Französischer Petawatt-Laser in den USA mit deutschen Spiegeln bestückt

D65-001

Weltrekord: Die mittlere Leistung des französischen Lasers ist niedriger als die Leistung einer Durchschnitts-Glühbirne und trotzdem hält er den Leistungs-Weltrekord.

Es geht um das Projekt BELLA, Berkeley Lab Laser Accelerator: Hier wurden im Juli 2012 erstmals Peta-Watt Impulse erzeugt mit einer Leistung von 1,3 * 10¹⁵ Watt bei einer Wiederholrate von 1 Hz und einer Pulsdauer von 40 fs. Das entspricht einer mittleren Leistung von 40 Watt – ein lächerlicher Wert für eine Glühbirne; aber wir sprechen von den Spitzenleistungen, erreicht durch die Komprimierung der mittleren Leistung in extrem kurze Pulse: Petawatt! Ein Petawatt ist mehr als die gesamte Leistung aller Kraftwerke weltweit.
Die Erwartungen an den BELLA Laser waren hoch: es sollte der erste Laser-Plasma-Beschleuniger werden, der einen Elektronenstrahl mit einer Energie von 10 GeV produziert.

In der Theorie hört sich das noch einfach an, doch in der Durchführung sieht es ganz anders aus: BELLA ist ein kompakter Teilchenbeschleuniger. Auf einer Strecke von etwa 1 m werden Energien von 10 Milliarden Elektronen-Volt [GeV] erreicht. Im Vergleich hierzu benötigt der Teilchenbeschleuniger beim Stanford Linear Accelerator Center etwa 3,2 km, um eine Leistung von 50 GeV zu erreichen.

Bei den „herkömmlichen“ Teilchenbeschleunigern, werden elektrische Felder moduliert, um geladene Teilchen zu beschleunigen. Beim BELLA werden durch kurze Laserpulse in einem Plasma Elektronen und Ionen separiert, um starke elektrische Felder zu erzeugen. Diese durch das Plasma laufenden Felder werden für die Beschleunigung verwendet.

Der Laser für das BELLA Projekt basiert auf der CPA-Technik (chirped-pulse amplification). Ein Dutzend synchronisierter Pump-Lasersysteme erzeugen dabei den Eingangs-Laserpuls für die CPA. Mithilfe optischer Elemente wird die Pulslänge zeitlich gestreckt, verstärkt, und schließlich komprimiert, um femtosekunden-Pulse höchster Leistung zu generieren.

Für den Bau des BELLA Lasers von der Firma Thales in Frankreich wurden Spiegel aus unserer Fertigung integriert. Thales hat bei der Wahl der Spiegel unterschiedliche Hersteller getestet. Kriterien bei der Auswahl der passenden Komponenten waren u. a. die mögliche Größe der zu beschichtenden Substrate, der Reflexionsbereich und die Zerstörschwelle bei den ps- und fs-Pulsen. Wir hatten sowohl unser e-beam fs-Coating als auch das Standard High-Power-Coating zu Tests zur Verfügung gestellt und konnten mit unserem Standard High-Power-Coating überzeugen.

Im Vergleich zu anderen Anbietern haben unsere Spiegel mit einer teilweise doppelt und gar dreifach so hohen Zerstörschwelle gepunktet. Bei unserem Standard High-Power-Coating handelt es sich um eine Beschichtung auf PVD-Anlagen (Physical Vapour Deposition) mit Elektronenstrahl-Verdampfungsquellen – auch e-beam genannt. Ein weiterer Vorteil für das Projekt war, dass mit dieser Technik direkt bei uns im Haus große Substrate zu wirtschaftlichen Preisen hergestellt werden können.

Wir freuen uns sehr, dass wir mit unseren Komponenten zum Erfolg des BELLA Projekts beitragen können. Die Wissenschaft im Bereich der Elementarteilchen-Forschung hofft, durch den kompakten Aufbau neue Anwendungen zu erschließen:
Vielversprechend ist die Verwendung des hochenergetischen Laserstrahls in der Sicherheitstechnik. Der kollimierte Laserstrahl kann zerstörungsfrei  Frachtgut durchdringen; die Inspektoren können die Inhalte der Pakete so aus der Ferne prüfen.

Mit geringen Modifikationen kann mit dem BELLA-Laser auch schmalbandige Röntgenstrahlung erzeugt werden. In der Medizintechnik ließen sich damit besonders hoch auflösende Röntgenbilder erstellen.

Laseroptiken nach Ihren Wünschen
Auch bei Ihren Projekten tragen wir gern zum Erfolg bei. LASER COMPONENTS fertigt Laseroptiken nach Kundenwunsch auch in kleinen Stückzahlen. Je nach Anforderung setzen wir dabei unterschiedliche Beschichtungsverfahren ein:
Das PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) ist der Klassiker. Wir haben hier die Möglichkeit, spezielle fs-Beschichtungen sowie High -Power-Coatings zu fertigen. Beide Beschichtungsarten werden mit höchst möglichen Zerstörschwellen hergestellt. Das fs-coating wird nur für fs- oder cw-Laser verwendet und überzeugt auch hier mit sehr hohen Zerstörschwellen: Eine HR-Beschichtung (high reflective) kann beispielsweise Werte von 0,5 J/cm2 bei 150 fs erreichen.

Besonders driftarme Beschichtungen fertigen wir hingegen mit einer IAD-Quelle. Durch die zusätzliche Ionen-Quelle werden dichter gepackte Schichten erreicht, daher driftet die Beschichtung weniger als bei dem herkömmlichen Verfahren.
Für komplexe Beschichtungen haben wir seit 2010 eine IBS-Anlage (Ion Beam Sputtering) im Haus; hier werden noch dichtere Schichten mit hoher Zerstörschwelle erreicht.

Datenblatt:

Weitere Produktinformationen:
Beschichtete Laseroptik

Kontakt:

Ansprechpartner:	Barbara Herdt
Firma:	Laser Components Germany GmbH
Adresse:	Werner-von-Siemens-Str. 15
PLZ / Ort:	82140 Olching
Telefon:	+49 (0) 8142 2864-41
Fax:	+49 (0) 8142 2864-11
E-Mail:	barbara.herdt@lasercomponents.com