Design und Aufbau eines Hochenergielasersystems

An der Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH in Darmstadt (GSI) wird von den Arbeitsbereichen Atomphysik und Plasmaphysik gegenwärtig der Hochintensitätslaser PHELIX (Petawatt-High-Energy-Laser-for-Heavy-Ion-Experiments) aufgebaut. In Verbindung mit dem Schwerionenbeschleuniger eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Erforschung von Licht-Materie Wechselwirkungen. Für diese Experimente werden etwa für die Diagnostik (z.B. Interferometrie) solch laserinduzierter Plasmen weitere Strahlen benötigt. Um die experimentellen Möglichkeiten am Strahlplatz Z6 zu verbessern, wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit das bestehende Nd-YAG/Nd-Glas NHELIX-Lasersystem erweitert.Die Erweiterung bestand in erster Linie in der Implementierung eines zweiten Laserfrontends. Der von der Firma GEOLA gekaufte Infrarot-Laser erzeugt einen Puls mit 0,5ns Halbwertsbreite und einer Ausgangsenergie von 150mJ. Er besitzt damit eine 10mal höhere Ausgangsleistung als das bisher verwendete Frontend der Firma CONTINUUM. Dessen Puls hat eine Länge von 15ns (FWHM) und eine Energie von ebenfalls 150 mJ bei gleicher Wellenlänge von 1064nm. Das neue NHELIX-Lasersystem liefert nun zwei unabhängige Laserpulse mit einer Wellenlänge von 1064nm und unterschiedlichen Pulslängen, die gleichzeitig betrieben und zeitlich gegeneinander bis auf theoretisch 1 ns genau verschoben werden können.Die Implementierung erforderte ein vollständig erneuertes Design der Strahlführung. Dazu wurden vorbereitende Simulationen der Strahlpropagation mit dem Simulationsprogramm MIRO durchgeführt, das der GSI im Rahmen einer Kooperation mit dem Forschungszentrum ”Laboratoire pour l‘Utilisation des Lasers Intenses“ (LULI) in Paris zu Verfügung gestellt wurde. Nach Abschluss der Planungsphase wurden die benötigten optischen und mechanischen Komponenten bestellt bzw. in Auftrag gegeben und begonnen, das neue System aufzubauen. Das neue Design enthält Elemente, die in dieser Art und Weise vorher noch nicht im System vorhanden waren. In diesem Zusammenhang sind ein Doppelpass sowie ein Dreifachpass mit den vorhandenen Nd-Glas Verstärkerstäben zu nennen und ein Strahlabschnitt, in dem die Strahlen beider Frontends gleichzeitig gemeinsam durch eine Verstärkerkette geführt werden. Es wurde hierzu notwendig, die Polarisation der Strahlen zu kontrollieren.In der folgenden Arbeit stellt ein ausführlicher einleitender Theorieteil alle verwendeten optischen Elemente vor. Daraufhin wird das neue Design beschrieben und auf die Besonderheiten des Systems eingegangen, sowie eine Charakterisierung der Laserstrahlen vorgestellt. Zum Abschluss wurde das Strahlverhalten in der Doppelpassverstärkung untersucht und die Veränderung des Verstärkungskoeffizienten des doppelt durchlaufenen Verstärkers mit dem einfachen Durchgang verglichen