Friedrich-Schiller-Universität Jena - 19.02.2016
Jenaer Lasersystem stellt erneut Weltrekord auf
Physiker der Universität Jena verdreifachen Pulsenergie des Lasers POLARIS
Es ist das leistungsstärkste vollständig Dioden-gepumpte Lasersystem der Welt: mit POLARIS verfügt die Friedrich-Schiller-Universität Jena über einen Laser der Petawatt-Klasse, der Pulse mit der derzeit höchsten Spitzenleistung erreicht. Jetzt konnten die Physiker um Prof. Dr. Malte Kaluza vom Institut für Optik und Quantenelektronik die Leistungsfähigkeit von POLARIS noch einmal deutlich steigern. Erstmals ist mit dem Laser eine Pulsenergie von über 50 Joule erzeugt worden, mehr als dreimal so viel wie bisher.
50 Joule - so viel Energie muss man aufwenden, um einen 500 g schweren
Gegenstand etwa 10 Meter anzuheben; um die Temperatur von einem Glas
Wasser um ein Grad zu erhöhen, benötigt man jedoch bereits 17-mal so viel
Energie. Für einen Hochleistungslaser wie POLARIS klingen 50 Joule daher
zunächst eher bescheiden. "Doch diese Energiemenge wird von unserem Laser
in einem winzigen Zeitfenster freigesetzt", erläutert Prof. Kaluza. Die
Laserpulse haben eine Dauer von gerade einmal 120 Femtosekunden. In diesem
unvorstellbar kurzen Moment - eine Femtosekunde ist der millionste Teil
eines Milliardstels einer Sekunde - erreicht der Laser damit eine
Spitzenleistung von mehreren Hundert Terawatt (TW). Das ist ein Vielfaches
der elektrischen Leistung, die weltweit produziert wird.
Diese Leistungssteigerung ist das Ergebnis einer monatelangen Entwicklung. "Der wesentliche Aufbau des Lasers ist zwar unverändert", unterstreicht Prof. Kaluza, "doch viele kleine Details konnten entscheidend verbessert werden." Ermöglicht wurden die jetzigen Ergebnisse auch durch eine jahrelange Kooperation mit der lokalen Optikindustrie - vor allem mit der Jenoptik AG, der Lastronics GmbH, der Hellma Materials GmbH und der Layertec GmbH - die einige Kernkomponenten des Lasers lieferten. In dem letzten und größten Verstärker von POLARIS kommt jetzt z. B. mit Ytterbium dotiertes Kalzium-Fluorid zum Einsatz. Auch die optischen Beschichtungen der vom Laser stark beanspruchten Materialien sind immer weiter optimiert worden. "Alle kleinen Veränderungen zusammengenommen, ermöglichen jetzt eine wesentlich höhere Laserenergie", so Kaluza. Der Laserphysiker deutet aber auch an, dass bei den aktuell erreichten 54,16 Joule für ihn noch lange nicht Schluss ist.
Als nächsten Entwicklungsschritt plant der Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik und Relativistische Laserphysik nun, die Pulsdauer von POLARIS noch weiter zu verkürzen. Bis auf 100 Femtosekunden wolle man diese minimieren. Dabei sei die stetige Steigerung der Laserleistung jedoch kein Selbstzweck. "Uns geht es nicht um immer neue Rekorde", so Kaluza. Ziel der Entwicklung sei es vielmehr, POLARIS für konkrete Anwendungen nutzbar zu machen. Vor allem als Teilchenbeschleuniger soll der Laser in Zukunft zum Einsatz kommen. "Wir haben bereits erste Experimente dazu bei niedrigeren Pulsenergien und mit längeren Laserpulsen gemacht und jetzt sind wir sehr gespannt, wie die Teilchenenergie mit der deutlich höheren Laserenergie bei gleichzeitig kürzeren Pulsdauern skaliert."
Intensive und hochenergetische Ionenstrahlung lässt sich beispielsweise bei der Behandlung von Tumoren einsetzen. Bislang werden energiereiche Teilchen jedoch mit enormem technischen Aufwand in riesigen Beschleunigeranlagen erzeugt. "Mit der jetzt erreichten Energie bringen wir auch vergleichsweise 'handliche' Lasersysteme wie POLARIS als alternative Quelle solcher Teilchenstrahlung ins Spiel. Wir sind nun sehr gespannt, zu welchen Teilchenenergien wir mithilfe unserer neuen Laserpulse vordringen können", sagt Prof. Kaluza.
Informationen zu POLARIS:
Der Name POLARIS steht für "Petawatt Optical Laser Amplifier for Radiation
Intensive Experiments". Das Projekt, in dessen Rahmen POLARIS entwickelt
wird, ist 1999 an der Universität Jena gestartet. Der seitdem stetig
weiterentwickelte Laser ist derzeit das weltweit einzige, vollständig
Dioden-gepumpte System, das Pulsspitzenleistungen von mehr als 200 TW
erzeugen und für Experimente mit hohen Intensitäten verwendet werden kann.
Mehr unter:
www.hi-jena.de/de/helmholtz_institute_jena/experimental_facilities/local/polaris/
Weitere Informationen unter:
http://www.uni-jena.de
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung unter:
http://idw-online.de/de/institution23
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Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. - idw - Pressemitteilung
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Dr. Ute Schönfelder, 19.02.2016
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de
veröffentlicht im Schattenblick zum 23. Februar 2016
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