Dielektrischer Laserbeschleuniger im mittleren Infrarotbereich

• Antragsteller: Dr. Florian Burkart; Huseyin Cankaya, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453615464

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Hochleistungslasers mit hoher Repetitionsrate, der im mittleren Infrarot-Bereich (MIR) zwischen 3 und 5 µm verstimmt werden kann. Dafür wird ein bei CFEL (Center for Free-Electron Laser Science) bereits vorhandenes System um einen parametrischen Verstärker erweitert. Auch Teil des Projektes ist die Verwendung dieses Lasers, um die Beschleunigung von Elektronen in dielektrischen Strukturen (DLA) zu testen und damit zukünftige, kompakte Elektronenquellen zu entwickeln.Das Projekt ist in drei Teile unterteilt: Im ersten Schritt wird ein kryogenisch gekühltes Ho:YLF Verstärkersystem entwickelt, das 25mJ bei 5kHz bei 2.05µm liefern kann. Das entspricht einer Durchschnittsleistung von 125 W, was damit den bisherigen Weltrekord um mehr als das Doppelte übertreffen wird. Im zweiten Schritt werden diese Pulse mittels optischer parametrischer Verstärkung (OPA) auf mJ-Level im MIR-Bereich verstärkt, was mehr als dem sechsfachen des Standes der Technik entspricht. Die OPAs werden durch Weißlicht „geseeded“, welches in einem Material erzeugt wird, das durch das selbe Lasersystem getrieben wird welches die OPAs pumpt. Im dritten Teil des Projektes wird dieses Lasersystem verwendet, um Beschleunigungen im Bereich von MeV in DLAs zu demonstrieren. Die Verstimmbarkeit des Lasersystems wird es außerdem erstmals ermöglichen, die Skalierbarkeit des Beschleunigungsgradienten bzw. der Strahlladung mit der Wellenlänge des Lasers zu untersuchen. Für die experimentelle Bestätigung werden Experimente bei der Beschleunigertestanlage SINBAD (Short Innovative Bunches and Accelerators at DESY) durchgeführt. Dafür werden Elektronenpakete durch einen konventionellen HF-Beschleuniger vorbeschleunigt und dann in die DLAs injiziert. Außerdem werden dann weitere fortschrittliche Konzepte der Beschleunigerphysik wie z.B. das Mikrostrukturieren von Elektronenstrahlen mittels DLAs getestet werden. Diese zielen darauf ab den Strahl besser für die weitere Beschleunigung oder für die Emission kohärenter Röntgenstrahlung zu formen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Dielectric gratings ; Tm:fiber pump lasers
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser ; 5940 Optische Gitter