Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

64 — Forschung Lehrstuhl für Experimentalphysik/Relativistische Laserphysik Prof. Dr. Malte C. Kaluza Forschungsschwerpunkte  Schwerpunkt 1: Entwicklung und Betrieb von Hochleistungslasersystemen mit Spitzenleistungen im Bereich von 100 TW bis 1 PW — Optimierung der Laserparameter für spezielle Anwendungen  Schwerpunkt 2: P etawatt O ptical L aser A mplifier for R adiation I ntensive experiment S — POLARIS  Schwerpunkt 3: Design und Realisierung alternativer Konzepte zur Teilchenbeschleunigung: kom- pakte Laser-getriebene, Plasma-basierte Ionen– und Elektronenbeschleuniger  Schwerpunkt 4: Anwendung hochenergetischer Teilchenpulse aus Laser-basierten Beschleunigern: Realisierung sekundärer Strahlungsquellen und Verwendung von Teilchenpulsen für medizinische Anwendungen  Schwerpunkt 5: Charakterisierung von Laser-basierten Teilchenbeschleunigern: Entwicklung von bildgebenden Diagnostiken für Laser-erzeugte Plasmen, Entwicklung von few-cycle Probepulsen im sichtbaren und mittleren Infrarotbereich Ein Hauptforschungsfeld des Lehrstuhls für Rela- tivistische Laserphysik ist die Entwicklung von Dioden-gepumpten Hochleistungslasersystemen für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete. Prominentestes Beispiel ist das vollständig Dio- den-gepumpte Lasersystem POLARIS, das voll- ständig am IOQ und am Helmholtz-Institut Jena entwickelt und gebaut wurde und das derzeit La- serpulse auf eine maximale Energie von 54,16 J [1] verstärken kann. Die verstärkte Frequenzband- breite erlaubt eine Kompression der Pulse auf eine Dauer von 98 fs, so dass— bei einer auf dem Target erreichten maximalen Energie von 16,7 J— eine Spitzenleistung von 170 TW für Experimente zur Verfügung steht. Damit ist POLARIS das La- Forschungsprojekt 1: Entwicklung Dioden-gepumpter Hochleistungslaser—POLARIS sersystem mit der derzeit höchsten Spitzenleis- tung und –intensität, das darüber hinaus routine- mäßig für Experimente zur Laser-induzierten Teilchenbeschleunigung genutzt werden kann. Für spezielle Anwendungen, z.B. die Laser- Ionenbeschleunigung werden u.U. extreme An- forderungen an die Laserpulse gestellt, z.B. an den Pulskontrast [2,3], der so hoch sein muss, dass die für die Wechselwirkung verwendeten, teilweise nur wenige nm dicken Targetfolien nicht schon durch etwaige Vorpulse zerstört werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind von uns zahlreiche Optimierungen und auch theoretische Untersuchungen für das POLARIS Lasersystem durchgeführt worden, so dass der derzeit erzielte relative Kontrast der Laserpulse auf 2x10 -13 ebenfalls einen Rekordwert für sol- che Lasersysteme darstellt. Durch die Kooperati- on mit dem Helmholtz-Institut Jena und anderen Helmholtz-Zentren ist POLARIS weiterhin eine ideale Entwicklungsplattform für ähnliche Laser- systeme, die weltweit im Einsatz sind. [1] Hornung M. et al., (2016): Generation of 54.2 J Pulses with 18-nm Bandwidth from a Diode-Pumped CPA-Laser System, Optics Letters, doi: 10.1364/OL.41.005413 [2] Keppler S. et al., (2016): The generation of amplified spontaneous emission in high-power CPA laser systems,. Laser and Photonics Reviews, 10.1002/lpor.201500186 [3] Liebetrau H. et al. (2017): Intracavity stretcher for chirped-pulse amplification in high-power laser systems, Opt. Lett., doi: 10.1364/ OL.42.000326 Abb. 1. Justierarbeiten am letzten Verstärker von POLARIS Foto: Kaper, FSU.