Institute of Physics ASCR, v. v. i. Na Slovance 2 182 21 Prague 8 Czech Republic eli-cz@fzu.cz www.eli-beams.eu
Výzkumný program 1
Lasery pro generaci repetičních ultrakrátkých pulsů a mnohonásobně petawattových výkonů Cílem Výzkumného programu 1 (VP1) je laserový systém jako hlavní nástroj a páteř celého zařízení ELI Beamlines. Práce budou zahrnovat vědecké a inženýrské návrhy laserového systému a jeho jednotlivých složek a subsystému, vývoj vybraných komponent, montáž, testování a optimalizaci jednotlivých částí laseru. Po dokončení laserového systému, jeho uvedení do provozu a předání uživatelům budeme pokračovat v dalším vývoji jednotlivých subsystémů, zejména vysokorepetičních „beamlines“ a multi-10 PW sekce. Základním prvkem těchto činností bude mezinárodní spolupráce a využití výsledků činnosti prováděné v rámci mezinárodního konsorcia ELI Preparatory Phase, zejména v rámci pracovní skupiny WP 7A (Lasery). Koncepce laseru ELI Beamlines odráží hlavně požadavek na víceúčelovost tohoto zařízení z pohledu základního a aplikovaného výzkumu, stejně jako mnohostrannost využití pro různé uživatele. Popis výzkumného programu Laser ELI poslouží jako zařízení poskytující tzv. beamlines. Laserové systémy se budou skládat z počátečního stupně tvořeného oscilátorem, zesilovačů, repetičních beamlines (vedení svazku) a vysoce intenzivních testovacích bloků (nominálně 10 PW). Počáteční stupeň bude poskytovat 5 fs pulsy s vysokým kontrastem na opakovací frekvenci 1 kHz, které budou injektovány do zesilovacích stupňů laserového řetězce. Zesilovače budou založeny na technologii PFS (Petawatt Field Synthesizer), přičemž jejich čerpání bude zajištěno diodově čerpanými pevnolátkovými lasery (DPSSL) s tenkým diskem. Využijí se dva typy zesilovačů: 1 kHz a 100 Hz. V případě opakovací frekvence 10 Hz budou generovány svazky s energií 10 J a 50 J v komprimovaném pulsu o nominální délce 10-15 fs. Navržený systém zahrnuje dva 10 J a dva 50 J beamlines založené na technice OPCPA a čerpané pomocí multi-deskových, kryogenně chlazených DPSSL jednotek. Vzhledem k poměrně ambicióznímu programu vývoje čerpacích jednotek na bázi DPSSL pro 50 J beamlines je připraveno nouzové řešení s použitím Ti:safírového zesilovače čerpaného výbojkami s opakovací frekvencí 0.1 Hz. Špičkový výkon dodávaný těmito beamlines se bude pohybovat v řádu PW.
Zařízení ELI má zahrnovat dva bloky poskytující špičkový výkon 10 PW a energii 200-300 J v 20-30 fs pulsech na opakovací frekvenci až 0.1 Hz. Ty budou sloužit k testování prototypu a technologií pro ultraintenzivní laser ELI s výkonem až 200 PW. Výsledky a výstupy této činnosti využijeme pro veškeré výzkumné aktivity a všechny uživatele zařízení ELI. Experimenty prováděné v laserovém centru v Dolních Břežanech budou totiž využívat tento laserový systém jako hlavní výzkumný nástroj. V širších souvislostech napomůže VP 1 k vybudování jednoho z předních výzkumných laserových zařízení na světě. Důsledkem bude stimulace rozvoje nových technologií nejen pro laserovou fyziku, ale i optiku, vakuové systémy, elektronické systémy a další průmyslové využití. Shrnutí Hlavním výsledkem VP 1 bude vybudování laserového systému - základu celé infrastruktury ELI, světově unikátního laserového zařízení. Laserový systém využije nejnovější průmyslové technologie, především diodově čerpané pevnolátkové lasery (DPSSL), které poslouží jako báze repetičních zesilovačů pro beamlines. Laserový systém se bude dále zahrnovat testovací vysokointenzivní část složenou ze dvou 10 PW zesilovačů a kompresorů. Jedním z výsledků se má stát i demonstrace technik pro kompresi a koherentní superpozici multi-10 PW pulsů. Důležitým prvkem při řešení těchto úkolů bude mezinárodní spolupráce. Externím uživatelům bude poskytnut přístup k výzkumné infrastruktuře na základě Obchodního modelu (Open access policy) Centra excelence ELI. Do vybraných výzkumného programu budou rovněž zapojeni studenti.
2|2