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Erzeugung und Untersuchung von Terahertz-Strahlung

Das Terahertz-Band ist der letzte weitestgehend unerforschte Bereich des elektromagnetischen Spektrums, aufgrund des Mangels an hinreichend starken und kompakten Quellen. Durch den immensen Fortschritt in den letzten zwei Jahrzehnten ist es nunmehr regelmäßig möglich, durch kompakte laserbasierte Aufbauten Feldstärken von mehreren MV/cm zu erreichen. Am HI Jena entwickeln wir moderne, hochleistungsfähige THz-Quellen und zugehörige fortschrittliche Diagnosesysteme. Dies umfasst unter anderem die detaillierte Untersuchung der Erzeugung der THz-Strahlung mittels kompakter Lasersysteme, welche uns mit beispielloser räumlicher und zeitlicher Auflösung einen Einblick in die Laser-Materie-Wechselwirkungsprozesse liefert. Unsere jüngsten Anstrengungen richten sich auf die Anwendung der THz-Pulse in nichtlinearer Optik, Festkörperphysik und Laser-Teilchenbeschleunigung.

Unsere Forschung beschäftigt sich hauptsächlich mit:

  1. Entwicklung von modernen, hochleistungsfähigen THz-Quellen mit hoher Wiederholungsrate und THz-Diagnosesystemen.
  2. Nutzung der THz-Strahlung als inhärentes und nichtinvasives Werkzeug zur Untersuchung von komplexen Plasma-Prozessen.
  3. Entwicklung von fortschrittlichen Diagnosesystemen für die Bildgebung von Systemen mit sehr geringer Dichte und dielektrischen Materialien im THz-Spektralbereich.
  4. THz-getriebene Laser-Teilchenbeschleunigung.
  5. Elektro-optische Diagnosesysteme zur Darstellung des kurzlebigen Puls-Profils.

Hochleistungsfähige THz-Quellen

Die Kurzpuls-Laser-Plasma-Wechselwirkung hat sich als Erzeugungsmethode für THz-Pulse bewährt. Dies beinhaltet die Wechselwirkung von Laserpulsen mit Gases oder Festkörpern. Wir untersuchen den Einfluss der Laser- und Plasma-Parameter auf die THz-Ausbeute und das generierte Spektrum. Dafür verwenden wir ein- und zweifarbige Systeme.

THz-Diagnosesysteme

Die Charakterisierung der THz-Strahlung ist genauso wichtig für die Optimierung der THz-Quelle wie für das Entwerfen potentieller Anwendungen. Dafür verwenden wir räumlich und zeitlich integrierte und auflösende sowie polarisationsabhängige Diagnosemethoden.

EO-Diagnosemethoden zur Identifizierung des longitudinalen Pulsprofils von geladenen Teilchenstrahlen

Zur Abschätzung der kurzlebigen Eigenschaften der Teilchen-Bündel setzen wir zwei unabhängige, nichtinvasive Diagnosemethoden basierend auf dem elektro-optischen (EO-) Effekt und der Smith-Purcell-Strahlung (SPR) ein.

THz-getriebene Laser-Teilchenbeschleuniger

Innerhalb dieses Projektes wollen wir die Beschleunigungseffizienz der Teilchen durch Verwendung wechselnder Methoden, z. B. die Nachbeschleunigung von Ionen und Protonen durch selbsterzeugte THz-Strahlung, erhöhen. THz-Strahlung mit einer geeigneten Pulsdauer und Feldstärke ist ein guter Kandidat für die Laser-Beschleunigung von geladenen Teilchen. Die Wellenlänge ist in diesem Bereich lang genug für die Verwendung miniaturisierter, mit herkömmlichen Bearbeitungstechniken gefertigter Beschleunigerstrukturen und dank der kurzen Pulsdauer ist die Material-Erhitzung begrenzt.

Wir bieten regelmäßig Laborpraktika, Qualifizierungsarbeiten und HiWi-Stellen an. Für Anfragen steht Dr. Amrutha Gopal zur Verfügung. Aktuelle Angebote sind auf dieser Webseite gelistet.