LZH ermöglicht Betrieb des Freien Elektronen Lasers (FEL)
02.09.2005

Abb. 1: Schematischer Aufbau einer Spiegelbeschichtung für den Betrieb in einem Freien Elektron Laser (FEL)

Mit einem am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) entwickelten und hergestellten Dünnschichtspiegel wurde weltweit erstmals der Laserbetrieb für einen Freien Elektronen Laser (FEL) bei der Wellenlänge 176.5 nm realisiert. Dieser Durchbruch im Bereich der Lasertechnologie wurde am FEL erreicht, der an das Speicherring Synchrotron ELETTRA in Trieste, Italien gekoppelt ist.

Die Herausforderung für die Dünnschichtspiegel liegt nicht nur allein in der Erzielung einer hohen Reflektivität für die Laserwellenlänge im Vakuum UV-Spektralbereich (VUV), sondern darüber hinaus auch in einer bisher nicht erreichbaren Stabilität gegenüber der im FEL zusätzlich generierten hochenergetischen Untergrundstrahlung. Diese hochenergetischen Photonen, deren Spektrum bis in den Röntgenbereich ausgedehnt ist, erzeugen erhebliche Schäden in den "normalen" dielektrischen Materialien und stellten bislang das zentrale Hindernis für den Betrieb von Freien Elektronen Lasern im VUV-Bereich dar.

Der grundlegende Erfolg des neuen Dünnschichtspiegels beruht auf der Kopplung eines hochreflektierenden fluoridischen Multischichtstapels mit einer dichten, nahezu absorptionsfreien Siliziumdioxidschicht. Durch einen am LZH entwickelten Herstellungsprozess wurde das fluoridischen Multischichtsystem so optimiert, dass in einem zweiten Prozessschritt die Deposition einer Siliziumdioxidschicht mit dem Ionenstrahl-Zerstäubungsverfahren erfolgen kann. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Erhaltung der hervorragenden optischen Eigenschaften des Fluoridstapels.

Mit dieser neuartigen Entwicklung stehen nunmehr erstmals robuste VUV-Optiken zur Verfügung, die innovative Anwendungsfelder in der Halbleiterlithografie, Messtechnik und Laserentwicklung eröffnen können. Gegenwärtig werden die Einsatzmöglichkeiten dieses Schichtsystems in konventionellen Excimer Lasersystemen untersucht. Die Arbeiten wurden im Rahmen des EU Projektes „Development of the European Free-Electron Laser at ELETTRA as a VUV Research Facility” durchgeführt (FP5 Contract No. HPRI-CT-2001-50025).

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Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des Niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.