Charakterisierung und Kontrolle von Laserpulsen zur Teilchenbeschleunigung

• Antragsteller: Dr. Andreas Döpp
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453619281

Hochleistungslaser, die auf der Verstärkung gechirpter Pulse basieren, haben sich in den letzten Jahrzehnten rasant entwickelt und führende Anlagen, wie der ATLAS-3000 Laser am Center for Advanced Laser Applications (CALA) in Garching, erreichen heutzutage Spitzenleistungen von mehreren Petawatt. Eine der Hauptanwendungen solcher Laser sind neuartige Beschleunigersysteme, welche mit dem Ziel entwickelt werden, sehr kompakte und "helle" Strahlungsquellen für wissenschaftliche und gesellschaftliche Zwecke zur Verfügung zu stellen. Doch während Lasersysteme immer neue Leistungsrekorde erreichen, sind unsere Möglichkeiten, die damit erzeugten Laserpulse zu charakterisieren, immer noch sehr begrenzt. Insbesondere die räumlich-zeitliche Charakterisierung von Laserpulsen ist schwierig und erfordert typischerweise tausende von Laserschüssen für eine einzige Messung. Bei Hochleistungslasern mit niedrigen Wiederholraten sind solche Messungen nicht praktikabel und daher wurde das räumlich-zeitliche Feld eines einzelnen Petawattpulses noch nie vermessen. Infolgedessen ist auch der Einfluss von Fluktuationen der Feldstruktur auf Anwendungen wie die Laserbeschleunigung noch unbekannt.Zur Lösung dieses Problems schlage ich die Entwicklung eines Gerätes zur vollständigen Pulscharakterisierung in einem einzelnen Laserschuss vor. Dabei nutzen wir neueste Entwicklungen aus dem Gebiet der hyperspektralen Bildgebung, um den messbaren Informationsgehalt während einer einzelnen Belichtung zu maximieren. Wir werden dieses neuartige Messgerät dann in CALA einsetzen, um erstmals die räumlich-zeitliche Feldstruktur eines Petawattpulses zu messen. Aufbauend darauf werden wir untersuchen, inwieweit sich Fluktuationen auf den Betrieb von Laser-getriebenen Elektronen- und Ionenbeschleunigern auswirken.Darüber hinaus zeigen jüngste Studien, dass Laserpulse mit kontrolliert eingeführten räumlich-zeitlichen Kopplungen (sogenannte "exotische" Laserpulse) die Performance von Laserbeschleunigern drastisch erhöhen könnten. Wir planen daher die Feldstruktur solcher Pulse experimentell zu untersuchen, sowie eine Methode zur dynamischen Kontrolle der räumlich-zeitlichen Struktur von Laserpulsen zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen