Kutatóegyetemi Kiválósági Központ
1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Lézer = speciális fény •koherens (fázisban) •kicsi a divergenciája (irányított) •jól fókuszálható (térben koncentrálható) •rövid impulzusok formájában (időben koncentrálható)
mW teljesítményű lézerrel pilóták szemébe világítani bűncselekmény a teremben több száz Watt fényteljesítmény van, de nem féltjük a szemünket
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Lézer múltja
kényszerített emisszió
1917
1960
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Lézerfizika Szegeden •1966 Ketskeméty István •Bor Zsolt, Szabó Gábor, Rácz Béla, Szatmári Sándor, ...
•2012-ben: szuperlézer alprogram
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Lézertechnológia fejlődése – impulzushossz rövidülése 10-11 s
10 ps
1 ps
100 fs
időben koncentrált
10 fs
10-15 s
1 fs 1970
1975
1980
1985
Time 100 as
1990
1995
2000
2005
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Mennyi egy femto/attoszekundum? a fény 1 s alatt 300 000 km-t 1 fs alatt 0,3 m-t tesz meg
hajszál 60 m 200 fs
200 fs szem fényreceptorának kémiai folyamata
elektron
300 fs I2 molekula vibrációjának periódusideje
Bohr modell Torbit ~ 150 as
He atom 1Å 0,3 as
lyuk-migráció ~ 1 fs
1 fs 1015 s 1 as 1018 s
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Idő „fagyasztási” technikák
elektronikusan szinkronizált
mechanikus zár: ms
vaku: s-ns
1878 E. Muybridge lézeres pumpa-próba: ps – fs – as
A. Zewail, 1999
1937 H.E. Edgerton
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Rövid impulzus: nagy teljesítmény energia koncentráció P
Paks: 4 × 465 MW = 1,86 GW
ELI „szuperlézer”: 1 EW
E t
10-3 s
E 5 mJ
5×10-15 s
5 fs átlag P teljesítmény
P
E
1000 E 5W 1s
1012 W 1TW
csúcs teljesítmény
x500
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Csúcs intenzitás teljesítmény-sűrűség
I
P A
I 1016
W cm 2
atomi Coulomb-tér
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Nagy intenzitású lézerimpulzusok alkalmazásai Lézerrel begyújtott fúzió
sűrít
begyújt
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Nagy intenzitású lézerimpulzusok alkalmazásai Lézer-indukált részecske-gyorsítás
elektron
proton
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Nagy intenzitású lézerimpulzusok alkalmazásai Röntgen-forrás: térbeli és időbeli felbontás hagyományos
lézeres
fehérje struktúrális vizsgálata – röntgen-krisztallográfia
fehérje diszintegrációja – időben követve
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Attoszekundumos (10-18s) impulzusok Lézer elven kelthető legrövidebb impulzus: 3,8 fs. DE a nagy intenzitású, femtoszekundumos lézerimpulzus felhasználható attoszekundumos impulzusok keltésére.
8 fs
XUV-röntgen
~100 as
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Az alprogram kutatási témái 1. Az ELI lézerhez kapcsolódó diagnosztikai módszerek kutatása: 1.1 Ultranagy intenzitású lézerimpulzusok spektrális fázisának, szögdiszperziójának és kontrasztjának mérése. 1.2 Optikai elemek megelőző monitoring rendszerének kialakítása
2. Lézerimpulzusok alkalmazása: 2.1 Lágy-röntgen fényimpulzusok időbeli és spektrális fázisának mérése 2.2 Időben és térben bontott ultragyors spektroszkópia anyagtudományi és biológiai vizsgálatokra 2.3 Lézerek anyagtudományi alkalmazásának elméleti és kísérleti vizsgálata (Kémikus TanszékCsop.)
3. Atomi rendszerek kvantumos viselkedése erős lézertérben: 3.1 Félklasszikus és relativisztikus modellek alkalmazása az elektronemisszióra 3.2 Elektronemisszióra vonatkozó kvantummechanikai módszerek kidolgozása
4. Nagy intenzitású, rövid impulzusú KrF lézer erősítők fejlesztése: 4.1 Kisüléssel gerjesztett erősítők kutatása-fejlesztése 4.2 KrF erősítő lánc kontrasztjának növelése
5. Lézerek és másodl. sugárforrások orvosi alkalmazásai, hadronterápia: (ÁOK) 5.1 Másodlagos sugárforrásokon alapuló diagnosztikai és terápiás eljárások kidolgozása, hadronok biológiai hatásainak in vivo és vitro vizsgálata 5.2 Nem invazív optikai módszerek fejlesztése
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Lézerimpulzus kontrasztja intenzitás 1
lézer impulzus
10-2
10-4
108
10-6
10-8
zaj idő
kontraszt növelése: a céltárgy „túlélje” az előimpulzust
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ A vivő-burkoló fázis
mérése, stabilizálása
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Optikai elemek roncsolódásának monitorozása
használhatatlan lézernyaláb
sérült tükör többi optikai elem roncsolódása
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ KrF erősítő lánc kontrasztjának növelése Kísérleti elrendezés
A nemlineáris plazmaszűrő tulajdonságai: időbeli kontraszt jelentős javulása, nyaláb „kisimítás” (térbeli szűrés), hullámhossztól független működés.
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Optikai rácsok készítése átlátszó vékonyrétegekbe
Eredmények:
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Atomi rendszerek kvantumos viselkedése erős lézertérben Elektromos kapcsolás: lézerrel létrehozott áramlökés két fémréteg közé helyezett vékony (1 μm) szigetelőben Fényimpulzus által létrehozott és mozgatott elektronhullám mozgása 10-15 s-os skálán
Atomról erős lézerimpulzussal leszakított, majd a a keletkező ionhoz visszatérített elektron és az ion mozgásának kvantumos korrelációja Az elektron valószínűségi kvantum-állapotát leíró függvény kontúrvonalai: vízszintesen az elektron helye, függőlegesen a sebessége függvényében
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Ion (hadron) -terápia foton
proton
Lézer-indukált részecske-gyorsítás
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ Nem invazív optikai módszerek: laser speckle
A szórt koherens lézerfény interferenciája lehetővé teszi, hogy a kontraszt csökkenéséből a szóró részecskék sebességére következtessünk.
Kutatóegyetemi Kiválósági Központ
