nhelix - Hochenergielaser für die Plasmaphysik
Technischer Kontakt: Abel Blazevic
Der nhelix (Nanosekunden-Hochenergie-Laser für Schwerionenexperimente) Laser stellt ein zentrales Instrument am Z6-Messplatz dar. Als erster Hochenergielaser an der GSI wurde er mit dem Ziel konstruiert, Plasmen zu generieren, die anschließend einer Untersuchung durch den UNILAC-Ionenstrahl unterzogen werden.
Der nhelix-Laser basiert auf einem Dioden-gepumpte Nd:YLF-Frontend, das mit einer Wellenlänge von 1053 nm arbeitet. Im Anschluss an das Frontend folgt der Vorverstärker. Dieser besteht aus drei Verstärkerköpfen: einem 9 mm Nd:YLF Stab, einem 19 mm Nd:Glas Stab und einem 45 mm Nd:Glas Stab. Sämtliche Verstärkerköpfe werden mittels Blitzlampen gepumpt. Mit der Implementierung dieser Verstärkerkette können Energien am Ausgang des Vorverstärkers von bis zu 20 J in 7 ns und einer Repetitionsrate von einem Schuss alle zwei Minuten erreicht werden.
An den Vorverstärker schließt der Hauptverstärker an, der aus einem sechsfach durchlaufenen Scheibenverstärker mit einer freien Apertur von 300 mm besteht. Der neu designte Hauptverstärkerkopf verfügt über eine Wasserkühlung, wodurch sich die Repetitionsrate gegenüber einem ungekühlten Kopf deutlich steigern ließ – auf einen Schuss alle 30 Minuten. Die Energie am Ende des Hauptverstärkers beträgt bis zu 120 J in 7 ns bei einem Strahldurchmesser von 85 mm. Es besteht die Option, die Laserfrequenz zu verdoppeln, wodurch Energien von bis zu 60 J bei einer Wellenlänge von 527 nm möglich sind.
Mit diesem Lasersystem konnten bisher wichtige Ergebnisse für die Fusionsforschung im Bereich des Energieverlustes erzielt werden. Zudem hat es wesentliche Beiträge für die Raumfahrt und die Astrophysik relevante Experimente geliefert.
Parameter | Wert |
|---|---|
Pulslänge | 7 ns |
Repetitionsrate | 1 Schuss pro 30 Minuten |
Energie bei 1053 nm | 120 J |
Energie bei 527 nm | 60 J |
Blick auf das ns-Frontend "Powerlite 8000" der Firma Continuum und darauf folgende Einkopplung in die Strahlführung. Der Oszillator erzeugt einen Puls von 15 ns Halbwertsbreite und ca. 150 mJ Energie. Eine nachgeschaltete Pockelszelle erlaubt es, die Pulsdauer zwischen 4 ns und 15 ns mit einer definierten Anstiegs-/Abfallflanke von 3 ns einzustellen. Die Pulsrate für einen thermisch stabilen Betrieb des Oszillators beträgt 10 Hz.
Einkopplung der beiden Oszillatorstrahlen in die weitere Strahlführung sowie strahlformende Elemente und externe Pockelszelle.
Blick auf den optischen Tisch mit Doublepass-Verstärker, Triplepass-Verstärker sowie Laserstrahldiagnostik.
Blick von oben in die Targetkammer. Das Target befindet sich in der Mitte der Kammer (hell scheinender Fleck). Das Target kann zur gleichen Zeit von Phelix (von oben) und/oder nhelix (über Spiegel von oben oder unten) bestrahl werden, um ein Plasma zu erzeugen, von einem nhelix-Diagnostikstrahl vermessen werden (Laserineterferometrie) und vom Ionenstrahl (von unten) durchdrungen werden, um die Wechselwirkung von Ionen mit einem Plasma zu studieren.
