Seeding von Freie-Elektronen-Lasern
Freie Elektronenlaser sind einzigartige Quellen für kohärente Strahlung im XUV-Bereich. Seit Jahren schon ist FLASH am DESY in Hamburg für Nutzerbetrieb zugänglich und liefert einen brillanten Photonenstrahl im Wellenlängenbereich von 4,3 bis 47 nm. Jedoch zeigt sich die spontane Natur des SASE-Prozesses (Self Amplified Spontaneous Emission) nachteilig für die longitudinale Kohärenz. Ein SASE-Puls besteht aus mehreren Sub-Pulsen, die zueinander keine definierte Phasenbeziehung haben. Der SASE-Verstärkungsprozess soll durch Seeding mit einer höheren Laserharmonischen (HHG) ersetzt werden, um die Hintergrundfluktuationen, aus denen SASE entsteht, zu unterbinden. Der verstärkte Puls hat im Vergleich zu einem SASE-Puls eine definierte longitudinale Phase. Man erhofft sich zusätzlich zu einer besseren longitudinale Kohärenz eine verbesserte Stabilität der Ankuftszeit der Pulse am Experiment, indem man einen Pump-Probe-Laser mit hoher Präzision zu dem Seeding-Laser synchronisiert.
Eine hochenergetische XUV-Quelle wird für FLASH-2 benötigt. Verschiedene Technologien werden derzeit entwickelt, um die Konversionseffizienz zu erhöhen. Eines dieser Schemata basiert auf Quasiphasenanpassung in einer Reihung von Gasdüsen [1-3]. Das Lasersystem für die Erzeugung der XUV-Seed-Quelle am FLASH-FEL wird in Kollaboration mit DESY und dem Helmholtz-Institut Jena entwickelt. Solche Lasersysteme zeichnen sich durch eine extrem hohe Durchschnittsleistung aus [4,5]. Diese Laserleistung wird benötigt, da der FEL in einem 100 kHz- bis 1 MHz-Burst-Modus betrieben wird. Kommerzielle Lasersysteme sind in der benötigten Energieklasse (mJ) lediglich bis zu einer Repetitionsrate von einigen kHz erhältlich. Daher ist eine intensive Entwicklung von neuen Laserverstärkertechnologien notwendig, um die Ziele zu erreichen.