Projekt HiLASE: Nové lasery pro průmysl a výzkum
Tomáš Mocek Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
CZ.1.05/2.1.00/01.0027
Projekt HiLASE ● HiLASE = High average power pulsed LASErs ● Vybudování národní platformy pro vývoj pokročilých laserových technologií založených na diodovém čerpání (pevnolátkové, energetické, vysokorepetiční) ● Motivováno potřebami nové generace velkých laserových zařízení, nutnost prototypování komerčně nedostupných technologií, testování koncepcí
● Potenciál pro nové průmyslové aplikace pulzních repetičních laserů s vysokým průměrným výkonem, poskytování smluvního výzkumu a beamtime ● Realizační fáze:
09/2011 - 08/2015 (OP VaVpI), 800 mil. Kč
● Provozní fáze:
fin. udržitelnost (inst./granty/smluvní výzkum)
High-energy DPSSL facilities & projects
Research Programme 1
Development of multi-J, kW class thin-disk laser system (L1)
Concept of kW-class thin-disk DPSSL Beam Line-A
Beam Line-B
Beam Line-C
Oscillator
Oscillator
Oscillator
Pulse stretcher
Pulse stretcher
Pulse stretcher
HERA
Regenerative amplifier
Regenerative amplifier
40 nJ, 20 ps (30 nm FWHM) Reflection gratings pulse stretcher 29 nJ, 0.5 ns
Booster amplifier
Ring amplifier
Pulse compressor
Pulse compressor
1.5 J, 1-2 ps, 1 kHz
0.5 J, 1-2 ps, 1 kHz
Sub-contract
Yb doped fiber osc.
Pulse compressor 5 mJ, 1-2ps, 100 kHz
Regenerative amplifier (2 disks,1-kHz) 130 mJ, 0.5 ns
In-house development
Reflection grating-pair pulse compressor
100 mJ, 1-2ps, 1 kHz
Strategy for prototyping Beamlines B&C Analysis by simulations Exploring improvements
Comparison width numerical model
Evaluation of thin disk deformation ,gain (ASE) etc.
60 50 40 30 20 10 0.4
200 150
0.3
High energy regen (HERA) Large mode area ring amplifier Multi-pass amplifier
100
0.2 50
0.1 0
0
Applications using high energy ps laser pulses
Zero-phonon line double thin-disk HERA
L1 implementation
Research Programme 2
Development of 100 J / 10 Hz cryogenically cooled multi-slab DPSSL system scalable to kJ level (L2)
Cooling options for 100J-class lasers
Concept of 100 J multi-slab DPSSL
2 x 50 J
10 J + 100 J
L2 implementation
Location of laser systems
Research Programme 3
Development of high-tech industrial and scientific applications
Pre-pulse Laser for High Volume Machine EUV/BEUV Lithography
• • • • •
DPSSL 5 mJ 100 kHz (500 W) <100 ps HiLASE L1-C
6.X nm Beyond EUV Source
ArF laser @ 193 nm
Sn plasma & Mo/Si @ 13.5 nm ?&? @ ? nm
• • • • •
DPSSL 100-500 mJ 1 kHz (100-500 W) 1-100 ps HiLASE L1-B
Laser Induced Damage Threshold station
According to ISO 21254-1
• • • •
DPSSL 1.5 J, 1 kHz (1.5 kW) 100 J, 10 Hz (1 kW) HiLASE L1-A & L2
Laser Shock Peening
Laser Processing station
• • • •
DPSSL 1.5 J, 1 kHz (1.5 kW) 100 J, 10 Hz (1 kW) HiLASE L1-A & L2
Experimental halls for RP-3
Laser laboratory layout
Class 10 000 (ISO 7)
RP1
RP2
20 m
10 m
HiLASE infrastructure layout
Distribution system of laser beams
Project timeline 09/2011
Project start
2012 – 2013
Construction of new building (18 months)
Q1/2014
Relocation from Prague
2011 – Q1/2015
Research, development & installation of the laser systems
Q2/2015
Commissioning
09/2015
Operational phase
Status of construction
26 km from IoP Prague SDG
Finished: - demolitions - land preparation - arch. survey
Site area for HiLASE facility - 8 535 m2
HiLASE team PM
T. Mocek
RP-1
A. Endo, T. Miura, M. Smrž, M. Chyla, P. Severová
RP-2
A. Lucianetti, M. Divoký, O. Slezák, M. Sawicka, P. Sikocinski, V. Jambunathan, J. Pilař
RP-3
J. Vanda, L. Gemini, R. Švábek, V. Kmetík
Technical sup.
M. Řeháková, V. Červenka, L. Švandrlík, H. Vohníková, J. Kadlec
Admin. sup.
L. Masopust, I. Vrbová, J. Svojšová, V. Svoboda, M. Vanková, J. Kavanová, J. Černý, T. Tůma
05/2012 08/2015
30 staff (22 R&D + 8 Adm.) 55 FTE
Currently, 50% of R&D staff are from abroad.
HiLASE team: 03/2012
Možnosti spolupráce ● Forma: studentské práce (rešeršní/ročníková práce, výzkumný úkol, bakalářská práce, diplomová práce, disertační práce), miniprojekty (DPP, DPČ), částečné ůvazky možné (preferováno je dlouhodobé zapojení do výzkumu a vývoje vlastních laserů), stipendia pro zahr. studenty žádoucí (nutná výuka v AJ) ● Podmínky: řízení a kontrola úkolů v gesci HiLASE (kontaktní osoba), respektování pravidel MŠMT (time-sheet, progress report), v rámci řešení miniprojektů a společných experimentů lze zapůjčit přístroje a poskytnout spotřební materiál, společné publikace/patenty, mlčenlivost (!) ● Specializace: laserová fyzika a technika, aplikace přírodních věd, fyzikální elektronika, experimentální fyzika plazmatu, optoelektronika, mechatronika, optika, řídící systémy
Příklady témat spolupráce - 1 ● Návrh modelu pro studium chlazení multi-slabového zesilovače (FJFI) ● Charakterizace optických vad multi-slabového laserového řetězce (FJFI) ● Numerická charakterizace tenkodiskového víceprůchodového zesilovače s výkonem v oblasti 1 kW (FJFI)
● Optimalizace kvality svazku tenkodiskového laserového zesilovače (FJFI) Průběžně aktualizováno…
Příklady témat spolupráce - 2 ● Řídící systém distribuce laserových svazků (FSI/FEL)
Příklady témat spolupráce - 3 ● Systém na bázi LabView pro lokální řízení vakua, ovládání terčů, optiky a rezidentních diagnostik (FSI/FEL)
Příklady témat spolupráce - 4 ● Nové metody (nanotubes ?) pro lokální tlumení vibrací kritických optických prvků a vakuových pump (FSI)
Další příklady témat… ● Simulace generování skupiny impulsů pomocí hradlových polí FPGA (FEL) ● Simulace a optimalizace EM polí (FEL) ● Simulace reálných elektronických obvodů (FEL) ● Sledování “výrobních” procesů v centru HiLASE (FEL) ● Sledování čistoty laserových laboratoří (FS, FSI, FEL) ● Vyhodnocování kvality laserových svazků v reálném čase (10 Hz, 1 kHz, 100 kHz) metodou hradlových polí (FEL)
Kontakt
www.hilase.cz
