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Entwicklung, Aufbau und Charakterisierung eines …Data/Masterar... · 2017-01-24 · Microsoft...
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Entwicklung, Aufbau und Charakterisierung eines optischen, hoch- genauen Target-Positionierungssystems POLARIS, das weltweit leistungsstärkste, vollständig Dioden-gepumpte Hochleistungslasersystem, wird an der Universität Jena und dem Helmholtz- Institut Jena für Experimente in der relativistischen Plasma-Physik entwickelt und eingesetzt. Ultrakurze Laserpulse werden hierfür in verschiedenen Laserverstärkern auf hohe Energien verstärkt und anschließend unter Vakuumbedingungen auf eine sehr kleine Fläche fokussiert. Bei der Wechselwirkung solcher hochintensiven Laserpulse mit Materie entsteht ein Plasma, das wiederum mit dem Laserpuls wechselwirkt und somit die Basis der relativistischen Laser-Plasma Physik bildet. Über verschiedene physikalische Prozesse können Teilchen (Elektronen oder Ionen) auf relativistische Energien beschleunigt werden, und dann in einem zweiten Schritt für die Erzeugung von Sekundärstrahlung im UV- oder auch Röntgenbereich genutzt werden. Aufgrund der kleinen Fokusgröße (und der damit verbundenen kurzen Rayleigh-Länge) ist hierbei eine extrem genaue Positionierung des Targets von entscheidender Bedeutung. Eine Verschiebung des Targets um einige Mikrometer kann hierbei die experimentellen Bedingungen schon stark beeinflussen. Bei der Positionierung müssen ebenfalls die Target-Geometrie und die Oberflächenwelligkeit, sowie eine mögliche Verformung des Targets während des Experiments ermittelt und kompensiert werden. Ziel dieser Bachelor- oder Masterarbeit ist die Entwicklung einer automatisierten und extrem genauen Bestimmung der optimalen Target-Positionen, die im Experiment anschließend „per Knopfdruck“ angefahren werden können. Hierfür soll ein Laser-basierter optischer Aufbau das Target mit ausreichender Genauigkeit vermessen, damit anschließend die ebenfalls zu bestimmende optimale Target-Position automatisch angefahren werden kann. Voraussetzungen: Begeisterung an der Physik, Bereitschaft zu selbstständigem Arbeiten und zur Teamarbeit. Kontakt: Dr. Marco Hornung, Helmholtz-Institut Jena, Fröbelstieg 3 (Raum 302a), [email protected] 03641-947613 Sebastian Keppler, Institut für Optik und Quantenelektronik, Fröbelstieg 3 (Raum 301), [email protected] 03641-947206 Prof. Dr. Malte C. Kaluza, Institut für Optik und Quantenelektronik, Fröbelstieg 3 (Raum 304), [email protected] 03641-947280
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Entwicklung,AufbauundCharakterisierungeinesoptischen,hoch-genauenTarget-Positionierungssystems
POLARIS,dasweltweitleistungsstärkste,vollständigDioden-gepumpteHochleistungslasersystem,wirdanderUniversitätJenaunddemHelmholtz-InstitutJenafürExperimenteinderrelativistischenPlasma-Physikentwickeltundeingesetzt.UltrakurzeLaserpulsewerdenhierfürinverschiedenenLaserverstärkernaufhoheEnergienverstärktundanschließendunterVakuumbedingungenaufeinesehrkleineFlächefokussiert.BeiderWechselwirkungsolcherhochintensivenLaserpulsemitMaterieentstehteinPlasma,daswiederummitdemLaserpulswechselwirktundsomitdieBasisderrelativistischenLaser-PlasmaPhysikbildet.ÜberverschiedenephysikalischeProzessekönnenTeilchen(ElektronenoderIonen)aufrelativistischeEnergienbeschleunigtwerden,unddannineinemzweitenSchrittfürdieErzeugungvonSekundärstrahlungimUV-oderauchRöntgenbereichgenutztwerden.
AufgrundderkleinenFokusgröße(undderdamitverbundenenkurzenRayleigh-Länge)isthierbeieineextremgenauePositionierungdesTargetsvonentscheidenderBedeutung.EineVerschiebungdesTargetsumeinigeMikrometerkannhierbeidieexperimentellenBedingungenschonstarkbeeinflussen.BeiderPositionierungmüssenebenfallsdieTarget-GeometrieunddieOberflächenwelligkeit,sowieeinemöglicheVerformungdesTargetswährenddesExperimentsermitteltundkompensiertwerden.
ZieldieserBachelor-oderMasterarbeitistdieEntwicklungeinerautomatisiertenundextremgenauenBestimmungderoptimalenTarget-Positionen,dieimExperimentanschließend„perKnopfdruck“angefahrenwerdenkönnen.HierfürsolleinLaser-basierteroptischerAufbaudasTargetmitausreichenderGenauigkeitvermessen,damitanschließenddieebenfallszubestimmendeoptimaleTarget-Positionautomatischangefahrenwerdenkann.
Voraussetzungen:BegeisterunganderPhysik,BereitschaftzuselbstständigemArbeitenundzurTeamarbeit.Kontakt:Dr.MarcoHornung,Helmholtz-InstitutJena,Fröbelstieg3(Raum302a),[email protected],InstitutfürOptikundQuantenelektronik,Fröbelstieg3(Raum301),[email protected],InstitutfürOptikundQuantenelektronik,Fröbelstieg3(Raum304),[email protected]
Developmentandcharacterisationofanautomatedall-optical,high-precisiontargetpositioningsystem
POLARIS,thefullydiode-pumpedhigh-intensitylasersystem,whichcurrentlyreachesthehighestpeakpowersworldwide,isdevelopedforandusedinexperimentsonrelativisticlaser-plasmaphysicsattheuniversityofJenaandtheHelmholtz-InstituteJena.Inthissystem,ultra-shortlaserpulsesareamplifiedtohighenergiesinanumberoflaseramplifiersandthentightlyfocusedundervacuumconditionstoatinyfocalspot.Whensuchhigh-intensitylaserpulsesinteractwithmatter,aplasmaisgenerated,whichinturninteractswiththelaserpulsethusformingthebasisofrelativisticlaser-plasmaphysics.Differentphysicaleffectsoccurringundertheseconditionsareresponsiblefortheaccelerationofparticles(electronsorions)andforthegenerationofsecondaryradiationpulsesintheUVorX-rayrange.
Duetothesmallfocalspot(andhencetheshortRayleighlength),ahigh-precisionpositioningofthetargetisofcrucialimportance.Aninaccuracyofafewmicrometresofthepositioncansignificantlyaffecttheexperimentalconditions.Furthermore,thetargetgeometry,theinitialdeformationandsurfaceflatnessandalsothedeformationduringtheexperimenthavetobedeterminedand–ifnecessary–compensatedfor.
ThemaingoalofthisBachelor’sorMaster’sthesisisthedevelopmentofanautomatedandhigh-precisiondiagnosticforthemeasurementoftheoptimaltargetposition,towhichthetargetcanbemovedduringtheexperiment“on-demand”.Forthis,alaser-basedall-opticalsetupshouldautomaticallycharacterisethetargetandafterwardsmovethetargettotheoptimalposition.
Requirements:Enthusiasmforphysics,workingonyourownandinasmallteam.Contacts:Dr.MarcoHornung,Helmholtz-InstitutJena,Fröbelstieg3(Raum302a),[email protected],InstitutfürOptikundQuantenelektronik,Fröbelstieg3(Raum301),[email protected],InstitutfürOptikundQuantenelektronik,Fröbelstieg3(Raum304),[email protected]
