Revolutionäres Lasersystem
Die derzeit verfügbaren Hochintensitätslaser liefern eine Stromleistung von einem Petawatt bei einer Rate von einem Laserimpuls pro Sekunde. Für praktische Anwendungen in der Hochenergiephysik werden jedoch Laserquellen mit höheren Wiederholungsraten und höherem Wirkungsgrad benötigt. Die Wissenschaftler haben dabei einen Betrieb bei einer Wiederholungsrate von 10 kHz vor Augen, bei welchem sich eine durchschnittliche Laserkraft von 100 kW erreichen ließe. Obwohl Faserlaser gut an Anwendungen mit hoher Durchschnittsleistung angepasst sind, erzeugen ultraschnelle Faserlaser aufgrund optischer Nichtlinearität nur sehr niedrige Energieimpulse. Wissenschaftler riefen das EU-finanzierte Projekt "International coherent amplification network" (ICAN) ins Leben, um den Wirkungsgrad, die Kontrollierbarkeit und die hohe Leistungskapazität von Faserlasern regeln zu können und so Hochenergieimpulsquellen mit hoher Wiederholungsrate erzeugen zu können. In einer Reihe von Konferenzen und Workshops wurde untersucht, wie die von tausenden Faserlasern ausgehenden Impulse zu einem kohärenten Ganzen verbunden werden könnten. Ein solches System sollte die nötige Leistung und den nötigen Wirkungsgrad erzielen, um eine große Zahl relativistischer Protonen im Millimeterbereich zu erzeugen. Ein Lasersystem für den Einsatz in der Hochenergiephysik muss sich aus tausenden Fasern zusammensetzen, von denen jede einen kleinen Teil der Laserenergie erzeugt. Ein solches System bringt den Vorteil mit sich, dass altbewährte Elemente der Telekommunikation zum Einsatz kommen. Durch den Einsatz von Laserdiodenpumpen lassen sich exzellente Wirkungsgrade erzielen. Um diese Art von Lasersystem weiter zu erforschen, beschäftigten sich die Wissenschaftler mit einer großen Bandbreite verschiedener Aspekte, die von wichtigen einschränkenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten bis hin zu möglichen Laserentwürfen reichten. Insbesondere erforschten sie den Wirkungsgrad sowie die durchschnittliche und maximale Leistungsfähigkeit eines optimal zusammengesetzten ultraschnellen Lasersystems. Des Weiteren wurde getestet, wie sich eine Reihe verschiedener Faserverstärker, sowohl auf die zeitliche wie auf die räumliche Abfolge bezogen, in verschiedener Kombination einsetzen lassen. Ebenso getestet wurde die Strahlenqualität zu verschiedener räumlicher und zeitlicher Ausdehnung. Ein Schwerpunkt lag auch auf der Verkürzung der Dauer eines Impulses und auf der Änderung der Impulsform. Zu den Projektendergebnissen zählte ein Umsetzungsplan sowie ein Fahrplan, in dem technische Hindernisse, Vorschläge zu deren Lösung und mögliche Produktionsverfahren thematisiert wurden, um so die internationale Beteiligung und Wahrnehmung zu fördern. Für die im Rahmen des Projekts ICAN entwickelte Technologie könnten sich weitere Einsatzmöglichkeiten eröffnen, etwa in der energiespezifischen Bestimmung von Isotopen in der bei der nuklearen Transmutation entstehenden Gammastrahlung oder in der nuklearen Pharmakologie und Protonentherapie.
Schlüsselbegriffe
Faserlaser, Teilchenbeschleuniger, Hochenergiephysik, Wiederholungsrate, Durchschnittsleistung, Laserdiode, Verstärker
