FEL-Lasing erstmals unter 170 Nanometer mit Optiken vom LZH

This storage ring free-electron laser from Triangle University Nuclear Laboratory enabled sub-170 nanometer lasing with LZH optics.
Image: Triangle University Nuclear Laboratory

Bisher erreichten Oszillator-Freie-Elektronenlaser nur Ausgangswellenlängen bis zu 176,4 Nanometer. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist es nun gelungen, Optiken herzustellen, mit denen Physiker der Duke University, USA, erstmalig erfolgreich Wellenlängen unterhalb von 170 Nanometer erzeugt haben.

Eingesetzt werden die vom LZH beschichteten Resonatorspiegel im Speicherring-Freien-Elektronen-Laser (FEL) des Triangle University Nuclear Laboratory (TUNL). Die hochreflektierenden Spiegel sind die limitierende Komponente, um mit Laseroszillatoren noch kürzere Wellenlängen zu erreichen. Daher eröffnen die neuentwickelten Optiken neue Möglichkeiten für die Forschung in der Physik.

Fluorid-basiertes Mehrschichtsystem

Die Resonatorspiegel sind strahlungsresistent, thermisch und mechanisch stabil. Das LZH hat für die Spiegel ein fluorid-basiertes Mehrschichtsystem entwickelt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler optimierten dafür mehrere Dünnschichttechniken, um sowohl die hochdichten Beschichtungen als auch schützende Deckschichten herzustellen.

Den Forschenden an der Duke University/TUNL ist es mit den LaF3/MgF2-Optiken gelungen sehr stabil und reproduzierbar Laserstrahlen von 168,6 Nanometer bis zu 179,7 Nanometer zu generieren. Diese Bandbreite basiert auf der hohen Verstärkung von über 22 Prozent des FEL. Dem Team der Duke University ist es dadurch erstmalig gelungen, an der High Intensity Gamma-ray Source (HIGS), die vom FEL getrieben wird, 120 MeV Gammastrahlung zu erzeugen.

Das HIGS ist eine Forschungseinrichtung, mit der intensive, polarisierte und nahezu monochromatische Gammastrahlung von 1 MeV bis zu 120 MeV erzeugt werden kann. Diese Compton-Gammastrahlenanlage von Weltrang wird in der Materialforschung, Kernphysik und Beschleunigerphysik eingesetzt.

Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Als unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut steht das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) für innovative Forschung, Entwicklung und Beratung. Das durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung geförderte LZH widmet sich der selbstlosen Förderung der angewandten Forschung auf dem Gebiet der Photonik und Lasertechnologie. 1986 gegründet arbeiten inzwischen fast 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am LZH.

Der Fokus des LZH liegt auf den Bereichen Optische Komponenten und Systeme, Optische Produktionstechnologien und Biomedizinische Photonik. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Maschinenbauern ermöglicht innovative Ansätze für Herausforderungen verschiedenster Bereiche: von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizintechnik oder den Leichtbau im Automobilsektor. 18 Ausgründungen sind bis heute aus dem LZH hervorgegangen. Das LZH schafft so einen starken Transfer zwischen grundlagenorientierter Wissenschaft, anwendungsnaher Forschung und Industrie.

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https://www.lzh.de/de/publikationen/pressemitteilungen/2021/fel-lasing-erstmals-unter-170-nanometer-mit-optiken-vom-lzh

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Lena Bennefeld Kommunikation
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