Design and development of a high power high repetition rate ultrashort pulse laser for proton acceleration

Resumo

Los avances tecnológicos en láseres de alta potencia durante las últimas décadas han permitido la generación de pulsos energéticos, de duración de decenas de femtosegundos y ultraintensos. Una de las aplicaciones de uno de estos láseres es la aceleración de partículas, tanto electrones como protones. Sin embargo, debido a la baja potencia promedio de los láseres ultraintensos actuales, esta tecnología no es capaz de competir en parámetros como la corriente con los aceleradores de radiofrecuencia convencionales, por lo que para conseguir que un láser pueda sustituir a dichos aceleradores por ejemplo para crear los radioisótopos utilizados en PET (Tomografía por Emisión de Positrones) ha de realizarse un salto en la tecnología láser. El objetivo de esta tesis es el diseño y desarrollo de un láser con las características necesarias para la aceleración de protones (varios Terawatios) que funcione a alta frecuencia de repetición, 100 Hz (10 veces superior a la frecuencia de repetición de los láseres actuales). Para llevar a cabo esta tarea, las empresas Monocrom y Proton Laser Applications generaron un cabezal, constituido por una barra de Nd:YAG bombeada por diodos láser, que puede superar hasta los 1000 Hz de frecuencia de repetición. Con este dispositivo además se crearon varios láseres de alta potencia con longitud de onda en la zona del espectro visible que corresponde al verde. Estos láseres, a su vez, fueron utilizados para bombear un láser ultracorto y ultraintenso de Titanio:Zafiro en arquitectura CPA. Por último, se realizaron varias campañas experimentales con este láser, en modo single-shot, en las que se llegó a acelerar protones de 1.6 MeV de energía máxima con una potencia pico de 4 TW.