Студенты Института ЛаПлаз о стажировке в DESY: новые знания и опыт

Студенты Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ прошли стажировку в DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), Германия. Это научный центр, деятельность которого преимущественно направлена на работу с синхротронным излучением, на ускорение частиц, но также охватывает широкий спектр исследований, проводимых в областях лазерной физики, астрофизики, биомедицины, твердого тела.

Сергей Рябчук: Я самостоятельно нашел летнюю программу в DESY. Обнаружил, что кроме лекций студентам предлагается присоединиться к одной из научных групп и поработать с ее сотрудниками в течение семи недель над текущим экспериментом. Я выбрал направление Lasers and Optics, потому что это совпадает с моей специализацией, которую я получаю в МИФИ.

Меня определили в лабораторию Ultrafast Optics and X-Rays, находящуюся в Center of Free Electron Laser (CFEL). Моим руководителем стал аспирант из Италии, который занимается получением импульсов предельно короткой длительности, короче 10 фемтосекунд (10-15 с).

В эксперименте, в котором я принимал непосредственное участие, на первом этапе производилась генерация суперконтинуума с шириной спектра 1.2-2.2 мкм и энергией 1.5 мкДж. Далее излучение усиливалось с помощью техники оптического параметрического усиления в трех каскадах. Моей непосредственной задачей была оптимизация третьего каскада усиления. В результате нашей работы удалось достичь энергии в 850 мкДж – то есть усилить импульс более чем в 500 раз. После сжатия по времени импульса в оптическом компрессоре была получена длительность в 7.6 фс, что соответствует менее, чем двум периодам колебаний световой волны на центральной длине волны 1.6 мкм.

В планах работы научной группы собрать еще 2 лазерных канала, чтобы получать спектр, начинающийся в видимом диапазоне (600 нм), а заканчивающийся в ИК (~ 3 мкм). Это должно обеспечить длительность в 2.5 фс, что уже меньше одного периода колебания. Такое излучение в дальнейшем можно использовать для генерации аттосекундных (10-18с), которые позволят наблюдать динамику различных быстропротекающих процессов с соответствующим временным разрешением, что и является главной целью данной научной группы.

DESY – научный небольшой город со своей инфраструктурой, в котором создаются все условия для плодотворного занятия наукой. Летняя школа позволила мне поработать в международной группе ученых над актуальной задачей, получить колоссальный опыт в области лазерной физики. Также организаторы устраивали различные активности, например, барбекю или поездку на лодке в порт Гамбурга. Было здорово.

Дина Фаррахова: Я проходила стажировку в European XFEL. Это самый мощный в мире рентгеновский лазер на свободных электронах, и он нужен для исследования разных биологических структур, очень быстрых процессов и экстремальных состояний.

Я как раз попала на открытие лазера. Доля участия России — вторая по значимости после Германии, и данное мероприятие посвятили русской культуре. На столе был винегрет, мы пили тархун, играла русская музыка, провели соревнования по городкам.

Группа Sample Environment, где я и стажировалась, разрабатывает современные методы доставки образцов для всех инструментов European XFEL. Мы смешивали кристаллизованный белок с разными веществами и исследовали изменения его структуры. Я измеряла время смешивания струй, чтобы рассчитать, когда нужно подводить рентгеновское излучение для детектирования его структуры. На основе моих экспериментов, коллеги смогут выставить данные значение и подвести рентгеновское излучение.

Мне понравилось стажировка в European XFEL, и сама страна. В Германии все минуту в минуту. Транспорт общественный ходит точно по расписанию. Это их конек.

Семен Гончаров: Я проходил стажировку в лаборатории Ultra fast Optics and X-Rays в Центре лазеров на свободных электронах (CFEL).

Меня определили в научную группу, которая занимается лазерами высоких энергий. Для получения излучения с необходимой энергией используется Yb:YAG усилитель, который служит для многопроходного усиления лазерного излучения обычно от 2-3 мкДж до 100 мДж, и в последствии до 1 Дж, которое в свою очередь используется дальше, например, для генерации высших гармоник, получения рентгеновских лазерных лучей, терагерцового излучения и др. Основная проблема такой схемы заключается в том, что при многократном проходе лазерного излучения кристалл нагревается, приводя к возникновению эффекта тепловой линзы, который, в свою очередь, портит качество пучка.

Моей главной задачей на период стажировки было провести моделирование, а также экспериментально реализовать простое оптическое устройство, которое смогло бы скомпенсировать возникающий эффект тепловой линзы. Если говорить упрощенно, то это устройство представляет собой небольшую вакуумную камеру с деформируемым зеркалом. При изменении давления внутри вакуумной камеры зеркало будет прогибаться (внутрь или наружу в зависимости от давления) и вести себя как параболическое зеркало. Таким образом, можно согласовать кривизну такого зеркала с кривизной, возникающей в кристалле за счёт нагрева, тем самым скомпенсировав эффект тепловой линзы, и предотвратить ухудшение качества пучка.

После проведения расчётов мне предложили экспериментально проверить теоретическую модель. Кривизна прогибающегося под давлением зеркала в зависимости от давления внутри сосуда была измерена интерферометрическим способом, и результаты оказались в хорошем согласии с теоретическим расчетом.

Сама задача компенсации эффекта тепловой линзы не является новой, однако мой метод является простым и дешевым в реализации, а также очень гибким на практике, что является немаловажным фактором в экспериментальной физике.

Мой руководитель, а также сотрудники лаборатории оказывали всестороннюю помощь на протяжении всего периода пребывания в DESY. Обстановка в лаборатории всегда непринужденная, что позволяет очень быстро влиться в коллектив и погрузиться в рабочий процесс. Программа организована таким образом, что скучать в свободное время не приходилось. Организаторы постарались наполнить досуг приехавших студентов совершенно различными способами: от посещения самых интересных мест Гамбурга до путешествий в другие города Германии.

English