POLARIS

POLARIS ist derzeit das einzige, vollständig Dioden-gepumpte Lasersystem, das Pulsspitzenleistungen von 200 TW erzeugen und für Experimente mit hohen Intensitäten eingesetzt werden kann. Mit dem POLARIS-System, welches auf einer Laborfläche von 250 m² aufgebaut ist, werden am IOQ und HI-Jena Experimente zur Laser-Teilchenbeschleunigung durchgeführt.

Um die Pulse mit einer Pulsdauer von 100 fs effizient zu verstärken, ist POLARIS nach dem Prinzip der Chirped-Pulse Amplification (CPA) aufgebaut. Es verfügt neben fünf Laser-Verstärkern über ein Strecker-Kompressor-System mit der Besonderheit eines sogenannten aktiven Streckers und eines Mosaik-Gitter-Kompressors. Als aktives Medium werden Ytterbium dotiertes Fluorid-Phosphatglas und CaF₂ verwendet, die durch Hochleistungslaserdioden mit einer Wellenlänge von 940 nm gepumpt werden. Das Glas wurde vom Otto-Schott-Institut der FSU Jena speziell für POLARIS entwickelt. POLARIS erzeugt Laserpulse mit einer Zentralwellenlänge von 1030 nm und einer Bandbreite von bis zu 19 nm (FWHM). Um das aktive Medium zwischen den einzelnen Pulsen ausreichend kühlen zu können, werden die Laserpulse derzeit mit einer Wiederholrate von 1/50 Hz erzeugt.

Aktuell können mit POLARIS Laserpulse mit einer Pulsenergie von 54 J vor dem Kompressor erzeugt werden. Nach dem Kompressor werden Laserpulse mit bis zu 17 J Pulsenergie in einer Pulsdauer von 100 fs routinemäßig im Experiment eingesetzt.

Durch die Verwendung von adaptiver Optik erreichen die Intensitäten im Fokus nahezu 10²¹ W/cm². Die Fokusfläche ist dabei lediglich 8 μm² groß. Der zeitliche Intensitätskontrast der Laserpulse beträgt aktuell bis zu 10¹² für die verstärkte spontane Emission (ASE) und kann mit Hilfe eines Plasma-Spiegels oder durch die Verwendung der zweiten Harmonischen weiter verbessert werden. Zur Untersuchung der Laser-Plasma-Experimente steht weiterhin im Target-Bereich ein zeitlich synchronisiertes Kurzpuls-Probe-Laser-System bei einer Zentralwellenlänge um 800 nm zur Verfügung (10 fs Pulsdauer / 20 μJ Pulsenergie). Der für erfolgreiche Experimente zur Teilchenbeschleunigung sehr wichtige zeitliche Intensitätskontrast ist ebenso wie die Erhöhung der verfügbaren Pulsenergie ein wesentlicher Gegenstand der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Lasersystems.

Ansprechpartner:

• Dr. Marco Hornung
• Dr. Joachim Hein
• Prof. Dr. Malte C. Kaluza