Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

1 Hebling János PTE Fizikai Intézet MTA-PTE Nagyintenzitású Terahertzes Kutatócsoport Nagyenergiájú terahertzes impulzusok alkalmazása.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1 Hebling János PTE Fizikai Intézet MTA-PTE Nagyintenzitású Terahertzes Kutatócsoport Nagyenergiájú terahertzes impulzusok alkalmazása."— Előadás másolata:

1 1 Hebling János PTE Fizikai Intézet MTA-PTE Nagyintenzitású Terahertzes Kutatócsoport Nagyenergiájú terahertzes impulzusok alkalmazása a szegedi ELI-ALPS-ban

2 2 Vázlat Mi az ELI és az ELI-ALPS? Milyen szerepe lehet a THz-es impulzusoknak az ELI-ALPS-ban? Lézerműködés elve, feltétele Néhány fontos fogalom, eljárás, eszköz Néhány lézer főbb tulajdonságai Lézerek alkalmazásai Különleges lézerek THz-es impulzusok tulajdonságai Nagy energiájú THz-es impulzusok előállítása döntött impulzusfrontú gerjesztéssel Extrém nagy energiájú THz-es impulzusok lehetséges alkalmazásai Extrém nagy energiájú THz-es impulzusok előállítása Nagy- és extrém nagy energiájú THz-es impulzusok az ELI-ALPS-ban

3 3 Mi az ELI? ELI: Extreme Light Infrastructure Európai Kutatási Infrastruktúrák Stratégiai Fóruma (ESFRI) ELI-ALPS: Attosecond Light Pulse Source, Szeged ELI Beamline Facility, Prága ELI Photonuclear Facility, Bukarest ELI: 200 PW csúcsteljesítményű lézerrendszer, helyszín később

4  ELI-ALPS: Attosecond Light Pulse Source of the Extreme Light Infrastructure (www.eli-alps.hu)www.eli-alps.hu  1 as = s  Construction phase: 2013 – 2017  Part of the pan-European ELI project, on the ESFRI roadmap  ≈ 60 MrdFt  Advanced primary and secondary radiation and particle sources Main research directions: 1.Laser development 2.Secondary source development 3.Valence electron science 4.Core electron science 5.Attosecond 4D imaging 6.Ultrafast plasma dynamics 7.Biomedical applications 8.Manipulation of matter by intense THz fields ELI-ALPS, Szeged

5 Az ELI-ALPS f ő lézerforrásai és alkalmazási területei

6 Az ELI-ALPS els ő dleges és másodlagos forrásai

7 Desired properties of THz pulses for applications at ELI-ALPS Application area Energy [µJ] Peak electric field [MV/cm] Frequency [THz] Waveform (single- or multi-cycle) Multispectral single-shot imaging – 30single Nonlinear THz spectroscopy1> 0.11 – 30single/multiple THz-assisted attosecond pulse generation up to (frequency dependent) 501 – 30single – 4multiple Investigations under the influence of extremely high THz fields 10 – – 100< 0.5 – 2single/multiple Manipulation and characterization of relativistic electron beams > 1001 – 40< 0.5 – 5single/multiple Post-acceleration of laser- generated proton beams – 5< 0.5single Conceptual Design Report of the High-Intensity THz Facility at ELI-ALPS

8 8 Hebling János PTE Fizikai Intézet A sokszínű lézer, nanowattól petawattig 50 éves a lézer!

9 9

10 10

11 11 LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation gerjesztés Fény er ő sítése Gyengítés, abszorpció Erősítés, kényszerített emisszió Lézerműködés

12 12 „Atomok” sugárzásos átmenetei abszorpció Planck 1900, Einstein 1905, 1916 spontán emisszió kényszerített emisszió

13 13 azonos terjedési irány azonos hullámhossz azonos fázis azonos polarizáció Eredmény: tökéletesen rendezett nyaláb (koherens nyaláb) Kényszerített emisszió tulajdonságai

14 14 Gauss nyaláb tulajdonságai

15 15 Q-kapcsolás Módus szinkrinizálás Fényvezető-szál Oszcillátor erősítő rendszer 0,5 – 50 ns 5 fs – 5 ps ELI-ALPS

16 16 Nyújtott impulzusú erősítés CPA D. StricklandG. Mourou

17 17 Összeg-frekvencia-, második harmonikus keltés Különbségi frekvencia keltés Optikai egyenirányítás, THz-es impulzus Optikai parametrikus erősítés (OPA) Optikai parametrikus oszcillátor (OPO) Nemlineáris optikai frekvencia átalakítás Különbségi frekvencia keltés Fázis/sebesség illesztés

18 18 Lézer típusok Rubin lézer: 694 nm (mélyvörös), 1 J, 1 ms, 1 kW, 5 ns, 0.2 GW (Q-kapcsolt) He-Ne lézer: 633 nm (vörös), folytonos, 1 mW Nd:YAG lézer: 1064 nm (infravörös), <1 mJ – 1 kJ, folytonos, 5 ns, 30 ps Ar-ion lézer: 514 nm (zöld), (kék, UV), folytonos, 20 W CO 2 lézer: 10,6  m (közepes infravörös), kW, folytonos, impulzus 100 ns Yb-fiber lézer: 1,03  m, folytonos, 1 kW, impulzus 100 fs, 30 W Ar 8+ lézer: 49 nm, 1 mJ, 1 ns Félvezető lézer: 1 ps, 1  W – 10 kW

19 19 Alkalmazások I. Lézeres mutató CD/DVD lejátszó Lézeres nyomtató, vonalkód leolvasó információtovábbítás fényvezető szálban, internet

20 20 Alkalmazások II. Anyagmegmunkálás - Vágás

21 21 Alkalmazások II. Anyagmegmunkálás – Lézeres m ű tárgytisztítás

22 22 Alkalmazások III. Orvosi, biológiai Lézer szike, általános sebészet, szemsebészet Lézeres szemkorrekció Fotódinamikus rákterápia Lézercsipesz

23 23 Alkalmazások III. Lézer csipesz kinesin

24 24 Alkalmazások III. Orvosi, biológiai Bőrgyógyászati kezelés (Pl. pikkelysömör KrF lézerrel) Lézeres szőrtelenítés, tetoválás eltávolítás Optikai koherens tomográfia, OCT

25 25 Alkalmazások IV. Pumpa – próba mérések. Időbeli fejlődés 5 fs feloldással! Lágy – röntgen impulzusok előállítása és alkalmazása, MHK, 100 as Elektron gyorsítás Proton, ion gyorsítás, hadron terápia

26 26 Hadron terápia Protonterápiás centrumDózis a mélység függvényében

27 27 Különleges lézerek HIPER ELI ELI atto

28 28 NIF National Ignition Facility HIPER: High Power laser Energy Research facility 5 ns, 250 kJ, 355 nm + 10 ps, 150 kJ, 1064 nm

29 29 Szabadelektron lézer I. M ű ködési elv SASE: Self-Amplified Spontaneous Emission N Phot. 4, 589 (2010)

30 30 Bekerülési költség: LCLS: 380 M$ Euro-XFEL: 850 MEUR Röntgen Szabadelektron lézer II. Felépítés

31 31 THz-es sugárzás, T-sugarak THz-es sugárzás

32 32 THz-es képalkotás Tárgyakon történő áthaladáson, vagy visszaverődésen alapul Fémek reflektálják, papír, műanyagok, ruházat nagymértékben átengedi a T-sugarakat transzmisszió reflexió Képek táskában, cipősarokban elrejtett tárgyakról optikai THz-es

33 33 K. Kawase et al: Opt. Express 11, 2549 (2003) MDMA, Metamfetamin, aszpirin Spektrális képalkotás

34 ~100 fs typical Hebling et al., Opt. Express, 2002 Sebesség illesztés döntött impulzusfrontú gerjesztéssel

35 35 Appl. Phys. Lett. 83, 3000 (2003), Appl. Phys. B 78, 593 (2004) Impulzus energia: 2.6  J Folt átmérő: <0.3 mm THz impulzus energia ( 77/300 K ): 400/100 pJ Csúcs térerősség: 7 kV/cm, a foton konverzió hatásfoka: 3.4 % Kísérleti eredmények

36 36 LN és ZnTe használatával keltett THz energiák összehasonlítása

37 37 A THz tartományon megfigyelt nemlineáris effektusok Önfázis-moduláció (n 2THz ~ 1000 n 2vis ) Második harmonikus keltés (kristályrács által megnövelt) Szabadelektron abszorpció telítődése (elektronok újrarendezése a vezetési sávban) A szabad töltéshordozók abszorpciójának megnövelése ütközéses ionizációval A szabad töltéshordozók abszorpciójának megnövelése a szennyezések ionizációjával Harmadik felharmonikus keltése szabad töltéshordozókkal

38 38 A THz-es forrás önfázis-modulációja LN-ban 10 K-en Hebling et al.: IEEE J. QE 14, 345 (2008)

39 39 Más csoportok mérései Hirori et al.: Phys. Rev. B 81, R (2010) Doi et al.: Opt. Express 18, (2010) THz free induction decay tirozinból Ogawa et al.: Appl. Phys. Lett. 97, (2010) Excitonok szén nanocsövekben Liu et al.: Appl. Phys. Lett. 97, (2010) Fotolumineszcencia kioltása THz-es impulzussal

40 40 MHK THz-es tér jelenlétében  Kombinált THz + IR terek  Megbontja az IR tér szimmetriáját Hong et al., Opt. Expr  Módosítja a MHK spektrumot  Modell számítások: kvantummech. Lewenstein, PRA 1994 Attoszekundumos impulzusok keltése K. Varjú (SZTE), G. Farkas (Wigner Fizikai KK, Budapest)

41 nm I IR = 2 × W cm -2 E IR = 388 MV/cm E THz = 0 … 40 MV/cm 800 nm MHK er ő s THz-es tér jelenlétében Attoszekundumos impulzusok keltése F. Junginger et al., Opt. Lett. 35, 2645 (2010): E THz = THz by OPA in GaSe, birefrigent PM Mind páros és páratlan harmonikusak  csak egy as impulzus gerjesztés periódusonként

42 42 Plettner et al.: Phys. Rev. Spec. Top. – Accel. and Beams 9, (2006) nyaláb eltérítés, fókuszálás and 12, (2009) Lézer meghajtású elektron gyorsítás vákuumban 1 GV/m = 10 MV/cm csúcs térerősséget igényel!

43 Pálfalvi et al., Phys. Rev. ST Accel. Beams, 2014 Tibai et al., EOS TST, → 56 MeV Monokromatizálási arány: 10 % Gyorsítás és monokromatizálás több fokozattal, 0,25 THz frekvencia Lézerrel keltett protoncsomagok gyorsítására Proton utógyorsítás THz-es impulzus evanescens terével

44 44 Nem-optimalizált Optimalizált  A rács képe párhuzamos a fronttal  A hosszabb fókusztávolságú lencse jobb Kontaktrács  Nincs oldalirányú méretkorlát Pálfalvi et al.: APL 92, (2008) THz nyalábprofilok Fülöp et al.: Opt. Expr. 18, (2010)

45 45 Gerjeszt ő impulzus szélesség és THz keltési hossz LiNbO 3 λ p = 800 nm F p = 5.1 mJ/cm 2 Ω pm = 1 THz GVD paraméter: Martinez et al., JOSA A, 1984 Hebling, Opt. Quantum Electron., 1996 anyagi diszperzió szögdiszperzió Impulzusfront d ő lés:

46 THz energia függése a pumpáló energiától (LiNbO3)

47 Desired properties of THz pulses for applications at ELI-ALPS Application area Energy [µJ] Peak electric field [MV/cm] Frequency [THz] Waveform (single- or multi-cycle) Multispectral single-shot imaging – 30single Nonlinear THz spectroscopy1> 0.11 – 30single/multiple THz-assisted attosecond pulse generation up to (frequency dependent) 501 – 30single – 4multiple Investigations under the influence of extremely high THz fields 10 – – 100< 0.5 – 2single/multiple Manipulation and characterization of relativistic electron beams > 1001 – 40< 0.5 – 5single/multiple Post-acceleration of laser- generated proton beams – 5< 0.5single Conceptual Design Report of the High-Intensity THz Facility at ELI-ALPS

48 48 Összefoglalás  Lézerek a mindennapi életünkben, iparban, gyógyításban, stb.  Félvezető dióda lézerek a leghatékonyabb elsődleges lézerek  Fényerősítés nemlineáris optikai módszerrel és (relativisztikus) szabadelektronokkal  Legrövidebb impulzusidő 5 fs, közvetetten (MHK) 100 as.  ELI-ALPS  PTE világelsőség a nagyenergiájú THz-es impulzus előállításban  THz az ELI-ALPS-ban (atto. előállítás, részecske gyorsítás


Letölteni ppt "1 Hebling János PTE Fizikai Intézet MTA-PTE Nagyintenzitású Terahertzes Kutatócsoport Nagyenergiájú terahertzes impulzusok alkalmazása."

Hasonló előadás


Google Hirdetések