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PHELIX Lasersystem

Technischer Kontakt: Vincent Bagnoud

Überblick

Mit dem vielseitig einsetzbaren Petawatt Hoch- Energie Laser für SchwerIoneneXperimente (PHELIX) können sowohl intensive Laserpulse mit Energien bis zu einem Kilojoule als auch Leistungen von über 500 Terawatt erzeugt werden. PHELIX ist ein blitzlampengepumptes Nd-Glas-System, das aus zwei Frontends (dem fs- und dem ns-Frontend; die Namen bezeichnen die Pulslänge), einem Vorverstärker und einem Hauptverstärker besteht. Er wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Lawerence Livermore National Laboratory (LLNL) in den Vereinigten Staaten und dem Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) in Frankreich gebaut.

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Schematischer Überblick des PHELIX Lasersystems.

Der Laserstahl kann zu drei verschiedenen Messplätzen geführt werden: Am Messplatz "Z6" besteht die weltweit einmalige Möglichkeit, intensive Laserstrahlung mit dem Schwerionenstrahl des universellen Linearbeschleunigers (UNILAC) der GSI zu kombinieren. Dies eröffnet die Möglichkeit für interessante Experimente auf dem Gebiet der Plasma-, Kern- und Atomphysik. Im PHELIX-Gebäude (in der Laserbay) ist ein Messplatz nur für intensive Laserexperimente eingerichtet, dort werden die Laserpulse beipielsweise für die Beschleunigung von Protonen oder die Erzeugung von Röntgenstrahlung eingesetzt. Für kleinere Intensitäten bis zu 10 Terawatt gibt es einen weiteren Messplatz mit Kompressor und Targetkammer im X-Ray Labor.
Die hohen Laserintensitäten (am Experimentplatz über 1020 W/cm2) stellen für die eingebauten optischen Komponenten wie Linsen und Spiegel eine hohe Belastung dar. Um die Intensität unter deren Zerstörschwelle zu halten, wird wird der Strahldurchmesser aufgeweitet und das sogenannte "Chirped Pulse Amplification Verfahren" (CPA) angewendet: Dabei wird der kurze Laserpuls aus dem fs-Frontend (die Pulslänge liegt bei einigen 100 Femtosekunden) mit Hilfe einer Gitteranordnung zeitlich auf ein bis zwei Nanosekunden gestreckt, durchläuft dann die Verstärkerkette (Vor- und Hauptverstärker), und wird vor dem Experimentplatz zeitlich wieder rekomprimiert.
Zur Erzeugung von Hochenergiepulsen wird das ns-Frontend eingesetzt. Bei diesem ist die Pulsform und -dauer zwischen einer und 15 Nanosekunden frei wählbar.

Laser Parameter:

Langer Puls Kurzer Puls
Pulslänge: 0.7-20 ns 0.4-20 ps
Energie: 0.3-1 kJ 250 J
Max. Intensität: 1016 W/cm2 2 1021 W/cm2
Kontrast: 50 dB bis 100 dB

Wissenschaftliche Veröffentlichungen

PHELIX wird genutzt, um verschiedene wissenschaftliche Gebiete, meist in der Plasma- und Atomphysik, zu erforschen. Auf der Seite mit den PHELIX Publikationen, erhalten Sie zusätzliche Informationen, sowie die aktuellsten wissenschaftlichen Veröffentlichungen, die mit den Daten aus Experimenten mit dem PHELIX-Laser erarbeitet wurden.