Bei PHELIX wurde eine Methode entwickelt, mit der man den zeitlichen Kontrast eines Petawatt Lasers stufenlos einstellen kann [1]. Dieses Verfahren ist bereits seit 2013 bei PHELIX implementiert und wird seit dem von Experimentatoren genutzt. Mit dieser Technik kann der Kontrast der verstärkten Spontanemission (ASE) von einem für CPA-Laser üblichen Wert von 106 bis auf einen optimalen Wert von 1011 stufenlos eingestellt werden. Diese Einstellung verschiedener ASE Werte ist von einem auf den anderen Tag möglich, wenn sie bereits in der Vorbesprechung (TDR) zum Experiment spezifiziert wurden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit den Einstellungsbereich auf einen ultrahohen zeitlichen Kontrast von ca. 1013 zu erweitern, indem die oben genannte Technik mit einem Plasmaspiegel in der PHELIX Experimentkammer kombiniert wird. Dies ist keine Standard-Option und muss für jedes Experiment individuell eingeplant werden (Experimentatoren sollten zur Klärung detaillierter Fragen und für die Planung dieser Möglichkeit den jeweils genannte lokale Link-Scientist kontaktieren). Durch den einstellbaren Kontrast ergeben sich zahlreiche neue experimentelle Möglichkeiten, da das ASE-Niveau an die speziellen Anforderungen des jeweiligen Experimentes angepasst werden kann Unterschiedlichste Experimente, bei denen ein sehr hoher Kontrast gefordert wird, wie z.B. der lasergetriebenen Ionenbeschleunigung mit submikrometerdünnen Targets [2], wurde bereits mit diesem System durchgeführt.

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Technischer Hintergrund

Der einstellbare zeitliche Kontrast wird dadurch ermöglicht, dass man die Verstärkung zwischen einem ultraschnellen optisch-parametrischen Verstärker (uOPA) und dem ersten von zwei regenerativen Verstärkern des PHELIX Femtosekunden Frontends einstellt. Die optisch-parametrische Verstärkung ist ASE-frei, die einzige Rauschquelle ist parametrische Floreszenz, die zeitlich auf die Dauer des Pumppulses beschränkt ist. Aus diesem Grund haben wir einen speziellen laserdioden-gepumten Laser [3] zur Erzeugung von 1ps kurzen Pulsen entwickelt, die die Oszillatorpulse parametrisch verstärken ohne den zeitlichen Kontrast im nanosekunden- oder pikosenkunden-Bereich zu verschlechtern. Der parametrische Verstärker ermöglicht einen Verstärkungsfaktor von bis zu 105, was einer Pulsenergie von bis zu 100 μJ entsprich Das erzeugt ASE-Niveau kann nun durch Abstimmen der Verstärkungen des ASE-freien uOPA und des regenerativen Verstärkers eingestellt werden, wobei die Verstärkung des Gesamtsystems konstant gehalten wird. Abbildung 1 zeigt zwei exemplarische Pulsprofile. Die rote Kurve ist ohne Verstärkung des uOPA´s aufgenommen (die gesamte Verstärkung wurde durch den regenerativen Verstärker erzeugt.) In diesem Fall liegt das ASE-Niveau um 6 Größenordnungen unterhalb der Maximalintensität. Ist die für eine uOPA-Verstärkung von 104 angenommen (schwarze Kurve), sinkt das ASE-Niveau dagegen um 4 Größenordnungen und erreicht die Detektionsschwelle des verwendeten Messgerätes (Sequoia, Amplitude Technologies). Abbildung 2 zeigt die ASE-Niveaus, die man mit verschiedenen Verstärkungsgraden des regenerativen Verstärkers erreichen kann. Der niedrigste ASE-Wert ist mit 1011 bei einer uOPA Verstärkung von 105 mittels Extrapolation der gemessenen Werte ermittelt worden. Nähe Informationen über den zeitlichen Kontrast bei PHELIX sind in den Referenzen [1,4,5].

Referenzen

[1] F. Wagner, et. al., Applied Physics B 116, 429 (2014)
[2] F. Wagner, et. al., Physics of Plasmas 22, 063110 (2015)
[3] C.P. Joao, et. al., Applied Physics B 118 (3), 401 (2015)
[4] F. Wagner, et. al., Optics Express 22, 29505 (2014)
[5] F. Wagner, et. al., proceedings of 42nd EPS conference on Plasma Physics, (2015)