複数のレーザービームを高精度で重ね合わせ世界最高のピーク出力を達成 ~これまでの限界を超える高出力次世代レーザーの実現に道筋~

2026-09-01 量子科学技術研究開発機構

複数のレーザービームを同一光路で伝搬させ、位相を受動的に一致させる新しいコヒーレントビーム結合法を、量子科学技術研究開発機構(QST)と同志社大学の研究グループが開発した。サニャック干渉計とチタンサファイアレーザー増幅器を組み合わせ、従来は困難だったフェムト秒パルスの高精度な重ね合わせを実現。ピーク出力1.2テラワットを達成し、従来方式を約1,000倍上回った。光学素子の大口径化に依存せず、ビーム数を増やすことでさらなる出力向上が期待でき、ペタワット級を超えるエクサワット級レーザーへの道を開く。極限物質科学や相対論的プラズマ物理、量子電磁力学に加え、粒子加速器の小型化や高精度加工などへの応用が期待される。

複数のレーザービームを高精度で重ね合わせ世界最高のピーク出力を達成 ~これまでの限界を超える高出力次世代レーザーの実現に道筋~
図1.新たに考案したコヒーレント結合装置の概略図(2パルス分割・結合例)

<関連情報>

Ti:サファイア増幅器を用いた多次元受動コヒーレントビーム合成によるフェムト秒テラワットパルス Femtosecond terawatt pulses by multi-dimensional passive coherent beam combination with a Ti:sapphire amplifier

Hiromitsu Kiriyama, Yasuhiro Miyasaka, Hajime Sasao, and Hiroyuki Toda
Optics Letters  Published: September 1, 2026
DOI:https://doi.org/10.1364/OL.608196

Abstract

We demonstrate, for the first time to our knowledge, the simultaneous implementation of chirped-pulse amplification and fully passive filled-aperture coherent beam combination (CBC) of spatiotemporally separated four pulses with a Ti:sapphire amplifier. The system delivers what we believe to be a record-breaking broadband pulse energy of 73 mJ with a broad spectral bandwidth of 34 nm. After compression to 41 fs, the system achieves a peak power of over 1.2 terawatts. We believe that these results represent the highest peak power ever reported in any filled-aperture CBC approach.

1701物理及び化学
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