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DESY News: Durchbruch bei Seeding-Experiment sFLASH

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ger,eng
02.06.2015
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Durchbruch bei Seeding-Experiment sFLASH

HGHG-Seeding erfolgreich getestet

Einem Team aus Forschern von DESY, Uni Hamburg und TU Dortmund ist es im April erstmals am Testaufbau sFLASH gelungen, das Seeding im sogenannten HGHG-Verfahren nachzuweisen. Das sogenannte „Seeding“ soll den Prozess der Strahlungserzeugung in einem Freie-Elektronen-Laser reproduzierbarer machen, indem zusammen mit den Elektronenpaketen ein Laserpuls in die Undulatormagnetstrecke zur Lichterzeugung eingeschossen wird. Der jetzt erfolgte Nachweis des Seedings ist ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung eines Seeding-Verfahrens für den Nutzerbetrieb bei FLASH.

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Die sFLASH-Undulatoren im FLASH-Tunnel.
Freie-Elektronen-Laser (FEL) liefern sehr kurze, höchst intensive Röntgenblitze. Aus dem Synchrotronlicht, das fast lichtschnelle Elektronenpakete in einem Undulatormagneten erzeugen, verstärkt sich das Licht einer Wellenlänge spontan um mehrere Größenordnungen zu einem Röntgenlaserpuls. Es liegt aber in der Natur dieser spontanen Verstärkung, dass die Eigenschaften der einzelnen Lichtblitze leicht variieren. Um die zeitliche und energetische Auflösung von FEL-Experimenten weiter zu verbessern, werden Wege gesucht, um den Prozess der Strahlungserzeugung mit einem wohldefinierten Laserpuls zu starten (Englisch: Seeding). sFLASH, das Seeding-Experiment bei FLASH, besitzt dafür eigene Undulatoren im Beschleuniger-Tunnel sowie einen speziellen Messplatz am FLASH-Tunnel, um die entstehenden Photonenpulse zu untersuchen. 
Der Plot für Experten: Die Strahlungspulse erreichen im HGHG-Modus innerhalb des zehn Meter langen sFLASH-Undulators eine Energie von im Mittel über 10 Mikrojoule (µJ), während die „normale“ SASE-Intensität, die beobachtet wird, wenn der Laserstrahl ausgeschaltet wird, etwa tausendfach geringer ist.

Kürzlich gelang es dem Forscherteam, bei sFLASH Seeding nach dem HGHG (High-Gain Harmonic Generation)-Verfahren nachzuweisen. Die Wissenschaftler überlagerten dazu Laserlicht mit einer Wellenlänge von 266 Nanometern mit dem Elektronenstrahl von FLASH. Auf ihrer Flugbahn durch eine spezielle Magnetanordnung wird das Elektronenpaket in eine periodische Mikrostruktur zerteilt, die zu einer gezielten Verstärkung der FEL-Strahlung führt, und zwar nicht nur bei der eingestrahlten Wellenlänge, sondern auch bei Oberschwingungen, sogenannten höheren Harmonischen der Grundschwingung. Bei 38,1 Nanometern, der 7. Harmonischen, konnten so in der folgenden, nur zehn Meter langen Undulatorstrecke hochintensive FEL-Lichtblitze mit einer Energie von über 10 Mikrojoule erzeugt werden. Dieses Ergebnis ist ein essentieller Schritt hin zur Erforschung eines noch unbekannten Bereichs der FEL-Seeding-Technologie. Es zeigt gleichzeitig, dass die einzigartigen Eigenschaften des Elektronenstrahls bei FLASH durch dieses Prinzip ideal ergänzt werden können, um vollständig kohärente, also laserartige, Strahlungspulse im extrem ultravioletten Spektralbereich zu erzeugen.

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