Aktuelle Ausschreibungen

Studentische Aushilfskraft (d/m/w) PHELIX

 

 

Stellenangebote und Themen für Bachelor-/Master-Arbeiten

PhD Positionen

At the Institute LP2IB, 19 Chemin du Solarium, F-33170 Gradignan, France a position is open in the research unit "Sciences Physiques et de l'Ingénieur (SPI)"and available now for a:

Research Assistant (all genders)

The position has a limited duration of three years from the start date.

Laser plasma acceleration of ions and electrons attracts remarkable attention to drive novel types of applications thanks to the unique properties of the accelerated particle beams. The arrival of high-power, high-repetition rate lasers will unlock a multitude of applications (radioisotope production, new generation of radiography, material analysis …) so far limited by the low rate of one shot per hour. This is why efforts must continue to develop particle sources so that they can be used at a higher repetition rate, particularly using gaseous targets.  Fundamental research into innovative mechanisms for accelerating electrons and ions from gaseous targets must be carried out in order to increase the average current delivered by these sources. This PhD work will include experimental studies on resources in Bordeaux and on PHELIX high-intensity laser facility at GSI in Darmstadt, as well as numerical modelling (hydrodynamic and Particle-in-cell simulations) and the development of on-line diagnostics to produce and characterize these promising sources.

Your tasks:

The tasks of the candidate include the design and planning of the experiment and its realization. A first experiment in planned for 2024 at PHELIX. Other experiments in an international context are also envisioned. In addition, the analysis of the experimental data and the comparison with simulation should be part of the project.

In addition, an active participation of the candidate to teaching activities is expected.

The main objective of the PhD student will be to complete the analysis and interpretation of the previous experiment on the LPA of ions carried out in 2022 by the Bordeaux team and to prepare, run, analyze and interpret the future experimental campaigns of LPA of electrons on the PHELIX/GSI laser facility. Study of particle beam diagnostics working at HHR and compatible with high intensity laser environments will also be part of the PhD work. Finally, in order to interpret the experimental results, the PhD student will run and analyses Hydrodynamics and PIC simulations with the expert plasma physicists from CELIA lab at Bordeaux and GSI at Darmstadt.

Candidates must be interested in experimental physics, instrumentation and simulations (GEANT4, SRIM, SMILEI, etc.) to design, carry out and interpret experiments in national and international laser facilities and particle accelerators. The candidate will spend part of the thesis in Darmstadt and the other part in Bordeaux. The thesis will lead to a double diploma from the University of Bordeaux and the TU-Darmstadt.

Applications should be sent electronically as a PDF file with the usual documents to: medhi.tarisien(at)u-bordeaux.fr.

Themen für Bachelor-/Master-Arbeiten

Masterarbeit

Motivation:


Für Experimente im Bereich der Materie mit hoher Energiedichte wird häufig eine Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle eingesetzt, um den Zustand der Materie zu detektieren. Diese Strahlung, bevorzugt mit einer kurzen Dauer und hoher Intensität, kann über hochenergetische Elektronen erzeugt werden. Ein Mechanismus zum Beschleunigen von Elektronen mittels eines Hoch-Intensität-Lasers ist die sogenannte „Self-Modulated Laser-Wakefield Acceleration“ (SM-LWFA), welche Targets mit einer relativ niedrigen Elektronendichte im Bereich von 1018 – 1019 cm-3 benötigt, allerdings mit einer großen räumlichen Ausdehnung im Bereich von mehreren Millimetern. Um ein solches Target, mit einem kontrollierbaren Dichteprofil, zu realisieren eignet sich ein sogenannter Gas-Jet, welcher über eine gepulste Düse, bei einem relativ hohen Druck bis zu 100 bar, erzeugt wird. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau, die Charakterisierung und die Inbetriebnahme eines solchen Gas-Jets für ein geplantes Experiment am Hochenergielaser PHELIX.

Aufgaben:

  • Aufbau eines Gas-Jets für Laser-Plasma-Beschleunigungs-Experimente
  • Aufbau eines Teststandes zur Charakterisierung der Eigenschaften des Gas-Jets
  • Charakterisierung des Gas-System Parameter mittels Interferometrie
  • Auswertung der Daten und Bestimmung der Systemparameter um bestimmte Eigenschaften des Gas-Jets zu erreichen
  • Inbetriebnahme des Gas-Jets während einer Experimentzeit an PHELIX

Ziele:

  • Charakterisierung des Gas-Jets
  • Inbetriebnahme während einer Strahlzeit im März 2025

Nützliche Vorkenntnisse:

  • Grundlagen Optik
  • Programmierkenntnisse (Python, LabView)
  • Erfahrung mit Gas-Systemen

Literatur:

  • J. Nejdl et al., Rev. Sci. Instrum. 1 June 2019; 90 (6): 065107. doi.org/10.1063/1.5098084
  • N Lemos et al.,Plasma Phys. Control. Fusion58 034018, DOI 10.1088/0741-3335/58/3/034018

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de und j.hornung(at)gsi.de

Masterarbeit

Motivation:

Das bisherige Frontend des PHELIX Lasers an der GSI nutzt zur Vorverstärkung ein auf Titan-Saphir (Ti:Sa) bestehendes Verstärkermodul um die Pulse vor der Einkopplung in die Hochenergieverstärkerkette auf Energien im Bereich von 20 mJ zu bringen. Obwohl Ti:Sa die dafür notwendige Verstärkungsbandbreite aufweist, ist die Nutzung bei der PHELIX Wellenlänge (1054 nm) weit entfernt vom Ti:Sa Optimum und deshalb weniger effizient. Des Weiteren verlangt die Nutzung von Ti:Sa einen Pumplaser, der energetische Pulse in kurzer Zeit bei einer Wellenlänge von um die 532 nm produziert, was die Nutzung effizienter Pumpsystem wie Laserdioden erschwert. Der Umstieg auf ein neuartigeres Lasermaterial, wie z.B. Ytterbium:CALGO, mit längerer Lebensdauer, breiter Emission um 1050 nm, und Absorption in einem Bereich der von Laserdioden abgedeckt wird, erhöht die Effizienz. Durch die Nutzung von Laserdioden wird außerdem eine Erhöhung der Energiestabilität erwartet.

Aufgaben:

  • Design des Systems (Analytische Abschätzungen, Technische Zeichnungen)
  • Simulation des Systems / Abschätzung der Performance in Bezug auf die Verstärkungsbandbreite und Ausgangsenergie
  • Aufbau des Systems im Labor und Inbetriebnahme

Ziele:

  • Design und Aufbau eines Verstärkermoduls auf Basis von Yb:CALGO
  • Aufbau und Charakterisierung des Systems

Nützliche Vorkenntnisse / Voraussetzungen:

  • Optik
  • Grundlagen von Lasern / optischen Kavitäten
  • Programmierkenntnisse zur Simulation und Analyse von Daten (z.B. Python, Matlab…)

Literatur:

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de und y.zobus(at)gsi.de

Bachelor- oder Masterarbeit

Motivation:

Um die Wechselwirkung eines intensiven Laserstrahls mit Materie besser zu verstehen ist es notwendig die zugehörigen Parameter des Lasersystems genau zu kennen. Dazu gehört insbesondere eine Messung des zeitlichen Laserpuls-Profils. Als mögliche Methode für solche Charakterisierungen hat sich das Verfahren des „Frequency Resolved Optical Gating“ (FROG) bewährt, welches in der Lage ist sowohl die zeitliche Einhüllende des Pulses, als auch die zugehörige zeitliche Phase aus einer gemessenen „FROG-Spur“ zu bestimmen. Nach der Messung kann die zeitliche Pulsform mit Hilfe eines „Acousto-Optic Programmable Dispersive Filter“ (AOPDF) optimiert werden. Ziel des ersten Teils dieser Arbeit ist es daher einen FROG zu planen, für das PHELIX System aufzubauen und damit den zeitlichen Laserpuls zu Vermessen und zu Optimieren.

Diese Messungen werden allerdings durch Strahlaberrationen und die Kopplung zwischen räumlichen-zeitlichen Effekten erschwert, welche in großen Lasersystemen typischerweise auftreten. Daher ist das Ziel des zweiten Teils dieser Arbeit im bestehenden Rekonstruktionsalgorithmus genau solche Effekte zu berücksichtigen und potentiell zu optimieren.

Aufgaben B.Sc.:

  • Planung und Aufbau des FROG Systems
  • Kalibrierung des Systems durch Bild-Auswertung
  • Einbau und Test am PHELIX System
  • Optimierung des Laserpulses in einer Regelschleife

Zusätzliche Aufgaben M.Sc.:

  • Erweiterung des bestehenden Rekonstruktionsalgorithmus unter Berücksichtigung von räumlich-spektralen Effekten
  • Aufbau eines Test-Systems und Test des neuen Algorithmus mit kontrollierten räumlich-spektralen Effekten und Vergleich mit dem erwarteten Verhalten
  • Untersuchung der Auswirkung von Strahlaberrationen auf die Pulsmessung und Pulsrekonstruktion

Ziele:

  • Design, Aufbau und Kalibrierung eines FROGs
  • Implementierung im System
  • Erweiterung und Test des Rekonstruktionsalgorithmus

Nützliche Kenntnisse / Voraussetzungen:

  • Optik und nichtlineare Effekte
  • Programmierkenntnisse (LabVIEW, MATLAB oder Python von Vorteil)

Literatur:

  • D. J. Kane and R. Trebino, "Characterization of arbitrary femtosecond pulses using frequency-resolved optical gating," in IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 29, no. 2, pp. 571-579, Feb (1993)
  • S. Akturk, M. Kimmel, P. O’Shea, and R. Trebino, "Measuring spatial chirp in ultrashort pulses using single-shot Frequency-Resolved Optical Gating," Opt. Express 11, 68-78 (2003)

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de und j.hornung(at)gsi.de

Masterarbeit

Motivation:

Für die Erzeugung ultraintensiver Laserpulse ist eine makellose Strahlqualität erforderlich. Optische Defekte oder fehlerhafte Justage können jedoch schnell Fehler im Strahl einführen, die sich nicht im Nachhinein korrigieren lassen – daher sind verlässliche Messmethoden unerlässlich!

Die Vermessung von frequenzabhängigen Strahlfehlern, sog. “chromatische Aberrationen” ist auch heute noch sehr aufwändig. In diesem Projekt soll das geändert werden: Hier sollen etablierte Techniken zur Wellenfrontmessung und zur spektralen Bildgebung kombiniert werden, um erstmals ein kompaktes und robustes “plug-and-play” Messgerät zu konzipieren.

 

Aufgabenbeschreibung:

  • Sensorcharakterisierung im Labor
  • Programmierung von Live-Bildauswertungen (LabVIEW)
  • Design, Simulation und Aufbau einer optischen Testbank
  • Laborarbeit am Apollon Laser System in Frankreich

Ziele:

  • Kalibrierung einer multispektralen Kamera
  • Aufbau eines Spektralen Wellenfrontsensors
  • Test des Sensors am Apollon Laser System

 

Voraussetzungen:

  • Bacherlorarbeit mit Optikbezug
  • Erfahrung im Programmieren
  • Besuch der Vorlesung “Spektroskopie”
  • Fließendes Englisch

Literatur:

Bachelor-/Masterarbeit

Motivation:

Obwohl Gaußförmige Strahlen hervorragende Eigenschaften für den Strahltransport haben, ist es in Hochenergielasersystemen üblich eine gleichmäßige räumliche Energieverteilung, ein sogenannte flat-top Strahl, zu nutzen. Das hat den Vorteil, dass z.B. Zerstörschwellen von Optiken erst bei höheren Energien erreicht werden und somit dieser Parameter maximiert werden kann. Eine weitere Anwendung ist die Nutzung eines solchen Strahlprofils für den Pumpstrahl eines optisch-parametrischen Verstärkers. Damit kann ein homogenerer Verstärkungsfaktor über das gesamte Strahlprofil erreicht werden was auch zu einer höheren Effizienz der Verstärkung führt.

Aufgaben:

  • Design eines strahlformenden Teleskops mit den Kriterien:
    • Design eines optischen Systems zur Umwandlung von Gaußstrahlen in Flattop-Strahlen und umgekehrt
    • Simulation des Teleskops:  Raytracing, Phasenberechnung, Strahlpropagation
    • Festlegung der Strahlgrößen und der erlaubten Variation, mit zusätzlicher Abschätzung der Justageanfälligkeit
    • Abschätzung der Abbildungsfreien Propagation des erzeugten Strahls
  • Aufbau eines strahlformenden Teleskops und dessen Charakterisierung
    • Effizienz
    • Stabilität
    • Restwelligkeit im Flattop
    • Justageanfälligkeit

Ziele:

  • Design und Aufbau eines strahlformenden Teleskops
  • Charakterisierung des Teleskops

Nützliche Vorkenntnisse / Voraussetzungen:

  • Optik und optisches Design
  • Programmierkenntnisse zur Simulation und Analyse von Daten (z.B. Python, Matlab, Zemax…)

Literatur:

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de und y.zobus(at)gsi.de

Bachelorarbeit

Motivation:

Mit dem Erreichen immer höherer Intensitäten ist die Messung und Optimierung des Zeitlichen Kontrasts eine der wichtigsten Aufgaben moderner Lasersysteme. Dabei spielen neben „quasi“-konstantem Hintergrundrauschen (Verstärkte Spontanemission), einer rapide ansteigenden Anstiegsflanke auch sogenannte Vorpulse eine Rolle. Da die zuvor genannten Störungen im zeitlichen Pulsprofil schon Plasmen erzeugen und damit Experimente unbrauchbar machen können ist eine Vermeidung essenziell. Insbesondere das Auftreten von Vorpulsen ist ein eher dynamischer Prozess, da schon leichte Veränderungen im System diese erzeugen können.

Aufgaben:

  • Analyse bestehender Kontrastmessungen
  • Berechnen der optischen Weglänge der existierenden Vor-/Nachpulse
  • Abschätzen welche Optiken / optischen Systeme diese verursachen können

Ziele:

  • Identifikation von Vor- und Nachpulsen im Lasersystem
  • Eingrenzen der Entstehungsorte durch messen des Kontrastes an unterschiedlichen Stellen im System

Nützliche Vorkenntnisse / Voraussetzungen:

  • Grundlagen der Optik
  • Programmierkenntnisse zur Datenanalyse (z.B. Python)

Literatur

Bei Interesse an der Arbeit schreibe bitte eine Mail an:

v.bagnoud(at)gsi.de und y.zobus(at)gsi.de

Internships

Internships for master students and PhD student positions are offered regularly in the department.

For the latest offers please send your resumes and a short motivation email to Prof. V. Bagnoud.


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