Dispersion management of a 10 PW laser system

Abstract

Tato dizertační práce se zabývá návrhem prodlužovače impulsů a kompresoru pro zesilování frekvenčně rozmítaných impulsů laserového systému L4 vyvíjeného v rámci projektu ELI Beamlines se špičkovým výkonem 10 petawatt, střední vlnovou délkou 1060 nanometrů, dobou trvání impulsu 150 femtosekund a energií 1500 Joulů. Vzhledem k nedostatečnému prahu poškození a velikosti komerčně dostupných difrakčních mřížek bylo nutné zvětšit aperturu kompresoru složením dvou difrakčních mřížek popřípadě užitím difrakční mřížky a rovinného zrcadla v pravoúhlé konfiguraci. V rámci této dizertační práce jsou porovnány tato dvě uspořádání pro dvě různé konfigurace kompresoru s hustotou vrypů 1740 čar/mm a 1136 čar/mm, jsou zde diskutovány metody umožňující jejich přesné nastavení a vybraná metoda je experimentálně otestována. Dále je zde prezentována analytická teorie popisující vliv Seidelových aberací zobrazovacího systému prodlužovače pulsů na odchylku spektrální fáze prodlouženého impulsu. Tato teorie je aplikována na prodlužovač v Offnerově a Banksově konfiguraci a je demonstrováno, jak ji lze využít na kompenzaci zbytkové spektrální fáze komprimovaného impulsu. Na bázi této teorie je navrhnut prodlužovač pulsů pro systém L4 a je diskutováno jeho začlenění do systému spolu s diagnostickým kompresorem.

This thesis deals with the design of a stretcher and compressor systems used for the chirped pulse amplification method for the L4 beamline. The L4 beamline is being developed for the ELI Beamlines project and aims to deliver pulses with peak power of 10 petawatt, central wavelength of 1060 nanometers, pulse duration of 150 femtoseconds and energy of 1500 Joules. Since the laser induced damage threshold and aperture of commercial diffraction gratings is currently a limiting factor in reaching higher peak powers, it was necessary to increase the effective aperture of the compressor using either tiled grating or object-image-grating self tiling methods. These two methods are compared for two compressor configurations using either 1740 ln/mm or 1136 ln/mm diffraction gratings, methods for their alignment are discussed and the selected alignment method is experimentally tested. Moreover, an analytical theory connecting the Seidel aberrations of the stretcher imaging system with the spectral phase deviation of the stretched pulse is presented. This theory is applied to commonly used Banks and Offner stretcher designs and it is demonstrated how it can be employed for the suppression of residual spectral phase of compressed pulses. Next, the design of the stretcher for the L4 beamline based on this theory is...