Lasery

Lasery

Zařízení ELI Beamlines je vysokoenergetickým, vysokorepetičním laserovým pilířem projektu ELI (Extreme Light Infrastructure). Bude dodávat svazky ze čtyř laserových systémů. Aby splnily požadavky na vysoké opakovací frekvence, budou tři z těchto laserů využívat nejmodernější technologie diodově čerpaných pevnolátkových laserů (DPSSL) pro čerpání širokopásmových zesilovačů. Čtvrtý (kilojoulový) laser bude využívat pokročilou reflektorovou technologii s aktivně chlazeným médiem.

Zesílení krátkých pulzů v systémech L1 a L2 bude vycházet z OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplification). Systém L3 bude využívat titanem dopovaný safírový zesilovač. Systém L4 využije předzesilovače OPCPA dodávající multijoulové zdrojové pulzy, které jsou dále zesíleny na úroveň kJ v neodymem dopovaném skle.

Technologie čerpání DPSSL v systému L1 je založena na technologii tenkého disku Yb:YAG pracující na frekvenci 1 kHz, umožňující téměř zcela eliminovat tepelné vlivy na kvalitu laserového svazku i při vysokých výstupních výkonech laseru. Podobně, čerpací laser systému L2 využívající jako aktivní médium Yb-dopovaný YAG (yttrium hliníkový granát), eliminuje tepelné vlivy pomocí unikátního plynem chlazeného systému, který udržuje Yb-dopovaný YAG na stabilní teplotě 150 K (-123 °C). Čerpací laser systému L3 je založen na neodymem dopovaném skle a pracuje při pokojové teplotě.

V souhrnu budou tyto laserové systémy poskytovat multi-TW ultrakrátké laserové pulzy s vysokým kontrastem na kHz opakovací frekvenci, PW laserové pulsy s opakovací frekvencí 10 Hz a kilojoulové nanosekundové laserové pulzy s možností komprimace pro dosažení výkonu o hodnotě 10 PW. Tyto systémy umožní splnění požadavků mezinárodní komunity uživatelů na špičkové laserové zdroje pro programový výzkum v oblasti generování a aplikace vysoce intenzivních rentgenových zdrojů, urychlování částic a ve fyzice hustého-plazmatu a vysokých polí.

Laser 1: 100 mJ, 1 kHz

Laser L1 vyvíjí laserový tým centra ELI Beamlines. Laserový systém je navržen pro generování sub20fs (dvacet miliardtin z miliontiny sekundy!) pulzů s energií vyšší než 100 mJ při vysoké opakovací frekvenci (1 kHz). Koncepce laseru je zcela založena na zesílení frekvenčně rozmítnutých pikosekundových pulzů v řetězci OPCPA (optical parametric chirped pulse amplification), který se skládá z celkem sedmi zesilovačů. Jednotlivé stupně OPCPA zesilovačů jsou čerpány přesně synchronizovanými pikosekundovými pulzy, které generují špičkové tenko-diskové Yb:YAG laserové systémy. [Podrobné informace jsou prozatím k dispozici v anglickém jazyce.]

Laser 2: 1 PW, 20 J, 10 Hz

Řetězec L2 je určený ke generování ultrakrátkých laserových pulzů se špičkovým výkonem dosahujícím hodnoty 1 PW (1 petawatt = 1 000 000 000 000 000 wattů). Laser bude schopen pracovat při vysoké opakovací frekvenci 10 Hz díky plnému využití nových technologií, například diodově čerpaného laseru s kryogenním chlazením laserového materiálu. Hlavní zesilovače jsou založeny výhradně na OPCPA (optical parametric chirped pulse amplification), což umožňuje generovat extrémně krátké pulzy s trváním do 15 fs. [Podrobné informace jsou prozatím k dispozici v anglickém jazyce.]

Laser 3: 1 PW, 30 J, 10 Hz

Řetězec L3 nazývaný HAPLS je navržen pro PW pulzy s energií nejméně 30 J a trváním <30 fs při opakovací frekvenci 10 Hz. Byl vyvinut v Lawrence Livermore National Laboratory v USA. Centrum ELI Beamlines spolupracovalo na vývoji PW kompresoru pulzů, diagnostiky krátkých pulzů, řídících prvků a systému přesného časování. [Podrobné informace jsou prozatím k dispozici v anglickém jazyce.]

 

Laser 4: 10 PW, 2 kJ

Řetězec L4 je určen ke generování extrémně vysokého a dosud nevídaného špičkového výkonu 10 PW (petawattů) při délce trvání pulzu asi 130 fs. Nekomprimovaná energie může dosáhnout hodnoty téměř 2 kJ s frekvencí výstřelů za min, což představuje významný pokrok v oblasti laserů v kJ třídě. Architektura je založena na přímé kompresi širokopásmového svazku zesíleného kombinací různých desek neodymového skla. Laser je vyvíjen konsorciem National Energetics (USA) a EKSPLA (Litva). [Podrobné informace jsou prozatím k dispozici v anglickém jazyce.]

Související stránky

Výzkum / Laserové technologie

Významnou aktivitou v rámci projektu ELI Beamlines je vývoj nových laserových technologií. Sem patří například vývoj nových technik pěstování laserových krystalů, vývoj nových řešení pro kryogenní chlazení vysoce výkonných laserových zesilovačů opakovací frekvence, nové techniky femtosekundové synchronizace laserových pulzů, pokročilá diagnostika opakovací frekvence femtosekundových pulzů, pokročilé řídicí systémy a rozvoj inovačních řešení PW pulzních kompresorů. Některé z těchto činností se provádějí ve spolupráci s průmyslem. [Podrobné informace jsou k dispozici v anglickém jazyce.]