Design and Setup of a Post-Compressor Adaptive Optics Loop at PHELIX

This work aimed to provide advanced control over the focal spot of the PHELIX laser by the means of implementing a post-compressor adaptive optics loop. The ultimate goal was to increase the peak intensity on the target, which is critical for a lot of experiments that are based on laser-plasma interaction. Over the course of this thesis, I implemented an ultra-compact wavefront sensor, which could successfully measure the wavefront over the full 28 cm aperture of the PHELIX laser on a footprint of 2×1 meters for the full energy range of PHELIX. This sensor was used to run a closed control loop with a commercial deformable mirror. Furthermore, I developed a calibration routine for the sensor, which enabled finding the optimum achivable wavefront at the focal spot in the target chamber. Together with this routine, I was able to triple the intensity on target up to 1.4·10²¹ W/cm². This was the first time where an intensity of more than 10²¹ W/cm² could be reached systematically at PHELIX. Lastly, we performed an experiment in the group which provided a qualitative prove of the on-shot intensity gain by observing the transmission of the laser pulse through polystyrene foils of various thicknesses. The result verified the successful optimization of the peak intensity.

Das Ziel dieser Arbeit war es, erweitere Kontrolle über den Fokalpunkt des PHELIX Lasers zu erhalten. Dies sollte durch die Implementierung eine Regelschleife mit adaptiver Optik nach dem Pulskompressor des Lasers erreicht werden. Hiermit soll eine höhere Spitzenintensität auf dem Target erreichbar werden, welche eine kritische Rolle in Experimenten mit Laser-Plasma-Wechselwirkung spielt. Im Rahmen dieser Arbeit habe ich einen ultrakompakten Wellenfrontsensor implementiert, mit dem die Wellenfront über die gesamte 28 cm messende Apertur von PHELIX auf einer Fläche von 2×1 Metern bei jeder möglichen Pulsenergie gemessen werden kann. Der Sensor wurde anschließend genutzt, um eine geschlossene Regelschleife mit einem kommerziellen verformbaren Spiegel zu betreiben. Des weiteren habe ich eine Routine zur Kalibration des Sensors entwickelt, welche es ermöglicht, die optimale erreichbare Wellenfront in der Targetkammer zu identifizieren. Mit dieser Routine war ich in der Lage, die Intensität auf dem Target zu verdreifachen, was einer Intensität von etwa 1,4·10²¹ W/cm² entspricht. Dies war das erste Mal, dass bei PHELIX Intensitäten über 10²¹ W/cm² systematisch erreichbar waren. Um einen qualitativen Nachweis für diese Intensitäten zu liefern, führten wir innerhalb der Gruppe ein Experiment durch, bei dem wir die Transmission des Laserpulses durch Polystyrol-Folien unterschiedlicher Dicke maßen. Das Ergebnis bestätigte die erfolgreiche Optimierung der Spitzenintensität.