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Freie Elektronenlaser sind einzigartige Quellen für kohärente Strah­lung im XUV-Bereich. Seit Jahren schon ist FLASH am DESY in Hamburg für Nutzerbetrieb zugänglich und liefert einen brillanten Photonenstrahl im Wellenlängenbereich von 4,3 bis 47 nm. Jedoch zeigt sich die spontane Natur des SASE-Prozesses (Self Amplified Spontaneous Emission) nachteilig für die longitudinale Kohärenz. Ein SASE-Puls besteht aus mehreren Sub-Pulsen, die zueinander keine definierte Phasenbeziehung haben. Der SASE-Verstärkungs­prozess soll durch Seeding mit einer höheren Laserharmonischen (HHG) ersetzt werden, um die Hintergrundfluktuationen, aus denen SASE entsteht, zu unterbinden. Der verstärkte Puls hat im Vergleich zu einem SASE-Puls eine definierte longitudinale Phase. Man erhofft sich zusätzlich zu einer besseren longitudinale Kohärenz eine ver­besserte Stabilität der Ankuftszeit der Pulse am Experiment, indem man einen Pump-Probe-Laser mit hoher Präzision zu dem Seeding-Laser synchronisiert.

Zwei OPCPA-Stufen im Betrieb.
Zwei OPCPA-Stufen im Betrieb.

Eine hochenergetische XUV-Quelle wird für FLASH-2 benötigt. Ver­schiedene Technologien werden derzeit entwickelt, um die Kon­ver­sionseffizienz zu erhöhen. Eines dieser Schemata basiert auf Quasi­phasen­anpassung in einer Reihung von Gasdüsen [1-3]. Das Laser­system für die Erzeugung der XUV-Seed-Quelle am FLASH-FEL wird in Kolla­boration mit DESY und dem Helmholtz-Institut Jena ent­wickelt. Solche Lasersysteme zeichnen sich durch eine extrem hohe Durchschnittsleistung aus [4,5]. Diese Laser­leistung wird benötigt, da der FEL in einem 100 kHz- bis 1 MHz-Burst-Modus betrieben wird. Kommerzielle Lasersysteme sind in der benötigten Energie­klasse (mJ) lediglich bis zu einer Repetitionsrate von einigen kHz erhältlich. Daher ist eine intensive Entwicklung von neuen Laserver­stärkertechnologien notwendig, um die Ziele zu erreichen.