POLFEL polski laser na swobodnych elektronach
1. Ogólna koncepcja z wybranymi szczegółami 2. Tematyka badawcza 3. Aktualny stan starań
SASE długość fali 100 nm 9 nm czas impulsu < 100 fs energia impulsu >10 μj moc w impulsie >0.1 GW ilość impulsów 100000 /s moc średnia >0,1 W
FALA CIĄGŁA - DOWOLNA STRUKTURA CZASOWA IMPULSÓW laser UV klistron FLASH: 10 fs, 800 µs, 5 Hz, 1 MHz POLFEL: 100 fs,,100 khz
WYSOKA MOC ŚREDNIA
SASE wybrano dlatego, że stwarza możliwości rozwoju w wielu kierunkach (jakość wiązki poprzez zewnętrzną modulację i zakres hv. Nie ograniczony zakresem modulatora Decydując się na wykorzystanie SASE, wnosimy brakujące możliwości: CW i zakres VisUV - 9 nm. Dalszy rozwój FEL prowadzony w Laboratorium obejmie w zależności od potrzeb doświadczalnych i możliwosci technicznych prace badawcze dla potrzeb: rozwoju techniki przyspieszania elektronów: stymulacji sygnałem zewnętrznym: laserem optycznym lub undulatorem związanych z tym konstrukcji undulatorów diagnostyki wiązki fotonów, optyki i detektorów dla dużej mocy średniej i CW optymalizacji i wykorzystania wiązek towarzyszących w zakresie THz i IR
Mapa drogowa
SC e-gun with SC photocatode Those, which collect counts i.e. for low probability processes, diluted samples, those dealing with a long series of time spaced events e.g. TOF, other time structured experiments Flexible time structure new experiments CW operation <1 nc bunches preserving low emmittance high average power Beyond Cu-gun capabilities SRF injector No NC contaminations in the volume, no cooling inlets SC photocathode Long lifetime, reasonable QE Pb/Nb
Pb/Nb photocatode 213 nm, 1 µj, 20 ps, 100 khz Pb/Nb Pb T c = 7.2 K Nb T c = 9.2 K
Fotokatoda FLASH i XFEL Działo elektronowe normalnie przewodzące Fotokatoda Cs 2 Te ma wydajność 0,1 0,005 Laser UV 262 nm <1µJ rysunek z zasobów DESY
Fotokatoda ELBE (FZ Rosendorf) J. Teichert, ELBE FZ Rosendorf Działo elektronowe nadprzewodzące Fotokatoda Cs 2 Te ma wydajność 0,1 0,005 Laser UV 262 nm <1µJ
Pb/Nb coating UHV arc desposition stand at IPJ QE tests for Pb photocathods (BNL) RF performance tests @ 2 K (TJNAF) Nb/Cu cavities
Zasilanie mikrofalowe 1,3 GHz klistron Klistroda (Inductive Output Tube) praca ciągła albo impulsowa nie ma sygnału wejściowego mocy DC między paczkami wyższa sprawność wyższa stabilność, niższa czułość na niestabilność sygnału wej. DC tańsza w przeliczeniu na czas życia klistroda (IOT)
Wnęki rezonansowe Przyspieszanie Rysunek z zasobów DESY
Moduły przyspieszające zostaną wykonane w ramach seryjnej produkcji dla XFEL Wnęki rezonansowe Accel Układ krogeniczny i komory Zanon Montaż CEA Saclay
LLRF Courtasy of M. Grecki TU Łódż
Akcelerator
Przykładowe parametry pracy akceleratora z dodatkowanymi sekcjami przyspieszającymi. Długość fali λ nm 259 185 139 108 87 71 59 nm 489 386 313 259 217 185 160 Energia wiązki =125MeV+2 sekcje Energia wiązki =125MeV+1 sekcja MeV 275 200 325 225 375 250 425 275 475 300 525 325 575 250 Przyrost energii/kriomoduł MeV 75 100 125 150 175 200 225 Natężenie pola przyspieszającego MV/m 9 12 15 18 21 24 27 Dobroć własna Qo 10 10 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 Dynamiczne straty w 2K / strukturę W 4.3 7.7 12 17.2 23.5 30.6 38.8 Całkowite straty w 2 K / strukturę W 5.6 8.7 12.7 17.8 23.9 31.0 39.1 Procentowa długość impulsu % 100 72 49 35 26 19 15 Wiązka Maksymalny prąd wiązki ma 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 Separacja zgęstków z q 1nC µs 10 10 10 10 10 10 10 Maksym. ilość zgęstków /s 10 6 0.1 0.072 0.049 0.035 0.026 0.019 0.015 Sprzężenie i mikrofonowanie Optymalna dobroć zewnętrzna 10 7 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 2.2 2.8 Dopuszczalne mikrofonowanie Hz < 34 < 34 < 34 < 34 < 34 < 29 < 29 3 db szerokość rezonansu Hz 69 69 69 69 69 58 46 Maksymalna moc wiązki w impulsie kw 28 33 38 43 48 53 58 Moc w kolektorze wiązki kw 28 23 18 15 12 11 9 Długi impuls ale mało MeV Dużo MeV ale krótki impuls ph/s λ
Undulator śrubowy APPLE II (Advanced Planar Polarised Light Emiter). stal Al NdFeB
model APPLE II materiał magnetyczny NdFeB koercja 25 koe Indukcja 1,2 T okres struktury magnetycznej (λ 0 ) 50 mm K (=0,66 B 0 [T] λ 0 [cm]) od 1 do 3 ilość okresów 25 długość segmentu 2 m ilość segmentów 10 całkowita długość struktury magnetycznej 20 m całkowita długość undulatora 35 m minimalna szerokość szczeliny 10 mm ciśnienie w przewodzie wiązki elektronowej <10-6 mbar pompy jonowe 10 20 l/s Płasko-równoległość stalowej belki poziomej ± 10 μm Odchylenia szerokości szczeliny ± 30 μm Odchylenia odległości pomiędzy bloczkami magnetycznymi ± 5 μm Odchylenia od pionowego i położenia belki poziomej ± 5 μm Odchylenia wartości natężenia pola magnetycznego < 0,2 % Dokładność czujnika położenia 1 μm
Undulator harmonogram i koszty 2009-03-19 00:31 Światło Projektowanie Przetarg 244 keur 22 keur 2010 2011 Projekt 2012 SIWZ i Ogłoszenie Kontrakt 2013 Prototyp OK > 1 seg. Ustawione, Światło 10 segm. OK 2014 10 seg. w Świerku 10 seg. ustawione Wytworzenie 9490 keur Termin Montaż 172 keur personel w PL [et] personel w UE [et] podróże [os tyg.] 8 os lat 2,75 os lat 56 os tyg 1/8 2 2 1/8 2 2 1/8 2 2 1/8 2 2 1/8 2 3 1/8 2 3 1/8 0 0 1/8 0 0 1 0 5 1 0 5 2 2 5 2 2 3 3 1 3 3 2 3 3 2 3 3 1 5 4 0 5 4 0 5 personel w PL personel w UE podróże materialy undulator Razem 137 keur 385 keur 56 keur 100 keur 9250 keur 9928 keur 2 keur 75 keur 4 keur 0 81 keur 3 keur 150 keur 10 keur 0 163 keur 12 keur 0 keur 10 keur 0 22 keur Mon + Wyt 50 keur 15+35 132 keur 38 +94 14 keur 6+8 50 keur 15+35 9250 keur 9662 keur Mon + Wyt 70 keur 50 +20 28 keur 8+20 18 keur 10+8 50 keur30 +20
Spektroskopia
Spektroskopia U EXP de/e ~ 10-2 de/e ~ 10-4 Instruments Manipulator, x,y,z,θ,ω T: LHe 1600 K (cryo) Evaporator CCD QMS Spectrometer Ar, Xe Sputter gun Gas dosing LEED Microscope Hemispherical analyser Microfocusing
Technologia powierzchni
INSTYTUT PROBLEMÓW JĄDROWYCH im. Andrzeja Sołtana
INSTYTUT PROBLEMÓW JĄDROWYCH im. Andrzeja Sołtana
2. Tematyka badawcza
Tesla Test Facility Phase 1 długość fali 80-98 nm 12 16 ev czas trwania impulsu światła 50 fs energia impulsu 1-10 μj średnica ogniska 10 μm gęstość mocy na powierzchni próbki ~10 15 W/cm 2 nanotechnologia modyfikacja powierzchni Oddziaływanie silnych impulsów VUV z materią uszkodzenia zwierciadeł Nasycenie scyntylatora Ce :YAG Rozwój optyki i diagnostyki wiązki oddziaływanie z przewodnikami i izolatorami fizyka plazmy
Spektroskopia fluorescencyjna wysoko naładownych jonów ΔE 48,6 ev Fe 23+ 1773 doświadczenie Cavendisha Przesunięcie Lamba 4,53 10-5 ev (1096 MHz) 0.43 10-5 ev (1058 MHz) S.W. Epp i inni Phys. Rev. Lett. 98,183001 (2007)
Spektroskopia fluorescencyjna wysoko naładownych jonów ΔE E ΔE E = 0,02 = 5 10 4 F = 3 10 14 fotonów / s F = 3 10 12 fotonów / s niski przekrój czynny na wzbudzenie mały kąt bryłowy detektora niska gęstość próbki gazowej S.W. Epp i inni Phys. Rev. Lett. 98,183001 (2007)
Bulid up the scientific case industry Litography Pulse Laser Deposition Photoeathing = micromachining, surface texturing Laser Processing Consortium at CEBAF TJNAF Chaoit carbon phase synthesis with the use of photons WUT-FMS Polymers and organic crystals Photoeatching efficiency for various wavelengths Manufactoring of nanostructures Photo-induced modifications of the properties of surface Non-organic crystals Photo-induces nanocrystallites growth at short wavelengths Photoeatching of transparent materials
Bulid up the scientific case laser labs aboratory for Laser Spectroscopy of Molecules (LLSM) TU Łódź ime resolved spectroscopy of chemical reactions. iologically oriented studies of ultrafast electron transfer reactions, absorption and Raman spectroscopy of transient tates e.g. for tetrasulfonated copper phthalocyanine in water solutions aculty of Chemistry, Univeristy of Gdańsk uminescence materials hotochemistry, luminescent materials, optical sensors emiconductor Physics Group, Institute of Physics, TU Wrocław ptical properties of semiconductors, IR Spectroscopy, IR and Vis Photoreflectance spectroscopy for low dimensional structures like quantum dots, wells, ultrathin layers of III-V and II VI materials. Photoluminescence and photoluminescence excitation spectroscopies Deep level transient spectroscopy (DLTS):investigation of deep levels in GaAs, AlGaAs and CdMnTe. Photoelectric spectroscopy, photoconductivity, photovoltaic studies of impurities, defects, surface properties of Zn3P2, CdMnTe Group of Physics of Magnetic Materials, Institute of Experimental Physics, University of Białystok Ultrathin magnetic films, Light induced magnetic effects Magnetooptical spectroscopy Non linear optics: magnetization induced 2 nd Harmonic Generation nstitute of Physics, University of Toruń tudies of scintillates and lasing materials Gas phase spectroscopy UV and VUV spectroscopy of scintillates and lasing materials electroluminescence spectroscopy Fluorescence spectroscopy of trapped ions Molecular dynamics in nonlinear optics and electro-magnetic phenomena in gases and dense media - investigations of nonlinear Kerr, Faraday, Pockels, etc. effects Pulse induced Kerr effect Classical and quantum chaos in optical systems Raman spectroscopy (experiment). Institute of Physics TU Warsaw Laser spectroscopy in material science Raman spectroscopy and high magnetic field studies oriented to material science : carbon nanotubes, magnetically dopped GaN Faculty of Technical Physics, TU Poznań Quantum metrology, Ultrafast Laser Spectroscopy Centre, Faculty of Physics University of Poznań Ultrafast laser spectroscopy and photo-physics Electron transfer, transient states with pump and probe spectroscopy nstitute of Experimental Physics, University of Gdańsk ime resolved spectroscopy, luminescence Nonlinear Optics Group, Faculty of Physics University Poznań Nonlinear Optics Quantum information theory Quantum cryptography Quantum description of optical phase Photon statistics, squeezed states of light Generalized Jaynes-Cummings models Theory of multiphoton resonant and nonresonant Rayleigh and Raman spectroscopy (collisionally induced light scatterings) Laser induced autoionization Molecular dynamics in nonlinear optics and electro-magnetic phenomena in gases and dense media - investigations of nonlinear Kerr, Faraday, Pockels, etc. effects Pulse induced Kerr effect Classical and quantum chaos in optical systems Raman spectroscopy (experiment).
Nagroda Nobla w 1999 ICN (I CN)* I... CN I +CN+E tr Oscylacje atomów w stanie wzbudzonym R = od 2,7 Å do Laser CPM + barwnik Pompa: 100 150 fs 0,15 μj 612nm 619 nm Sonda: 40 fs 0,15 μj 612nm 619 nm +1060 nm Detekcja: 388,9 nm 389, 5 nm NaI 200 fs,, 4 Å,, 4 drgnienia, 7 7
2. Aktualny stan starań
Formal case - todays status Evaluated 60,5/100 not supported Submitted 28.08.2008 Next call...
Harmonogram prac POLFEL2 39 osób L.p. Element 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 1 Źródło elektronów 2 Kompresor zgęstka 3 Sekcje akceleracyjne 4 Linia 5 Układ kriogeniczny 6 Układ próżniowy 7 Zasilanie RF 8 Diagnostyka wiązki e 9 Undulator 10 Diagnostyka wiązki f 11 Układ pomiarowy 12 Sterowanie 13 Zasilanie 14 Budynek 15 Tunel 16 Beam dump 17 Osłony (i pomiar) radiacyjne 18 Klimatyzacja 19 Instalacja 20 Uruchomienie Prace przygotowawcze, przetarg projekt