Ultragyors lézerforrásaink egyike a HR1 lézerrendszer. Ez a berendezés tökéletes eszköz arra, ha 100 kHz-en, 100 W átlagteljesítményen szeretnénk vizsgálatokat végezni 7 fs-nál rövidebb impulzusokkal. A HR1 meghatározó jellemzője, hogy másodpercenként 100 ezer impulzussal pásztázza a kísérleti mintákat. A magas ismétlési frekvencia jelentős hőterhelése azonban korlátozza az alacsonyabb ismétlési frekvenciát igénylő alkalmazásokat. Erre megoldás az ismétlési frekvencia csökkentése: egy másodperc alatt ne százezer, hanem csak tízezer, ezer vagy száz impulzus érje a mintát. Ekkor arányosan mérséklődik a melegedés is.
Várallyay Zoltán, a Nagy ismétlési frekvenciájú (HR) lézer csoport tudományos főmunkatársa szerint a frekvencia csökkentése csak úgy lenne megoldható, ha nagy mértékben átterveznék a HR1 erősítő rendszer elrendezését. Ez ugyanis 100 kHz-en működik ideálisan. Ha ennél lényegesen ritkábban jönnének az impulzusok, azok károsítanák az erősítő szálakat. Azaz az ismétlési frekvencia csökkentése érdekében új lézert kellett építeni.
„Ennek megoldására fejlesztettük a HR Alignment lézerrendszert az ELI ALPS HHG nyalábhoz” – ismertette a High Power Laser Science and Engineering című folyóiratban Ismétlési frekvenciától független utókompresszió a CEP-stabil, néhány ciklusból álló lézerimpulzusok előállításához címmel megjelent közleményt Várallyay Zoltán.
A fejlesztés első lépéseként megfelelően stabil teljesítményű és impulzushosszú forrásra volt szükség. A Light Conversion cég által gyártott Pharos lézerrendszer hatalmas előnye, hogy az alacsonyabb ismétlési frekvenciának köszönhetően nem melegíti a mintákat, illetve 10 Hz és 10 kHz között stabil az összes alapvető, impulzussal kapcsolatos fizikai paraméter. Egyetlen hátránya, hogy csupán 300 femtoszekundomos impulzusokat generál, ezért olyan megoldásra volt szükség, amellyel lecsökkenthető az impulzusok időbeli hossza, hogy azok attoszekundumos impulzus generálásra alkalmasak legyenek. Ezt az impulzusok spektrális kiszélesítésével oldották meg. Azaz, a keskeny, 10–20 nanométeres spektrumból 100 nanométer körüli spektrumot állítottak elő. Erre a célra gázzal töltött, két darab, úgynevezett többutas cellát (multipass cell) használtak fizikusaink. A cellákat diszperzió-kompenzáló tükrök követik, amelyek az időben széles impulzusokat képesek összenyomni az impulzus spektrális tulajdonságainak megfelelően. A megjelent cikkben ennek a rendszernek a működését magyarázták és mérték meg, amelyben a CEP-stabilitás (vivő-burkoló stabilitás) jellemzése is meghatározó elem volt.
Az új rendszer 6 fs körüli, 1 mJ energiájú impulzusokat biztosít, állítható ismétlési frekvenciával 10 Hz és 10 kHz között, CEP-stabilizációval. A rendszer Yb:KGW előerősítést, többutas, gázzal töltött cellákban történő kompressziót és csörpölt tükröket alkalmaz. A karakterizálás kiváló energiastabilitást, nyalábminőséget és időbeli kontrasztot mutat. Azaz, a változtatható ismétlési frekvenciával működő HR Alignment lézerrendszer nagyon stabil impulzusokat szolgáltat, ezért a kísérleti mérési eredmények nagyon pontosak lehetnek. „A fél éve működő rendszert folyamatosan használjuk, gyakran 24 órás vagy hosszabb mérésekre is. Az átlagteljesítménye ugyan tizede a HR1 lézernek, de az impulzusok energiája azonos, a CEP-stabilitása pedig kiváló” – összegezte az elmúlt időszak tapasztalatait tudományos főmunkatársunk.
Ez a kompakt, stabil rendszer nagy fluxusú attoszekundumos generálást tesz lehetővé, és tovább szélesíti az ultragyors jelenségek kutatási lehetőségeit az ELI ALPS-ban. A HR Alignment az ELI nyolcadik, 2026. március 17-én megjelenő felhasználói felhívásában is szerepel.
Fotók: Balázs Gábor