Research Fields and Projects
Intense Laser Pulses Group
Under Construction
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Physics with Ultrashort Pulses, interaction with intense laser pulses, high field physics
Themen:
Erzeugung, Manipulation, Diagnose und Anwendung ultrakkurzer Pulse vom Röntgenbereich bis in den Bereich des nahen Infrarot; Optik ultrakurzer Pulse, Untersuchung physikalischer Phänomene auf ultrakurzer Zeitskala, Untersuchung physikalischer Phänomene bei der Wechselwirkung mit sehr intensivem Licht (Hochfeldphysik)
Ausgewählte Beispiele:
Erzeugung von Plasmen mit intensiven Femtosekundenlaserpulsen (Materie unter extremen Bedingungen, „Mikrosonne“, Temperatur: viele Millionen Grad, Druck: Megabar bis Gigabar (ansonsten nur im Inneren von Sternen!))
ultraschnelle optische Schalter
s. auch unter „Forschung mit Freier Elektronenlasern“
s. auch unter „Experimente im Extremem Ultraviolett “
Forschung mit Freier Elektronenlasern (FEL):
Experimente mit ultrakurzen Pulsen Freier Elektronenlaser (FEL; z.B. FLASH am DESY in Hamburg, FERMI in Triest, Italien, SLAC/LCLS in Stanford, USA)
Ausgewählte Beispiele:
Diagnostik zur Untersuchung der Dauer und der Ankunftszeit der Pulse der Großforschungsanlage FLASH (s.o.), welche im Bereich 10-14 s bis 10-13 s liegen („zeitliches Mikroskop“; vom BMBF gefördertes Projekt XUV-PUMA; German Ministry of Education and Research, BMBF project no. 05K16ME1)
Ultraschnelle Phasenübergänge (ca. 10-13 s). z.B. Graphetisierung von Diamant
Elektronenkaskaden und Diffusionsprozesse bei der Wechselwirkung von fs-XUV-Pulsen mit Festkörpern
Experimente im Extremem Ultraviolett (EUV, XUV) und Röntgenbereich:
Themen:
Experimente, Entwicklung bzw. Anwendung von Quellen und Optiken; Experimente mit ultrakurzen FEL-Pulsen (s.o.)
Ausgewählte Beispiele:
Plasmaemission im Bereich des extremen Ultraviolett (EUV, XUV) und Röntgengebietes
ultrakurzgepulste EUV/XUV- und Röntgenquellen und deren Anwendungen
Spektroskopie (Röntgenbereich bis mittleres Infrarot)
EUV/XUV-Diagnostik
Erzeugung ultrakurzer extrem kurzwelliger Pulse im XUV (sehr hohe intensive Harmonische, welche an Plasmaoberflächen generiert werden; Femto- und Attosekundenpulse; DFG-Förderung)
Lasermikrotechnik: (laser micro- and nano-machining)
Themen:
Erzeugung und Bearbeitung von zwei- und dreidimensionalen Strukturen mit Größen im Bereich von etwa 300 nm …mm; die AG besitzt mehrere Anlagern für das “laser micro machining“ (u.a. UV-Laser), darunter eine der modernsten Femtosekundenlasermikrostrukturierungsanlagen überhaupt.
Ausgewählte Beispiele:
Strukturierung von Oberflächen für die Anwendung bei Dünnschichtsolarzellen
Schreiben von optischen Wellenleitern, u.a. für Anwendungen in der Sensorik
u.a. Schreiben von Mach-Zehnder-Kopplern
Schreiben von Mikrokanälen (s.u.)
Schreiben von Targets für Protonenbeschleunigungsexperimente (s. auch unter „Ultrakurzzeitoptik, Wechselwirkung mit extrem intensiven Laserpulsen, Hochfeldphysik“)
Mikrostoßwellen (“Shock Waves At Microscales“) in cooperation with Prof. Dr. Walter Garen
Stoßwellen und Überschallströmungen (Gasdynamik) sind in vielen Gebieten der Physik und Technik von Interesse. Üblicherweise treten diese als makroskopische Phänomene auf, z.B. in der Astrophysik, der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik (z.B. Nierensteinzertrümmerer). Dies ist das Thema der Stoßwellenphysik und -technik, welche sich bisher jedoch fast ausschließlich auf den makroskopischen Bereich beschränkt. Auf der anderen Seite hat heutzutage der „Mikrobereich“ (und der „Nanobereich“) generell eine große Bedeutung für die Naturwissenschaften und die Technik, wobei die zugehörigen Technologien auch ihren Einzug in den Alltag gefunden haben, z.B. in der Bio- und Medizintechnik. Aufgrund dessen ist es per se interessant das Gebiet der Stoßwellenphysik in den „Mikrobereich“ auszuweiten, wobei hier absolutes Neuland betreten wird. Als einzige Gruppe weltweit beherrscht die AG die direkte Erzeugung von Stoßwellen in sehr kleinen Kapillaren mit Innendurchmessern von unterhalb eines Millimeters bis zu Werten unterhalb von 50 mm (kleiner als der Durchmessetr eines menschlichen Haares).
z.Z. vorwiegend Grundlagenforschung, zukünftige Anwendungen im medizinischen Bereich denkbar (frühere und aktuelle Projektförderung duch die DFG)
Oberflächendiagnostik mit Rasterelektronenmikroskop (REM, SEM) und Atomkraftfeldmikroskop (AFM)
Ausgewählte Beispiele:
Untersuchung historischer Proben (Zusammenarbeit mit dem Landesmuseum in Emden)
Untersuchung von Mikrostrukturen, insbesondere solche, die mit den eigenen Anlagen erzeugt werden (s.o.) und speziell auch von lasergenerierten Rippelstrukturen (“laser-induced periodic surface structures”, LIPSS)
Optische Abbildungssysteme und Sensoren, Spektrometer
Ausgewählte Beispiele:
eines der effizienten Spektrometer für den Wellenlängenbereich von ca. 1 nm … 400 nm
Charakterisierung von optischen Sensoren (wie z.B. CCD, CMOS, MCP)
Charakterisierung von Fotokameras und Objektiven
Kooperationen:
Es gibt eine Vielzahl von Kooperationen mit nationalen und internationalen Forschungsinstituten (universitär und außeruniversitär, z.B. Rutherford Laboratory, einem der führenden Laserinstitute weltweit; Stanford Accelerator Laboratory), sowie mit der Industrie. Im Rahmen dieser Kooperationen besteht für Studenten die Möglichkeit an externen Forschungsvorhaben mitzuwirken, oder Praxissemester bzw. die Abschlußarbeit durchzuführen.
Project XUV-PUMA
This project aims at developing and building time diagnostics for the free-electron laser (FEL) FLASH, which is located at the DESY Campus in Hamburg. The BMBF is supporting this project with funding of 435,000€.
Since 2005, ultra-short, intense XUV pulses have been generated at the world’s first FEL in the extreme ultraviolet (XUV) range. These can be used, for example, to „film“ chemical or biological reactions as well as extremely fast crystal structure changes or phase transitions on the femtosecond scale (10^-15 seconds). The applications and research areas are as diverse as they are interesting. For example, structural changes in molecules or combustion processes can be observed and optimised with unprecedented spatial and temporal resolution, as can electron transport in solar cells. Even changes in the arrangement of individual atoms can be resolved spatially and temporally.
The research group, which will work on the development of the so-called XUV-PUMA (pulse duration measuring apparatus for the extremely short XUV flashes) over the next three years, includes not only the team from Hamburg, but also two doctoral students and research assistants from the Intense Light Physics Group as well as students from the two Engineering Physics courses. In addition to the development of the XUV-PUMA itself, basic research is also part of the project. This includes, for example, research into ultrafast ionisation and especially the relevant transport effects (e.g. electron diffusion). Another component is the investigation of the ultrafast evolution of the dielectric function during the interaction of FEL radiation with matter. In particular, these investigations will contribute to a deeper understanding of the FEL-matter interaction, especially the dynamics on the femtosecond time scale.
This Project has been funded by the BMBF #05K16ME1