V117_2024 – QM-AST - SPEEM-Laser (Umbau UE49)

Als eines von 18 Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft beschäftigt das HZB rund 1.100 Mitarbeiter - davon zirka 800 in Berlin-Wannsee und 300 in Berlin-Adlershof – und verfügt über einen Gesamthaushalt von zirka 110 Millionen Euro. Das HZB arbeitet eng mit den Universitäten und Fachhochschulen in Berlin-Brandenburg zusammen.

Für Forschungsarbeiten zur Struktur und Funktion der Materie betreibt das HZB ein wissenschaftliches Großgerät: den Elektronenspeicherring BESSY II, welcher hochbrillante Synchrotronstrahlung vom Terahertz- bis in den Röntgenbereich erzeugt. Die Anlage dient der Erforschung der Materie und verfügt über hoch spezialisierte Probenumgebungen, d. h. hier lassen sich Experimente unter anspruchsvollsten Bedingungen durchführen (hohe Magnetfelder, tiefe Temperaturen, hohe Drücke). Die Weiterentwicklung dieses einzigartigen Instruments gehört zu den wesentlichen Aufgaben des Zentrums.

Die Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung ist eine zentrale, drängende Fragestellung dieses Jahrzehnts. Die Forschung steht vor der Herausforderung, zukunftsfähige Ansätze für die Lösung der Energiefrage zu entwickeln. *** Die SPEEM Gruppe betreibt in der Experimentierhalle am UE49 PGMa/ Säule 9.2 einen Kurzpulslaser mit Frequenzvervielfachung und Pulspicker zur Untersuchung dynamischer Prozesse in Nanostrukturen und Dünnschicht Materialien. Im Zuge der Neugestaltung der Experimentierflächen am UE49 und des Aufbaus des „Near Ambient Pressure PEEM“, soll das bestehende SPEEM Lasersystem durch ein neues und kompakteres Turn-Key-System mit wesentlich geringerem Justage- und Wartungsaufwand ersetzt werden. Vorrangig um den Flächenbedarf zu verkleinern, es soll aber auch die Möglichkeit zur Automatisierung der Messprozesse geschaffen werden, indem ein per Software steuerbares Lasersystem beschafft wird. Das Beschaffungsvorhaben richtet sich auf ein durchstimmbares Ultrakurzpuls Lasersystem mit optisch parametrischem Verstärker und Frequenzverdopplung, sowie einer Pulsdauer von maximal 100 fs und einer Pulsenergie von mehr als 300 nJ in einem Wellenlängenbereich von 700 nm bis 1000 nm. Der gesamte durchstimmbare Wellenlängenbereich sollte ca. 300 nm bis 2600 nm betragen. Das Lasersystem soll eine Repetitionsrate von mindestens 1 MHz erreichen. Die Repetitionsrate des Lasersystems soll zwischen 1 MHz und Einzelpuls frei wählbar sein. Die Pulsfolge des Lasersystems soll mit einer Harmonischen der BESSYII Masterclock (ca. 500 MHz) synchronisiert werden können. Der zeitliche Jitter der Synchronisation soll dabei nicht mehr als 250 fs betragen und die Phase zwischen Laser und Masterclock soll einstellbar sein. Im synchronisierten Zustand soll die Repetitionsrate immer noch mindestens 625 kHz betragen. Sämtliche Einstellungen des Lasersystems, wie die selektierte Wellenlänge, die Pulsfolge, oder die Phase in Bezug auf das Referenzsignal der Masterclock sollen remote per Software erfolgen. Es soll eine geeignete und dokumentierte Schnittstelle vorhanden sein, die es erlaubt die wesentlichen Parameter auch durch Drittanbieter Software zu kontrollieren, um den Laser in die vorhandene Experimentiersteuerung zu integrieren. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse sollte das Lasersystem möglichst kompakt und wartungsarm sein. Es wird die Beschaffung eines sogenannten Turn-Key-Systems angestrebt, welches im Normalbetrieb keinerlei manuelle Justage am Laser erfordert. Für Wartungsarbeiten sollte der Laser möglichst über einen remote Zugang verfügen, der es dem Hersteller erlaubt diese online durchzuführen. Das Lasersystem sollte zudem über eine interne Temperaturstabilisierung verfügen, die es erlaubt, das Lasersystem in einer Umgebung mit Temperaturschwankungen, von plus minus 2 Grad im Tagesverlauf, zu betreiben. Das Lasersystem wird in einer geschlossenen Umgebung mit gefilterter Umgebungsluft betrieben, dennoch sollte Abdichtung der Gehäuse gegen Staub vorhanden sein.