ELI Summer School Lasers

Podobné dokumenty
HiLASE: Nové lasery pro (high-tech) průmysl a výzkum. Ing. Tomáš Mocek, Ph.D. CZ.1.05/2.1.00/

Laserové a optické technologie ELI Beamlines

Bedřich Rus Fyzikální ústav AVČR, v.v.i. Praha 8. Mezinárodní laserové centrum ELI (Extreme Light Infrastrucure)

Projekt HiLASE: Nové lasery pro průmysl a výzkum


Litosil - application

Nepředstavitelně krátké laserové impulsy

Spektrální interferometrie v bílém světle využitá k disperzní charakterizaci vysoce dvojlomných optických vláken

Návrh a implementace algoritmů pro adaptivní řízení průmyslových robotů

LED PRO-RIO TRACKLIGHT SÉRIE

Základy fyziky laserového plazmatu. Lekce 1 -lasery

Gymnázium, Brno, Slovanské nám. 7 WORKBOOK. Mathematics. Teacher: Student:

PLANAR - měřící servisní technika a monitoring zpětných směrů

Obsah Contents. Předmluva / Preface

1. Stručný obsah projektu:

Compression of a Dictionary

The Over-Head Cam (OHC) Valve Train Computer Model

USING VIDEO IN PRE-SET AND IN-SET TEACHER TRAINING

Enabling Intelligent Buildings via Smart Sensor Network & Smart Lighting

Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích Ústav fyzikální biologie, Nové Hrady Aplikace laserů Petr Hříbek 10. června 2009 Gymnázium Trhové Sviny

INDUCTION HEATING CAPACITORS KONDENZÁTORY PRO INDUKČNÍ OHŘEV

Introduction to MS Dynamics NAV

Uvádění pixelového detektoru experimentu ATLAS do provozu

Radiova meteoricka detekc nı stanice RMDS01A

Název společnosti: VPK, s.r.o. Vypracováno kým: Ing. Michal Troščak Telefon: Datum:

Pozn.: obr. výrobku se může lišit od skuteč. výrobku

Energy vstupuje na trh veterinárních produktů Energy enters the market of veterinary products

Název společnosti: VPK, s.r.o. Vypracováno kým: Ing. Michal Troščak Telefon: Datum:

Název společnosti: VPK, s.r.o. Vypracováno kým: Ing. Michal Troščak Telefon: Datum:

CHAPTER 5 MODIFIED MINKOWSKI FRACTAL ANTENNA

Technologie CWDM v optických sítích. Ing. Jaromír Šíma RLC Praha a.s. sima@rlc.cz

Návrh stínění a témata k řešení

LED STANDARD 12V GU4, GU5.3, G53

Czech Republic. EDUCAnet. Střední odborná škola Pardubice, s.r.o.

PART 2 - SPECIAL WHOLESALE OFFER OF PLANTS SPRING 2016 NEWS MAY 2016 SUCCULENT SPECIAL WHOLESALE ASSORTMENT

Biosensors and Medical Devices Development at VSB Technical University of Ostrava

Název společnosti: VPK, s.r.o. Vypracováno kým: Ing. Michal Troščak Telefon: Datum:

User manual SŘHV Online WEB interface for CUSTOMERS June 2017 version 14 VÍTKOVICE STEEL, a.s. vitkovicesteel.com

TRACK BASES PROFESSIONAL -DATASHEET TRAŤOVÁ PODLOŽÍ PROFESSIONAL -DATOVÝ LIST

Využití laserů ve vědě. Vojtěch Krčmarský

GUIDELINES FOR CONNECTION TO FTP SERVER TO TRANSFER PRINTING DATA

UPM3 Hybrid Návod na ovládání Čerpadlo UPM3 Hybrid 2-5 Instruction Manual UPM3 Hybrid Circulation Pump 6-9

Vypracováno: Telefon:

Perception Motivated Hybrid Approach to Tone Mapping

PRAVIDLA ZPRACOVÁNÍ STANDARDNÍCH ELEKTRONICKÝCH ZAHRANIČNÍCH PLATEBNÍCH PŘÍKAZŮ STANDARD ELECTRONIC FOREIGN PAYMENT ORDERS PROCESSING RULES

Laboratoř na čipu. Lab-on-a-chip. Pavel Matějka

The tension belt serves as a tension unit. After emptying the belt is cleaned with a scraper.

SPECIFICATION FOR ALDER LED

where NANOSPIDERTM was born cxi.tul.cz

TEZE K DISERTAČNÍ PRÁCI ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE. Ing. Ondřej Novák

ELI Beamlines. Zpráva o realizaci projektu pro sněm AV ČR. Vlastimil Růžička, FZU AV ČR, v.v.i. 19. dubna 2012

VÚTS, a.s. Liberec CENTRE OF ENGINEERING RESEARCH AND DEVELOPMENT

Zajímavosti z konference. Ing. Petr Paluska, Klinika onkologie a radioterapie, FN Hradec Králové

Immigration Studying. Studying - University. Stating that you want to enroll. Stating that you want to apply for a course.

Immigration Studying. Studying - University. Stating that you want to enroll. Stating that you want to apply for a course.

Institucionální rozvojový plán TUL 2016

SEZNAM PŘÍLOH 11. SEZNAM PŘÍLOH

Tento materiál byl vytvořen v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost.

(CD?,PMD?) InBand měření OSNR signálu DWDM. Jan Brouček, Praha, WDM Systems Summit 7.dubna InBand měření OSNR.

Cameron a Nečas ocenili význam ELI pro evropskou vědu a výzkum

No.13. Newsletter. August Ženy v ELI Beamlines 6: Kateřina Falk. Laser a jeho aplikační potenciál 5: Práh poškození způsobeného laserem

WORKSHEET 1: LINEAR EQUATION 1

IDENTIFIKACE VLÁKEN A KABELŮ metodou kvalifikovaného poklepu

Plánované a nadcházející inovace kapslových produktů / Planned and upcoming innovations of capsule products

MALÉ KYTAROVÉ KOMBO - MANUÁL

High precision AZ/EL mount for MW EME dish

Standard VGA (Video Graphics Array)

Optická vlákna. Laboratoř optických vláken. Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i.

Měření rozložení optické intenzity ve vzdálené zóně

Klepnutím lze Introduction upravit styl předlohy. nadpisů.

Nanomateriály v medicíně a elektronice

NAPÁJECÍ ZDROJE ČISTÝ VÝKON POWER SUPPLIES PURE POWER PROLUMIA

On large rigid sets of monounary algebras. D. Jakubíková-Studenovská P. J. Šafárik University, Košice, Slovakia

GENERAL INFORMATION RUČNÍ POHON MANUAL DRIVE MECHANISM

Friction drives have constant or variable drives (it means variators). Friction drives are used for the transfer of smaller outputs.

FUNKČNÍ VZOREK FUNKČNÍ VZOREK ZAŘÍZENÍ HTPL-A PRO MĚŘENÍ RELATIVNÍ TOTÁLNÍ EMISIVITY POVLAKŮ

VZDĚLÁVACÍ MATERIÁL. Závěrečná písemná práce pro 5. ročník z anglického jazyka Mgr. Iveta Milostná VY_32_INOVACE_A19 Pořadové číslo: 19.

EXACT DS OFFICE. The best lens for office work

Martin Vrbka 0/14. Institute of Machine and Industrial Design Faculty of Mechanical Engineering Brno University of Technology

Restartuje Supply chain SKRYTÝ POTENCIÁL

CARBONACEOUS PARTICLES IN THE AIR MORAVIAN-SILESIAN REGION

Just write down your most recent and important education. Remember that sometimes less is more some people may be considered overqualified.

SIMPLE MOULDINGS MOULDINGS

Contact person: Stanislav Bujnovský,

Přivařovací šrouby Zdvihový zážeh - DIN

Nekoherentní a koherentní zdroj záření. K. Sedláček : Laser v mnoha podobách, Naše vojsko 1982)

Tlakové Tlakové. čidla. čidlo. Tlakové čidlo Tlakové. Teplotní Teplotní. Teplotní Teplotní. čidlo. čidlo

o zkoušce elektromagnetické slučitelnosti LED svítidlo stube

Nová éra diskových polí IBM Enterprise diskové pole s nízkým TCO! Simon Podepřel, Storage Sales

ALFA upgrade. Vít Vorobel

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

LED BAY LIGHT. Aplikace. Náhrada. Ušetřete až 57% Továrny, výrobní haly a sklady, tělocvičny diskontní prodejny, výstavní haly

TechoLED H A N D B O O K

Tento materiál byl vytvořen v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost.

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

PROJEKČNÍ PODKLADY MONTÁŽNÍ NÁVOD

Tabulka 1 Stav členské základny SK Praga Vysočany k roku 2015 Tabulka 2 Výše členských příspěvků v SK Praga Vysočany Tabulka 3 Přehled finanční

Zdeňka Lipovská. This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed by the ERDF.

Něco o laserech. Ústav fyzikální elektroniky Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity 13. května 2010

obal manuálu, asi něco podobného jako u LC 100 asi by to chtělo lepší obrázek!!! FYTOSCOPE FS130 Instruction Guide

Transkript:

ELI Summer School, 2015 Projekt: Výzkum a vývoj femtosekundových laserových systému a pokročilých optických technologií (CZ.1.07/2.3.00/20.0091) ELI Summer School Lasers Jonathan Tyler Green Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences

Lasers at ELI Section Energy / pulse length Rep. rate Peak power Expected max. focused intensity L1 100 mj / 20 fs 1 khz 5 TW 10 19 Wcm -2 L2 10 J / 20 fs 10 Hz 0.5 PW 10 21 Wcm -2 L3 30 J / 25 fs 10 Hz 1.5 PW >10 22 Wcm -2 L4 1.5 kj / <150 fs 0.016 Hz 10 PW >10 23 Wcm -2

Principle of laser operation mirror Amplifying medium mirror

Single mode laser mirror Amplifying medium mirror

Diode Lasers Image: photonicssociety.org 1.5 Intensity 1 E 2 0.5 n = 3.4 Image: Brittanyspears.ac 0 n = 3.2-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 x (microns)

Diode Lasers

Diode Lasers Applications of diode lasers Spectroscopy research CD, DVD, printing technology Materials Processing Optically pumping solid state / fiber lasers

Fiber Lasers Figure: University of Southampton Optoelectronics Research Center

Solid State Lasers Solid State Laser Image: Lambda Optics Image: QRBiz

Solid State Lasers Titanium Sapphire Image: Laser Quantum Image: Wall, Sanchez, Lincoln Lab Journal, 3 (1990)

Neodymium-doped materials Solid State Lasers Nd:YAG Energy level diagram

Neodymium-doped materials Solid State Lasers

Solid State Lasers Ytterbium-doped materials Smaller quantum defect and larger amplification bandwidth than Nd-doped materials

Efficient cooling in SS lasers 10 Hz rep. rates Pulse energy 10J khz rep. rates kw average power 10 Hz rep. rate High pulse energy >100J multislab Courtesy T. Metzger (MPQ Garching) Courtesy K. Ertel and J. Collier (RAL/STFC)

SS and Fiber Lasers Applications of diode lasers LIDAR Defense Machining / Materials Processing Ultra-fast science High field physics

Mode locking =

Mode locking

Mode locking: Kerr Lens Saturable Absorber Keller, Nature 424, 831-838 (2003) Precision Dimensional Metrology based on a femtosecond pulse laser, DOI: 10.5772/7950

Amplification methods To amplify ultra-short pulses it is necessary to 1. Amplify all wavelengths 2. Control the relative phase of all wavelengths

Amplification methods Extremely high peak intensities of short pulses will destroy amplifier material. How can we amplify the pulses? Chirped Pulse Amplification (CPA)

Amplification methods Chirping a pulse is a method for stretching the pulse in time and decreasing the peak pulse power.

Amplification methods Stretcher Amplifier Compressor

Temporal dispersion β ω = ω n(ω) c β ω = β ω o + β ω ω ω o + 1 2 L 2 β ω 2 ω ω o 2 + Related to phase velocity Inverse group velocity

Temporal dispersion β ω = ω n(ω) c β ω = β ω o + β ω ω ω o + 1 2 L 2 β ω 2 ω ω o 2 + Related to phase velocity Inverse group velocity Group velocity dispersion (GVD)

Temporal dispersion Number of higher order dispersion terms to account for depends on bandwidth of optical pulse. ps pulses: track up to TOD fs pulses: track up to fifth order or higher

Bulk Material: n = n(ω) Stretchers / Compressors

Chirped Mirrors Stretchers / Compressors

Control GDD and TOD with incidence angle and grating separation Stretchers / Compressors

L1 kw compressor

L1 kw compressor

OPCPA Titanium Sapphire Amplification methods Used in L3 Used in L1, L2

OPCPA Optical Parametric chirped pulse amplification Requirements for phase matching: Signal E p = E s +E i Pump k p = k s + k i Idler

OPCPA Broad phase matching bandwidth in non-collinear configuration α θ Crystal optical axis k p k s k i Bandwidth of signal

Phase Matching Angle (deg) OPCPA Broad phase matching bandwidth in non-collinear configuration Phase matching in BBO crystal Pump: 515nm Signal: ~800nm 25.8 25.6 25.4 25.2 25 24.8 24.6 24.4 Optimum phase matching angle p = 515 nm, Material: 3, Phase Matching Type: 1 = 2.25 o = 2.375 o = 2.5 o = 2.625 o = 2.75 o 24.2 24 23.8 650 700 750 800 850 900 950 1000 (nm)

OPCPA OPCPA is less developed than Ti:Sapphire amplification, but offers important advantages: 1. Very large amplification bandwidth 2. No energy stored in crystal (no heating due to quantum defect) 3. No amplified spontaneous emission; however parametric super-flourescence can occur

Example: L1 laser system Thin Disk Regenerative Amplifier Compressor + SHG 1030 nm Oscillator Broadband 800 nm OPCPA

Example: L1 Thin disk lasers Pump laser: 100mJ @ 1kHz

Autocorrelation trace (AU) 515 nm pulse energy Efficiency Example: L1 Thin disk lasers Compressor efficiency: 90.5% 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 pulse duration: 1.8 ps data fitted curve 56% conversion efficiency giving 16 mj at 515 nm 20 1 18 0.9 16 0.8 14 0.7 12 0.6 10 0.5 0.3 0.2 0.1 8 6 4 0.4 0.3 0.2 0-20 -15-10 -5 0 5 10 15 20 t (ps) 2 0.1 0 0 5 10 15 20 25 30 0 1030 nm pulse energy

Example: L1 Thin disk lasers Second Harmonic Generation in LBO

Example: L1 Thin disk pumped OPCPA Pulses synchronized to 14 fs RMS. Loop is robust and remains locked for hours. F. Batysta, et al., Opt. Exp., 22, 30281 (2015)

L2 Beamline Špičkový výkon Energie v pulsu Délka pulsu Výstřelů 1 PW (15 nul) 15 J 15 fs 10 / vteřinu Dodavatel Tým ELI + Rutherford Appleton Laboratory Kryogenně chlazený čerpací 10 J laser pro OPCPA Technologie Diodové čerpání, OPCPA 120 mm Yb:YAG monokrystal firmy Crytur

L3 Beamline Špičkový výkon 1 PW (15 nul) Energie v pulsu 30 J Délka pulsu 30 fs Výstřelů 10 / vteřinu L3 Front end Diodami čerpané Nd:sklo čerpací laser Ti:safírový zesilovač Diagnostika svazku Dodavatel Technologie Livermore National Energetics + Tým ELI Čtvercový svazek 214mm x 214mm, Ti:safírové zesilovače a diodové i Nd:skleněné čerpací lasery Front end, Ti:safírový oscilátor, stretcher,... PW kompresor a diagnostika

L4 Beamline Špičkový výkon Energie v pulsu Délka pulsu Výstřelů Dodavatel Technologie 10 PW (16 nul) 1,5 kj a 150 J 1 ns a 150 fs 1 / minutu National Energetics + Ekspla + Tým ELI Výbojkově čerpané Nd:skleněné zesilovače + OPCPA předzesilovač

Thank you for your attention! Thanks to Lasers & Control Team Pavel Bakule Roman Antipenkov Jakub Novak Frantisek Batysta Robert Boge Jack Naylon Tomas Mazanec Martin Horacek Marc-Andre Drouin