Kutatóegyetemi 1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens
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
Lézer múltja kényszerített emisszió 1917 1960
Lézerfizika Szegeden 1966 Ketskeméty István Bor Zsolt, Szabó Gábor, Rácz Béla, Szatmári Sándor,... 2012-ben: szuperlézer alprogram
Lézertechnológia fejlődése impulzushossz rövidülése 10-11 s 10 ps 1 ps időben koncentrált 100 fs 10 fs 10-15 s 1 fs 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Time 100 as
Mennyi egy femto/attoszekundum? a fény 1 s alatt 300 000 km-t 1 fs alatt 0,3 m-t tesz meg 200 fs szem fényreceptorának kémiai folyamata 300 fs I 2 molekula vibrációjának periódusideje 1fs 10 1as 10 elektron Bohr modell T orbit ~ 150 as 15 18 s s hajszál 60 m 200 fs lyuk-migráció ~ 1 fs He atom 1 Å 0,3 as
Idő fagyasztási technikák mechanikus zár: ms elektronikusan szinkronizált vaku: s-ns 1878 E. Muybridge lézeres pumpa-próba: ps fs as 1937 H.E. Edgerton A. Zewail, 1999
Rövid impulzus: nagy teljesítmény energia koncentráció P Paks: 4 465 MW = 1,86 GW E t 10-3 s 5 10-15 s átlag teljesítmény 1000 E P 1s E 5 mj 5 fs 5 W ELI szuperlézer : 1 EW E P 10 12 W 1TW csúcs teljesítmény x500
Csúcs intenzitás teljesítmény-sűrűség I P A 16 W I 10 2 cm atomi Coulomb-tér
Nagy intenzitású lézerimpulzusok alkalmazásai Lézerrel begyújtott fúzió sűrít begyújt
Nagy intenzitású lézerimpulzusok alkalmazásai Lézer-indukált részecske-gyorsítás elektron proton
Nagy intenzitású lézerimpulzusok alkalmazásai Röntgen-forrás: térbeli és időbeli felbontás hagyományos fehérje struktúrális vizsgálata röntgen-krisztallográfia lézeres fehérje diszintegrációja időben követve
Attoszekundumos (10-18 s) impulzusok Lézer elven kelthető legrövidebb impulzus: 3,8 fs. DE a nagy intenzitású, femtoszekundumos lézerimpulzus felhasználható attoszekundumos impulzusok keltésére. XUV-röntgen 8 fs ~100 as
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
Lézerimpulzus kontrasztja intenzitás 1 10-2 lézer impulzus 10-4 10 8 10-6 10-8 zaj idő kontraszt növelése: a céltárgy túlélje az előimpulzust
A vivő-burkoló fázis mérése, stabilizálása
Optikai elemek roncsolódásának monitorozása használhatatlan lézernyaláb sérült tükör többi optikai elem roncsolódása
KrF erősítő lánc kontrasztjának növelése Kísérleti elrendezés A nemlineáris plazmaszűrő tulajdonságai: időbeli kontraszt jelentős javulása, nyaláb kisimítás (térbeli szűrés), hullámhossztól független működés.
Optikai rácsok készítése átlátszó vékonyrétegekbe Eredmények:
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
Ion (hadron) -terápia foton proton Lézer-indukált részecske-gyorsítás
Nem invazív optikai módszerek: laser speckle A szórt koherens lézerfény interferenciája lehetővé teszi, hogy a kontraszt csökkenéséből a szóró részecskék sebességére következtessünk.