Dokument: Entwicklung eines OPCPA-Systems zur Verstärkung ultrakurzer Pulse bis in den Terawattbereich
| Titel: | Entwicklung eines OPCPA-Systems zur Verstärkung ultrakurzer Pulse bis in den Terawattbereich | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3655 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20070227-135338-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Pistelok, Andreas [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Beitragende: | Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter] Prof. Dr. Schiller, Stephan [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | OPCPA, BBO, ultrakurz, Terawatt, Femtosekunde, Verstärker, Laser, Aberrationen, OPA, Pulstitan-sapphire, BBO, OPCPA, femstosecond, amplifier, laser, aberrations, angular chirp, terawatt | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden experimentelle und theoretische Arbeiten zur Entwicklung eines Terawattlasers durchgeführt. Die Arbeit fand im Rahmen des Teilprojektes C2 (Development and optimization of OPCPA-type TW-lasers with sub-10-fs pulse duration) des universitätsübergreifenden Sonderforschungsbereiches TR18 (Relativistische Laser-Plasma-Dynamik) statt und hatte zum Ziel, ultrakurze Pulse mit Pulsenergien in der Größenordnung einiger zehn Millijoule zu erzeugen, die später auf Pulsdauern um 10fs komprimiert werden sollen, um Spitzenleistungen in der Größenordnung einiger Terawatt zu erzielen. In dieser Arbeit wurde das gesamte System aufgebaut und in weiten Teilen selbst entwickelt. Im Fokus stehen Untersuchungen des Verstärkungsprozesses auf der Grundlage eines neuartigen Konzepts, der nichtkollinearen optisch parametrischen Verstärkung mit gestreckten Pulsen (engl.: Optic Parametric Chirped Pulse Amplification OPCPA). Die Photonen eines Signallasers werden unter Generierung von Photonen mit der Differenzfrequenz mit Photonen eines Pumplasers nichtkollinear in einen nichtlinearen Kristall eingestrahlt und dabei verstärkt. Im Rahmen der Arbeit wurde eine analytische Lösung für die dem Prozeß zugrundeliegenden Differentialgleichungen entwickelt und die Lösungen an die realen Parameter des Systems angepaßt und untersucht. Experimente mit dem entwickelten System zeigen, daß die Lösungen den Verstärkungsprozeß gut wiedergeben. Die in der Dissertation vorgestellte Konfiguration erlaubt Pulsenergien bis hin zu etwa E=20mJ. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Entwicklung und Untersuchung eines Strecker-Kompressor-Systems, das die durch einen selbstgebauten Titan-Saphir-Laser erzeugten ultrakurzen Pulse für effektive Verstärkung von zunächst ca. 12fs (im Fourierlimit) zeitlich auf einige hundert Picosekunden streckt und nach der Verstärkung rekomprimiert. Für die Bestimmung der Pulsdauer der rekomprimierten Pulse war aufgrund unterschiedlicher Betriebsarten (ganzer Pulszug oder Einzelschuß) die Konstruktion verschiedener Autokorrelatoren notwendig. Da das Strecker-Kompressor-System bei imperfekter Justage chromatischen und räumlichen Aberrationen unterworfen ist, mußten Geräte zur Quantifizierung der Aberrationen entwickelt werden, mit deren Hilfe die Korrektur oder Minimierung der Fehler, zum Beispiel der Winkeldispersion ermöglicht wurde. Die durch die Verstärkung erhaltenen Pulse werden in Zukunft für verschiedene Experimente genutzt werden. So sollen sie zum Beispiel über verschiedene Mechanismen zur Erzeugung hochenergetischer Teilchen bis ins relativistische Regime verwendet werden. Ermöglicht werden desweiteren nichtlineare Effekte, so zum Beispiel die Generierung höherer Oberflächenharmonischer bis hin in den Bereich weicher Röntgenstrahlung, die auf kürzeren Zeitskalen als der erzeugende Puls abgestrahlt wird. Es kann aber auch über einen anderen Effekt effektiv charakteristische harte Röntgenstrahlung mit Pulsdauern in der Größenordnung von 100fs generiert werden.Within this dissertation experimental and theoretical work on the development and set-up of a terawatt laser system with ultrashort pulse duration was accomplished. The work was performed within the sub-project C2 (Development and optimization of OPCPA-type TW-lasers with sub-10-fs pulse duration) of the Collaborative Research Centre on relativistic laser plasma dynamics (TR18). The goal was to produce ultrashort pulses with durations of approximately ten femtoseconds in the multi-ten millijoule energy regime, equivalent to peak pulse powers of several terawatts. Within this work the whole system was established and many parts were developed. The amplification process is based on the new concept of Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (OPCPA). Hereby photons of a signal laser interact with photons of a pump laser in non-collinear geometry in a nonlinear crystal by producing the difference frequency. During the process, the signal intensity is amplified. An analytical solution for the differential equation system that describes the interaction was developed. Great care was taken to adapt the analysis to parameters which are important for practical laser operation. In the experimental part of this work it was clearly shown that the calculated solutions well describe the amplification process. The configuration used in this dissertation allowed to amplify the pulse energy up to E=20mJ. In order to implement CPA, a stretcher-compressor-system was developed and characterized. Therefore, ultrashort pulses of a home-built Titan-Sapphire-Laser with a pulse duration down to 12fs (Fourier limit) were stretched to several hundred picoseconds, subsequently amplified and re-compressed. Furthermore several autocorrelation techniques were applied to determine the pulse duration (for high repetition rate and single-shot, respectively). In addition, correction tools and schemes were developed which allow to correct intrinsic chromatic and spatial aberrations (i.e. angular chirp) of the stretcher-compressor-system. High intensity, ultra-short laser pulses produced by this system are of great interest for the application in future laser-plasma experiments. In particular, high energy particles will be accelerated into the relativistic regime. Furthermore, generation of higher harmonics in the soft X-ray regime may produce pulses with sub-femtosecond duration. Moreover effective creation of characteristic hard X-rays with pulse durations in the order of 100fs will be possible. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 05.02.2007 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.02.2007 | |||||||
| Datum der Promotion: | 02.02.2007 |
