Femtosekundenlaser-Verstärkersystem mit hoher Pulsrepetitionsrate

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558156621

Wir beantragen die Beschaffung eines Femtosekunden-Lasersystems mit hoher mittlerer Leistung (160 W) bei relativ hoher Pulsenergie (2×2 mJ) für die Forschung im Bereich der Starkfeld- und Attosekunden-Laserphysik sowie der nanoskaligen Bildgebung im extremen Ultraviolett (XUV), dabei insbesondere für die zeitaufgelöste XUV-Bildgebung. Zu den Anforderungen gehört, dass das Lasersystem in der Lage sein muss, spektral kontinuierliche XUV-Strahlung zu erzeugen und über durchstimmbare Pumppulse verfügt. Die beiden Strahlen werden von je einem optisch synchronisierten 2-mJ-Femtosekundenlaser erzeugt. Entscheidend ist dabei eine industrietaugliche Zuverlässigkeit. Die wichtigsten Forschungsthemen, die das Lastenheft bestimmen, sind: - Die ultraschnelle XUV-Kohärenztomographie (XCT), eine vom Antragsteller erfundene nicht-invasive Querschnittsbildgebung mit Auflösung im Nanometerbereich. Das neue Lasersystem soll es ermöglichen, XCT in Pump-Probe-Anordnungen mit 40, später einstelliger Femtosekundenauflösung und langfristig mit Attosekundenauflösung durchzuführen. Dies erfordert die Erzeugung von (spektral) kontinuierlichen XUV-Spektren. Das robusteste Verfahren ist das Mischen inkommensurabler fundamentaler Frequenzen. Für eine Auflösung im einstelligen Femtosekundenbereich werden Pulse mit wenigen Zyklen benötigt. Ein optisch-parametrischer Verstärker dient zur Erzeugung durchstimmbarer Pump-(Probe-)Pulse. - Aufnahme von Filmen über molekulare Reaktionen, die durch wenige Zyklen oder XUV-Pulse ausgelöst oder untersucht werden. Auch in diesem Fall sind durchstimmbare Pumppulse erforderlich. Besonders nützlich sind durchstimmbare UV-Pulse. Die Fragmente der Reaktionen werden durch kinematisch vollständige Impulsspektroskopie analysiert. Die Anforderungen an das Lasersystem sind denen der XCT sehr ähnlich. - Untersuchung von Ionen in starken Laserfeldern. Die Ziele für diese Experimente reichen von grundlegend wichtigen Systemen wie He+, H+2 , H+3 und HeH+ bis zu bisher nicht untersuchten Ionen. Beispiele aus laufenden Projekten sind Si+, Si2+, Au+, Au2+ und Au+2 , die es ermöglichen werden, seit langem bestehende Fragen der Starkfeld-Laserphysik aus völlig neuen Perspektiven zu betrachten. Experimente an Ionen erfordern naturgemäß eine sehr hohe Intensität und damit eine hohe Pulsenergie und kurze Pulsdauern. Alle für den Laser vorgesehenen Projekte erfordern eine hohe Pulswiederholrate. Ganz entscheidend ist eine hohe Zuverlässigkeit. Daher schlagen wir eine innovative Konfiguration mit einem Paar optisch synchronisierter ultraschneller Industrielaser als Front-End vor. Die Pulse werden in einer Multipass-Zelle (MPC), einer gestreckten Hohlfaser (HCF) oder einem kaskadierten Kompressor komprimiert. Wir gehen davon aus, dass dieser Ansatz in der Starkfeld- und Attosekundenlaserphysik in den nächsten Jahren zum Standard werden wird. Er ermöglicht die Erzeugung hoher XUV-Flüsse und ist ideal für Koinzidenzexperimente.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Verstärktes Femtosekunden-Lasersystem mit hoher Pulsrepetitionsrate
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Friedrich-Schiller-Universität Jena
• Leiter: Professor Dr. Gerhard G. Paulus