27.08.2014

FLASH2 erzeugt erstes Laserlicht

Erstmals Simultanbetrieb von zwei Freie-Elektronen-Lasern an einem Teilchenbeschleuniger

Das Projekt FLASH II, die Erweiterung des Freie-Elektronen-Lasers FLASH, hat einen wichtigen Meilenstein erreicht: Am 20. August 2014 um 20.37 Uhr konnte die Beschleunigermannschaft der Spätschicht das erste Laserlicht an der neuen Undulatorstrecke namens FLASH2 nachweisen. Gleichzeitig wurde FLASHs erste Undulatorstrecke FLASH1, die vom selben Beschleuniger mit Elektronenpaketen versorgt wird, ohne Einschränkungen weiterbetrieben. Die Undulatoren sind periodische Anordnungen von Magneten mit abwechselnder Nord-Süd Ausrichtung, in denen das Röntgenlaserlicht erzeugt wird. „Damit ist FLASH der erste Freie-Elektronen-Laser der Welt, der zwei Laserstrecken simultan und unabhängig voneinander bedienen kann“, sagt Projektleiter Bart Faatz.

FLASH2 – die neue Undulatorstrecke von FLASH.

Als DESYs Freie-Elektronen-Laser FLASH im Jahr 2005 als weltweit erste Nutzeranlage in Betrieb ging, brach die Forschungsära der Röntgenlaser an. Ein supraleitender Linearbeschleuniger beschleunigt dichte Elektronenpakete, die – fast mit Lichtgeschwindigkeit durch die Magnetanordnung der Undulatoren geschossen – ultrakurze und hochintensive Laserlichtpulse im Röntgenbereich erzeugen. Von Anfang an war FLASH als Forschungslichtquelle begehrt und vielfach überbucht. Um den stark anwachsenden Nutzeranfragen für Experimente mit Röntgenlaserlicht gerecht zu werden, startete im Herbst 2011 das Projekt FLASH II zur Erweiterung des Freie-Elektronen-Lasers: Für rund 30 Mio. Euro sollte FLASH um eine zweite Undulatorstrecke und eine zweite Experimentierhalle erweitert werden und damit doppelt so viele Experimente wie bisher erlauben. Wichtige Grundlage hierfür ist die supraleitende TESLA-Beschleunigertechnologie, die es erlaubt, mit einem Linearbeschleuniger mehrere Lichterzeugungsstrecken zu versorgen.

Die FLASH2-Undulatoren bestehen aus zwei Hälften von Magnetanordnungen, die zusammen- und auseinandergefahren werden können. Dadurch kann die Wellenlänge des erzeugten Laserlichts eingestellt werden, während die Wellenlänge von FLASH1 über die Energie der beschleunigten Elektronen festgelegt wird. Bei der Inbetriebnahme des neuen Teils des Freie-Elektronen-Lasers erzeugten die Wissenschaftler Laserlicht von 40 Nanometern, während gleichzeitig FLASH1 Laserlicht mit 13,5 Nanometern Wellenlänge lieferte.

In einer folgenden Testschicht variierten die Wissenschaftler die Wellenlänge der Laserstrahlung bis hinunter zu 22 Nanometern bei konstanter Wellenlänge von FLASH1. Im Normalbetrieb soll FLASH2 später Wellenlängen zwischen 4 und 60 Nanometern erzeugen.

„Mit der erfolgreichen Demonstration des simultanen Betriebs zweier unabhängiger Röntgenlaser eröffnen sich bei FLASH in der nahen Zukunft faszinierende neue Forschungsmöglichkeiten“, sagt der wissenschaftliche Leiter von FLASH, Wilfried Wurth.

Einer der ersten Laserblitze von FLASH2 auf einem Leuchtschirm.