D2 kurzus: OPTIKAI ALAPOK AZ ELI-ALPS TÜKRÉBEN II.
Szerzők:
dr. Dombi Péter, Márton István, Nagy Benedek, dr. Rácz Péter, Borossáné dr. Tóth Sára, dr. Lengyel Krisztián, Komlai Krisztina, Verebélyi Tamás
MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont
E-mail:
dombi.peter@wigner.mta.hu, marton.istvan@wigner.mta.hu, nagy.benedek@wigner.mta.hu,
racz.peter@wigner.mta.hu, toth.sara@wigner.mta.hu, lengyel.krisztian@wigner.mta.hu,
komlai.krisztina@wigner.mta.hu, verebelyi.tamas@wigner.mta.hu
Utolsó frissítés dátuma:
2014.09.29.
BEVEZETŐ
1. Motiváció megteremtése, érdeklődés felkeltése
A lézertechnológia fejlődéséből következőleg egyre rövidebb impulzusok előállítása vált lehetségessé. Minél rövidebb az impulzus időben, annál kisebb időtartamba koncentrálódik az impulzusenergia és emiatt a nagy időbeli energiakoncentráció (csúcsteljesítmény, illetve csúcsintenzitás) érhető el, és részben emiatt korábban nem ismert folyamatokat lehettet vizsgálni illetve előállítani, mint például az attoszekundumos impulzusok előállításához szükséges magas-harmonikuskeltési folyamatot, emellett például ionizációs, illetve lézeres részecskegyorsítással kapcsolatos folyamatokat is. Az impulzushossz rövidülésével a vizsgált folyamatokról szerzett időbeli felbontás is egyre nagyobb lett. A már femtoszekundumos (10-15 s) tartományba eső impulzusokkal például az úgynevezett pumpa próba mérési eljárásokkal már kémiai folyamtok időbeli lefolyását illetve dinamikáját. a molekulák állapotváltozásait változásait, lehet femtoszekundumos felbontással vizsgálni (femtoszekundumos spektroszkópia kémiai Nobel-díj 1999, Ahmed Zewail). A erősített femtoszekundumos impulzusokkal keltett korábban említett úgynevezett magas-harmonikus keltési folyamatban előállított attoszekundumos (10-18 s) impulzusokkal már akár atomi elektronok állapotváltozásának a dinamikáját is nyomon lehet követni, és ezzel lehetőségünk lett korábbiaknál mélyebb betekintést nyerni ezeknek a folyamtoknak a természetébe. Ezzel kapcsolatosan hosszú távú tudományos célként fogalmazódhat meg ezeknek a folyamatoknak akár az időbeli kontrolja is, amely az elért eredmények alkalmazásának a szempontjából lehet lényeges . Ezekhez a tudományos célkitűzésekhez kapcsolódik a Szegeden megépítendő ELI-ALPS lézeres kutatóközpont is, ahol lehetőség lesz ezekhez a célkitűzésekhez kapcsolódó jelentős színvonalú kutatások végzésére.
A kurzus lézer-anyag kölcsönhatásait taglaló részének célkitűzése, hogy a lézerműködés elvét és feltételeit ismertesse, bemutassa a leggyakrabban használt lézereket és azok alkalmazási lehetőségeit az iparban és az orvostudományban.
Az ELI működése során felmerülő adatmennyiség statisztikai és valószínűségszámításon alapuló szakszerű vizsgálata.
2. Célcsoport meghatározása
Elsősorban az ELI-ALPS-hoz kapcsolódó doktori ösztöndíjasok és Msc végzettségű hallgatók részére
3. Szükséges ismeretek felsorolása
Szükségesek lehetnek elektrodinamikai, (fizikai) optikai, atomfizikai ismeretek, a szilárdtestfizika alapelveinek ismerete, valamint a matematikai analízis alapjainak ismerete.
4. Tartalmi áttekintés:
Ultrarövid impulzusok keltése, aktív és passzív módusszinkronizálás, ultrarövid impulzusok karakterizálása, autókorrelációs technikák,, femtoszekundumos impulzusok parametrikus és nem parametrikus erősítése, magas-harmonikus keltés, attoszekundumos impulzusok előállításával kapcsolatos fizikai folyamtok részletesebb tárgyalása (elméleti háttér), fizikai folyamatok vizsgálata attoszekundumos impulzusok felhasználásával.
A lézer-anyag kölcsönhatások kapcsán a kurzus a különböző emissziós (spontán, indukált) folyamatok, ill. a lézerműködés leírásával, valamint a különböző lézerek működési elvét ismerteti. Ezt követően részletes ismertetésre kerülnek a különböző intenzitású és időtartamú lézerimpulzusok és az anyagok kölcsönhatási folyamatai. Majd szemléletesen felsorolásra kerülnek a lézer-anyag kölcsönhatáson alapuló alkalmazási lehetőségek, különös tekintettel az ipari és az orvosbiológiai alkalmazásokra.
Az elektronikai adatfeldolgozás, adatok kiértékelése keretében a mérési adatsorok statisztikus jellemzőinek (középértékek, szórás), a valószínűség számítás alapjainak, különös tekintettel a kísérletek során gyakran előforduló diszkrét és folytonos eloszlásoknak megismerése a cél. Bemutatásra kerülnek a nagy adatok tárolása során fellépő problémák és azok különböző megoldási lehetőségei. A tananyag során ismertetésre kerülnek az elméleti összefüggések mérési adatokra történő illesztésének különböző megoldásai (legkisebb négyzetek módszerének különböző esetei, genetikus algoritmus, szimulált hűtés) és azok jóságának becslési módszerei.
5. Célkitűzés megfogalmazása
Ultrarövid impulzusok előállításával kapcsolatos alapvető ismeretek megismerése és elsajátítása. Az ELI-ALPS-hoz köthető kutatási területekkel kapcsolatos ismeretek megszerzése kiemelten koncentrálva attoszekundumos impulzusok előállításával kapcsolatos elméleti es kísérleti eredményekre.
A lézer-anyag kölcsönhatás fő tényezőinek és alkalmazási lehetőségeinek megismerése az iparban, az orvostudományban és a mindennapi életben.
A hallgatók a kurzus végére kellő ismerettel rendelkezzenek a mérések adatok kiértékelésének különböző módszereiről, lehetőségeiről.
6. Követelmények meghatározása
Femtoszekundumos impulzusok létrehozásával erősítésével és diagnosztizálásával kapcsolatos alapfogalmak ismerete, attoszekundumos impulzusok keltésével és alkalmazásával kapcsolatos alapvető eredmények ismerete.
A hallgatónak a kurzus végére tisztában kell lennie az ismertetett anyagrésszel, és el kell tudnia magyarázni a lézer-anyag kölcsönhatás alapvető folyamatait. Számot kell tudnia adni a különböző lézerek alkalmazási lehetőségeiről.
A tananyag elsajátítását követően a kérdések 80%-os helyes válaszadása.
7. Ajánlott tanulási módszer
A kurzus anyagának követése az elhangzó előadásokkal párhuzamosan, az ajánlott irodalom használata. A fejezetek végén levő kérdések megválaszolása segíthet a téma elsajátításában.