自発共鳴型レーザーパルス蓄積共振器の開発

摘要

我々の研究グループではレーザーコンプトン散乱を利用するエックス線光源[1]やガンマ線光源[2]のために，高繰り返し（100 MHz-1GHz)のパルスレーザーを蓄積する光蓄積共振器システム を開発してきた.最近の研究成果により，光パワーの増大率が10万倍を超える共振器を用いて比 較的雑音の大きい環境においてもCWレーザー光を安定に蓄積可能な新しい光学システム「自発 共鳴型光共振器」を実現し[3],当該研究分野におけるブレイクスルーが期待されている.本研究 の目的ではピコ〜フェムト秒のレーザーパルスを光共振器に蓄積して，高強度レーザー場を高繰 り返しで発生することが求められる.そのために現在我々は自発共鳴型光共振器システムをモー ド同期化することで，自発共鳴型のレーザーパルス蓄積システムの開発を目指している.自発共鳴型光共振器はレーザー増幅器と受動共振器を光学路で接続したリングレーザー発振器 構造を成している.そのため光学路の途中に非線形偏波回転を利用する非線形光学効果や回折格 子対による分散補償を設けることで，モード同期レーザー発振を発生することが可能である.実 際の光学系においては，システム全体を1周する光学周期と受動共振器内を光が往復する光学周 期（=free spectral range)が整数倍である必要があり，パルスレーザー列に対していわゆる遁倍条 件を満たさなければならない.また受動共振器内でのパルスの往復回数が大きくなると共振器ミ ラーの群遅延分散の影響が無視できず，パルス蓄積が行えなくなる可能性もある.このような課題を段階的に解決するために，まずは蓄積増大率の小さい低フイネスの受動共振 器を用いてモード同期システムの構築を行った.サイドバンド法[4]によって共振器のfree spectral rangeを精密に測定し，その値に合わせて自発共鳴システム全体の光路長を調整した.その結果， モード同期レーザー発振（=パルス蓄積）に成功した[5].当初は光学系の機械強度の不足などから 発振の安定性に難があつたが，その後の開発で実用レベルに近づきつつある.今後高フイネス共 振器での試験を行うとともに安定な高パワーレーザーの蓄積を実証し，レーザーコンプトン散乱 によるガンマ線生成実験を行う予定である.