On the wavefront of ultrahigh intensity lasers : spatial contrast and gratings deformation

Abstract

The implications of the high repetition rate of the ANGUS 200TW laser system operated by the University of Hamburg and DESY are studied within the framework of the laser wakefield accelerator LUX. Combined with a non ideal spatial contrast in the focal plane, the repetition rate leads to a fast degradation of the capillary target. We investigate the profile of the far field distribution with a high dynamic range, as well as the source of the discrepancies between the camera measurement and the expected profile derived from the laser wavefront measurement. Furthermore, combined with the high energy of the laser pulses, the repetition rate also leads to a high average power absorbed by the in-vacuum gold coated diffraction gratings used to compress the pulses after amplification. The increase of the substrate temperature then deforms the surface and results in a drastic degradation of the laser divergence and wavefront quality. A broad range parameter scan allows us to define a power threshold above which the deformations of the optics are no longer negligible. Different gratings are finally compared in terms of surface deformation and coating damage threshold.

Die Auswirkungen der hohen Wiederholrate des ANGUS 200TW Lasersystems bei die Hamburg Universität und DESY werden im Kontext des LUX Laser-Plasma Beschleunigers untersucht. Kombiniert mit einem nicht idealen räumlichen Kontrast in der Brennebene, führt die Wiederholungsrate zu einer schnellen Degradation der Kapillar-Targets. Wir untersuchen das Strahlprofil im Fernfeld mit einem hohen Dynamikbereich, sowie die Quelle der Abweichungen zwischen der Kameramessung und dem erwarteten Profil, das von der Laserwellenfrontmessung abgeleitet wurde. Darüber hinaus führt die Wiederholrate in Kombination mit der hohen Energie der Laserimpulse zu einer hohen absorbierten mittleren Leistung in den goldbeschichteten Beugungsgittern, die verwendet werden um die Impulse nach der Verstärkung im Vakuum zu komprimieren. Die Erhöhung der Substrattemperatur verformt dann die Oberfläche und führt zu einer drastischen Verschlechterung der Laserdivergenz und der Wellenfrontqualität. Parameterscans über einem breiten Bereich ermöglichen es uns, eine Leistungsschwelle zu definieren, über der die Verformungen der Optik nicht mehr vernachlässigbar sind. Unterschiedliche Gitter werden schließlich hinsichtlich der Oberflächenverformung und der Zerstörschwelle der Beschichtung verglichen.