ではなかった。
0.8
Output Fluence(J/cm2)
0.7
1kHz 3.6m
10kHz 3.6m
10kHz 3.8m
0.6
0.5
0.4
0.3
ビーム径を太くしても高パワー領域で効率が低
0.2
0.1
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Est/Es
1.2
1.4
1.6
r060303_17 Graph13_3
理論計算
変換効率 Ce  Cabs CStokes Cex CTFP
出力フリューエンス=
Frantz-Nodvicの式
EinN 1CTFP
1.0
0.9
1kHz 3.6m
10kHz 3.6m
10kHz 3.8m
Theoty
Output Fluence(J/cm2)
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Est/Es
1.2
1.4
1.6
r060303_18 Graph19_1
1.8
Output Fluence Ratio (Experiment/Theory)
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
1kHz 3.6m
10kHz 3.6m
10kHz 3.8m
0.3
計算値と実測値の比
パワーの増大につれ、変換効率が低下
0.2
0.1
0.0
0
20
40
60
80
100
120
Pump Power (W)
140
160
r060303_18 Graph16
180
Output Fluence Ratio (Experiment/Theory)
1.0
0.9
1kHz 3.6m
10kHz 3.6m
10kHz 3.8m
Extrapolate
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
Pump Power (W)
300
320
340
360
380
400
420
440
460
r060303_18 Graph16-1
70
65
60
励起パワーに比例して効率が
低下すると仮定して外挿
55
Output Power (W)
50
45
40
35
30
25
20
励起パワーを増やしても
最大出力70W
15
10
5
0
0
40
80
120
160
200
240
280
320
Pump Power (W)
360
400
440
480
500
まとめ
もし現状での制限要因
•励起用グ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
1kHz --> 10kHzで光シャッターの
特性に変化は見られない。

Download Report