Stellenangebote und Themen für Bachelor-/Master-Arbeiten

Postdoc Positionen

Postdoctoral Researcher (f/m/d) for the Development of an Experimental Platform for Laser Beam Stabilization

The GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Darmstadt operates one of the world’s leading particle accelerator facilities for fundamental research. Together with international partners, GSI is currently building the new FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), one of the largest research projects worldwide. GSI and FAIR offer the opportunity to work in an international environment with a dedicated team committed to world-class science.

 

Within the research project Adaptive Laser Architecture Development and INtegration(ALADIN), we are looking to fill the following position as soon as possible:

Postdoctoral Researcher (f/m/d) for the Development of an Experimental Platform for Laser Beam Stabilization

Reference Number: 25.71-1700

 

Project Context (ALADIN & PHELIX):

Inertial Confinement Fusion (ICF) relies on laser-driven compression of fuel capsules. Future fusion energy facilities (IFE) will require highly stable high-power laser systems with hundreds of beamlines. To meet this demand, ALADIN is exploring adaptive control architectures for the active stabilization of large-scale laser systems.

The work package LAOTSE (Laser Adaptive Optics Testbed for StabilizationExperiments) will establish an experimental platform to emulate dynamic beamlineprocesses in high-energy laser systems. This setup will be used to test advanced adaptive optics concepts and evaluate novel control architectures for next-generation IFE systems.

 

Your Responsibilities:                           

  • Development of an optical testbed that realistically emulates high-energy laser beamlines and their dynamic influences
  • Integration of diagnostic and actuator technologies to experimentally evaluate computer-controlled stabilization concepts under realistic conditions
  • Development and implementation of software interfaces to connect the platform to a higher-level control system (TANGO Controls)
  • Testing and validation of novel control mechanisms with direct relevance to future high-power laser systems for fusion research.

 

 

Your profile:

  • Doctorate (PhD) in physics, engineering, optics, or a related field
  • Solid expertise in laser physics, optical metrology and adaptive optics
  • Experience with building complex optical setups in experimental environments
  • Programming knowledge in Python and familiarity with TANGO Controls is advantageous
  • Ability to work independently on scientific tasks, along with strong team and communication skills
  • Excellent German and English language skills, spoken and written.

 

We Offer:

  • Employment at GSI conducting research within the ALADIN project
  • Research at the interface of fundamental and applied laser physics
  • Opportunity to build an experimental infrastructure of international relevance for fusion energy
  • Involvement in an innovation-driven greenfield project within a committed research team
  • Publication of research results in renowned peer-reviewed journals and presenting findings at international conferences
  • Career development and training opportunities in an excellent scientific environment
  • Flexible working arrangements, including up to two days of remote work per week.

The duration of the position is limited to an initial term of 42 months.

The salary is based on the German civil service employees (Tarifvertrag für den öffentlichen Dienst - TVöD (Bund)).

GSI supports the professional development of women. Therefore, women are especially encouraged to apply for the position.

Severely handicapped persons will be preferentially considered when equally qualified.

For more information on FAIR and GSI, please visit www.gsi.de and www.fair-center.eu.
If you have questions, feel free to contact Dr. Jonas Ohland (j.b.ohland(at)gsi.de, Tel. +49 6151-71-3381).

If you see this role as an exciting personal challenge and would like to work in an exceptional scientific environment, please submit your complete application, earliest possible start date, and the reference number25.71-1700, no later than 14.08.2025 via our

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PhD Positionen

PhD Position (f/m/d) for Aberration Modeling in High-Energy Lasers part-time (65%)

The GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Darmstadt operates one of the world’s leading particle accelerator facilities for fundamental research. Together with international partners, GSI is currently building the new FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), one of the largest research projects worldwide. GSI and FAIR offer the opportunity to work in an international environment with a dedicated team committed to world-class science.

 

For the research project Adaptive Laser Architecture Development and INtegration (ALADIN), we are seeking, as soon as possible, a

PhD Position (f/m/d) for Aberration Modeling in High-Energy Lasers

part-time (65%)
Reference Number: 25.70-1700

 

Project Context (ALADIN & PHELIX)

In inertial confinement fusion, fuel capsules are compressed using laser energy until nuclear fusion is initiated. For use in commercial fusion power plants, highly stable laser beams are essential, which in turn require novel beam control concepts. Developing these concepts requires a fundamental understanding of dynamic aberrations and the ability to replicate them in test setups. This is the core focus of the advertised PhD project.
The experimental work will be conducted on the PHELIX laser at GSI Darmstadt, Germany’s only high-energy laser system based on Nd:glass technology. As part of the project, a permanent testbed for beam control development will be established, which the PhD candidate will actively help to design and construct.

 

Your Responsibilities:                           

  • Analysis and modeling of dynamic aberrations in various high-power laser systems across Europe
  • Development of a parametric real-time model to simulate beam dynamics
  • Experimental validation of the model within the newly built ALADIN testbed
  • Participation in measurement campaigns at the PHELIX laser and other major European research facilities
  • Integration of the model into a control system for adaptive laser optics.

 

 

Your Profile:

  • Completed university degree in physics, engineering, optics or a related field
  • Experience or strong interest in laser physics, adaptive optics or optical metrology
  • Programming skills (preferably in C++, Python, LabVIEW, Bash)
  • Team spirit and a high level of initiative in an experimental setting
  • Willingness to travel for short-term research stays abroad (max. 2 weeks per stay)
  • Driving license (Class B)
  • Language skills: Fluency in German and English.

 

 

We Offer:

  • Employment at GSI with the PhD awarded by TU Darmstadt, supervised by Prof. Vincent Bagnoud’s group
  • Research at the interface between fundamental and applied laser physics
  • Work on an innovation-driven greenfield project within a young, dynamic research team
  • Direct involvement in international collaborations with European research institutions
  • Contribution to a long-term research effort with significance for the future of fusion energy
  • Opportunity for professional and personal development in a high-caliber scientific environment
  • Flexible work arrangements including up to two remote work days per week

 

The duration of the position is limited to an initial term of 36 months.

The salary is based on the German civil service employees (Tarifvertrag für den öffentlichen Dienst - TVöD (Bund)).

GSI supports the professional development of women. Therefore, women are especially encouraged to apply for the position.

Severely handicapped persons will be preferentially considered when equally qualified.

For more information on FAIR and GSI, please visit www.gsi.de and www.fair-center.eu.
For inquiries, please contact Dr. Jonas Ohland (j.b.ohland(at)gsi.de), Tel. +49 6151-71-3381).

If you see this role as an exciting personal challenge and would like to work in an exceptional scientific environment, please submit your complete application, earliest possible start date, and the reference number 25.70-1700 no later than 14.08.2025 via our online application portal:

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Themen für Bachelor-/Master-Arbeiten

Bachelor-/Masterarbeit

Motivation:

Obwohl Gaußförmige Strahlen hervorragende Eigenschaften für den Strahltransport haben, ist es in Hochenergielasersystemen üblich eine gleichmäßige räumliche Energieverteilung, ein sogenannte flat-top Strahl, zu nutzen. Das hat den Vorteil, dass z.B. Zerstörschwellen von Optiken erst bei höheren Energien erreicht werden und somit dieser Parameter maximiert werden kann. Eine weitere Anwendung ist die Nutzung eines solchen Strahlprofils für den Pumpstrahl eines optisch-parametrischen Verstärkers. Damit kann ein homogenerer Verstärkungsfaktor über das gesamte Strahlprofil erreicht werden was auch zu einer höheren Effizienz der Verstärkung führt.

Aufgaben:

  • Design eines strahlformenden Teleskops mit den Kriterien:
    • Design eines optischen Systems zur Umwandlung von Gaußstrahlen in Flattop-Strahlen und umgekehrt
    • Simulation des Teleskops:  Raytracing, Phasenberechnung, Strahlpropagation
    • Festlegung der Strahlgrößen und der erlaubten Variation, mit zusätzlicher Abschätzung der Justageanfälligkeit
    • Abschätzung der Abbildungsfreien Propagation des erzeugten Strahls
  • Aufbau eines strahlformenden Teleskops und dessen Charakterisierung
    • Effizienz
    • Stabilität
    • Restwelligkeit im Flattop
    • Justageanfälligkeit

Ziele:

  • Design und Aufbau eines strahlformenden Teleskops
  • Charakterisierung des Teleskops

Nützliche Vorkenntnisse / Voraussetzungen:

  • Optik und optisches Design
  • Programmierkenntnisse zur Simulation und Analyse von Daten (z.B. Python, Matlab, Zemax…)

Literatur:

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de und y.zobus(at)gsi.de

Entwicklung eines Spektrometers zur Temperaturmessung mittels Thomson-Streuung

Masterarbeit

Motivation:

Die Temperatur im Inneren eines Plasmas ist nicht leicht zu messen, da sie oft durch die Emission der Plasmakorona abgeschirmt wird. Eine Lösung besteht darin, einen Laser als Sonde zu verwenden, um das Plasma an der gewünschten Stelle zu untersuchen und das gestreute Licht spektral zu analysieren. Hier ist es vorteilhaft, einen kurzen Laserimpuls zu verwenden, um eine gute Zeitauflösung und eine kurze Wellenlänge zu erzielen, da dieser eine bessere Eindringtiefe in dichten Plasmen hat.

Beschreibung des Themas:

Das Thema der Masterarbeit wäre die Entwicklung des Lichtsammelsystems, des Signaltransports und des UV-Spektrografen für die Zielstation HHT am GSI. Im Rahmen der Masterarbeit werden folgende Themen behandelt:

  • Laser-Plasma-Wechselwirkungen: Thomson-Streuung
  • Optisches Design und Strahltransport, optische Bildgebung
  • Spektrometer-Design
  • Datenerfassung (Labview), Datenanalyse (Python, Labview)
  • Experimentelle Validierung

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de

Bachelorarbeit

Motivation:

Mit dem Erreichen immer höherer Intensitäten ist die Messung und Optimierung des Zeitlichen Kontrasts eine der wichtigsten Aufgaben moderner Lasersysteme. Dabei spielen neben „quasi“-konstantem Hintergrundrauschen (Verstärkte Spontanemission), einer rapide ansteigenden Anstiegsflanke auch sogenannte Vorpulse eine Rolle. Da die zuvor genannten Störungen im zeitlichen Pulsprofil schon Plasmen erzeugen und damit Experimente unbrauchbar machen können ist eine Vermeidung essenziell. Insbesondere das Auftreten von Vorpulsen ist ein eher dynamischer Prozess, da schon leichte Veränderungen im System diese erzeugen können.

Aufgaben:

  • Analyse bestehender Kontrastmessungen
  • Berechnen der optischen Weglänge der existierenden Vor-/Nachpulse
  • Abschätzen welche Optiken / optischen Systeme diese verursachen können

Ziele:

  • Identifikation von Vor- und Nachpulsen im Lasersystem
  • Eingrenzen der Entstehungsorte durch messen des Kontrastes an unterschiedlichen Stellen im System

Nützliche Vorkenntnisse / Voraussetzungen:

  • Grundlagen der Optik
  • Programmierkenntnisse zur Datenanalyse (z.B. Python)

Literatur

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de und y.zobus(at)gsi.de

Masterarbeit

Motivation:

Mit der rapiden voranschreitenden Entwicklung im Bereich der Laser mit hoher mittlerer Leistung und der Verbesserung von Laser-getriebenen Sekundärquellen werden Anwendungsgebiete im Bereich der industriellen Entwicklung und interdisziplinären Forschung relevanter. Ein vielversprechendes Gebiet ist hier die Erzeugung von Gamma- und Neutronenquellen welche für das Durchleuchten verschiedener Materialen genutzt werden kann um dessen Inhalt und Zusammensetzung zu Untersuchen. Außerdem können Laser-getriebene Elektronen- und Ionenquellen für die Erzeugung von Radioisotopen verwendet werden welche in der medizinischen Forschung benötigt werden. Aufgrund der Flexibilität von solchen Quellen haben sie einen großen Vorteil gegenüber konventionellen Beschleunigern die typischerweise für die medizinisch-relevanten Isotope verwendet werden. Ziel dieser Arbeit ist es daher die Nutzbarkeit verschiedener Sekundärquellen für die Erzeugung von Gamma- und Neutronenstrahlen sowie die Erzeugung von Radioisotopen für die Medizinforschung mittels Simulationen zu untersuchen und die Prozesse zu optimieren.

Aufgaben:

  • Aufsetzen von Monte Carlo Simulationen mittels des Codes FLUKA
  • Simulation der Wechselwirkung von Elektronen und Ionenstrahlen mit verschiedenen Konvertierungsmaterialien und Geometrien
  • Teilnahme an einer Experimentellen Kampagne zur Erzeugung von Radioisotopen an PHELIX

Ziele:

  • Simulation der Gamma- und Neutronenkonversion mit verschiedenen Sekundärquellen
  • Bestimmung der Ausbeute von speziellen Radioisotopen mit verfügbaren laser-getriebenen Sekundärquellen
  • Optimierung der Gamma- und Neutronenausbeute anhand der Konverter Parameter
  • Vergleich mit experimentellen Ergebnissen mit den Simulationen

Nützliche Vorkenntnisse:

  • Programmierkenntnisse (z.B. Python)
  • Erfahrungen mit Monte Carlo Simulationen

Literatur:

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de und j.hornung(at)gsi.de

Internships

Internships for master students and PhD student positions are offered regularly in the department.

For the latest offers please send your resumes and a short motivation email to Prof. V. Bagnoud.


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