High-energy and high-power femtosecond laser amplifier

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434319380

Kohärente Quellen von ultrakurzen THz-Pulsen haben in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Dieser Fortschritt hat es ermöglicht, dass sich die Zeitaufgelöste-THz-Spektroskopie als leistungsstarkes Werkzeug für eine Vielzahl von Anwendungen herauskristallisiert. Dies reicht von der Untersuchung der zeitlichen Dynamik grundlegender Bestandteile der Materie in Physik und Chemie bis hin zu eher angewandten Themen wie der Detektion von Drogen oder Sprengstoffen. Alle diese Anwendungen sind jedoch derzeit stark eingeschränkt, da ständig keine Quellen vorhanden sind, die energiereiche THz-Impulse mit hoher Durchschnittsleistung abgeben, insbesondere im Frequenzbereich [1-10 THz]. Eine begrenzte Durchschnittsleistung von THz-TDS bedeutet, dass ein unerwünschter Kompromiss zwischen THz-Impulsenergie und Wiederholungsrate erzielt werden muss, was wiederum bedeutet, dass entweder Forschungslinien aufgegeben werden, in denen energetische Impulse benötigt werden, oder die Wiederholungsrate in den wenigen Fällen geopfert wird, in denen dies der Fall ist eine Möglichkeit. Diese Einschränkungen treten auf, weil die meisten THz-TDS-Aufbauten heutzutage von Ti: Sapphire-Lasersystemen im nahen Infrarot betrieben werden, deren durchschnittliche Leistung auf nur wenige Watt begrenzt ist. Da die Umwandlungseffizienz von nahem Infrarot zu THz typischerweise einige Prozent nicht überschreitet, erfordert das Erreichen signifikant höherer Durchschnittsleistungen im THz-Bereich das Ansteuern ultraschneller Laserquellen mit viel höherer Durchschnittsleistung.Wir bewerben uns daher hier um ein hochmodernes ultraschnelles regeneratives Laserverstärkersystem (Yb: YAG, 1030 nm) für das nahe Infrarot, das auf der Dünnscheibenlasertechnologie basiert und eine einzigartige Kombination aus hoher Wiederholrate (5 - 50 kHz) und sehr hohe Impulsenergie (bis zu 50 mJ) und arbeitet damit mit einer um zwei Größenordnungen höheren mittleren Leistung (> 500 W) als ihre Ti: Sa-Gegenstücke. Dieses Lasersystem wird zum einen zur Erforschung der Zweifarbenfilamentierung mit hoher Wiederholungsrate für die Erzeugung von Breitband- und Starkfeld-Terahertz-Impulsen im [1-10 THz] -Bereich, aber auch zur Erzeugung von THz der Klasse mJ eingesetzt Impulse bei <1 THz unter Verwendung von mit Titeln versehenen Impulsfronten in Lithium-Niobat. Dank der einzigartigen Leistung der Quelle, die wir kaufen möchten, erwarten wir breitbandige THz-Impulse mit Wattpegel im [1-10 THz-Bereich] mit einer Impulsenergie von> 1 µJ - eine Leistung, die in einer Laborumgebung an die nicht gekoppelt ist nach bestem Wissen und Gewissen - sowie Aufzeichnung energiereicher Einzelzyklus-THz-Impulse mit beispiellos hoher Wiederholungsrate im <1 THz-Bereich. Dies wird unsere laufende Forschung an Hochleistungs-THz-Quellen durch die Bereitstellung einer signifikant höheren Impulsenergie ergänzen und damit eine bahnbrechende Forschung auf dem Gebiet der nichtlinearen THz-Spektroskopie ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: High-energy and high-power femtosecond laser amplifier
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiterin: Professorin Dr. Clara Saraceno