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),marco.hornung@uni-jena.de03641-947613SebastianKeppler,InstitutfürOptikundQuantenelektronik,Fröbelstieg3(Raum301),sebastian.keppler@uni-jena.de03641-947206Prof.Dr.MalteC.Kaluza,InstitutfürOptikundQuantenelektronik,Fröbelstieg3(Raum304),malte.kaluza@uni-jena.de03641-947280

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),marco.hornung@uni-jena.de03641-947613SebastianKeppler,InstitutfürOptikundQuantenelektronik,Fröbelstieg3(Raum301),sebastian.keppler@uni-jena.de03641-947206Prof.Dr.MalteC.Kaluza,InstitutfürOptikundQuantenelektronik,Fröbelstieg3(Raum304),malte.kaluza@uni-jena.de03641-947280