Il laboratorio ILIL-PW è dotato di un laser Ti:Sa CPA (Chirped Pulse Amplification) ultracorto in grado di raggiungere una potenza di 240 TW, e di un’area di interazione polivalente schermata contro le radiazioni. Una panoramica della struttura ILIL-PW è mostrata nella Figura 1, mentre un riepilogo dei principali parametri laser è riportato nella Tabella 1. La sala laser “front-end” e la sala di amplificazione (Power Amplifier) si trovano tra le due aree sperimentali. L’impulso prodotto nella sala front-end può essere prelevato prima dell’ulteriore amplificazione, compresso e inviato all’area sperimentale 10 TW in cui sono disponibili due camere di interazione dotate rispettivamente di un’ottica di focalizzazione a focale corta (F / 5) e a focale lunga (F / 15). In alternativa, l’impulso non compresso prodotto nella sala front-end è inviato alla sala di amplificazione dove l’energia dell’impulso viene ulteriormente aumentata prima di raggiungere il grande compressore ottico dove l’impulso viene accorciato nuovamente a poche decine di femtosecondi. Una linea di trasporto sotto vuoto collega il compressore con una camera di interazione ottagonale sotto vuoto, inserita all’interno dell’area target radioprotetta.
Laser Front-End
Il laser “front-end” con frequenza di ripetizione 10 Hz è mostrato schematicamente nella seguente figura. L’impulso laser è generato per mezzo di un oscillatore in grado di produrre impulsi di durata ~ 15 fs con un’energia di 6 nJ. Un’unità “booster” amplifica questo impulso fino al livello di 10 µJ, seguita da una unità “stretcher” che allunga temporalmente l’impulso fino ad una durata di 600 ps. L’impulso passa quindi all’amplificatore rigenerativo, dove raggiunge l’energia di 0,8 mJ prima di essere ulteriormente amplificato per mezzo di due amplificatori multipasso, rispettivamente a 5 passaggi e 4 passaggi, in grado di erogare un impulso di 600 mJ di energia a 800 nm.
Amplificatore principale
Gli impulsi in uscita dal front-end vengono trasportati all’amplificatore principale a 4 passaggi, pompato da quattro laser Nd: YAG (Titan6, Amplitude Technologies) che forniscono un totale di 2 J a 532 nm, con un massima frequenza di ripetizione di 5 Hz (attualmente 1Hz). L’impulso infrarosso a 800 nm viene quindi amplificato fino a 7,9 J e compresso fino a <25 fs. Il controllo dell’ampiezza spettrale e della fase dell’impulso è ottenuto attraverso tecniche standard basate su dispositivi acusto-ottici (Dazzler e Mazzler, Fastlite) posti all’interno del front end. Le perdite di energia dovute a questi dispositivi sono compensate nelle fasi di amplificazione. La fluenza dei laser di pompa in tutto il sistema è mantenuta al di sotto del valore di 1 J / cm2 , restando così ben al di sotto della soglia di danneggiamento del cristallo Ti: Sa [14], e producendo un’efficienza di estrazione di energia inferiore al 30%.
Questo amplificatore utilizza un cristallo Ti:Sa con dimensioni 50 mm x 50 mm x 30 mm raffreddato ad acqua con rivestimento antiriflesso su entrambi i lati. L’impulso amplificato viene ingrandito e collimato (Ø 65 mm) prima di entrare nell’attenuatore, costituito da una lamina λ / 2 motorizzata e due polarizzatori a banda larga ad alte prestazioni posti a 72 °, consentendo un preciso controllo dell’energia trasmessa. L’impulso viene nuovamente ingrandito e collimato, raggiungendo il suo diametro finale di 100 mm prima di entrare nel compressore ottico.
Compressore Ottico
Il compressore ottico è costituito da quattro grandi reticoli di diffrazione (1480-groove / mm) e un retroriflettore. L’efficienza complessiva del compressore è circa 75%, permettendo di ottenere un impulso compresso con energia massima di 5.9 J. La durata dell’impulso dopo la compressione, pari a ~ 25 fs, corrisponde ad una potenza di picco dell’impulso di circa 240 TW.
Stato attuale
Con l’istallazione della quarta unità di pompaggio (Titan) avvenuta a settembre 2020, il laser del laboratorio ILIL-PW ha raggiunto la configurazione finale. I valori di energia per impulso previsti in fase di progettazione e qui discussi sono confermati. Il sistema è quindi in grado di operare a potenze di picco superiori a 200 TW e fino a 240 TW.
Ultimo aggiornamento 3 Ottobre 2020