Направление „Лазерна физика и физика на атомите, молекулите и плазмата“

Фемтосекундна лазерна система включва осцилатор (Mai Tai SP), напомпващ лазер (Empower 45) и усилвател (Spitfire ACE), осигуряващи генериране на ултракъси лазерни импулси с висока стабилност и прецизност. Допълнителният оптичен параметричен усилвател (TOPAS NIRUVis) разширява възможностите на системата Spitfire ACE чрез генериране на широк спектър дължини на вълната от 240 до 2600 nm, което позволява провеждането на разнообразни нелинейни оптични експерименти.

1. Осцилатор – Mai Tai SP 

Централна дължина на вълната: регулируема от 760 до 930 nm

- Широчина на спектралната лента: от 10 до 60 nm

- Продължителност на импулса: от <25 fs до 100 fs

- Честота на повторение: 84 MHz

- Средна мощност: над 500 mW

- Пикова мощност: над 95 kW

- Тип лъч: TEM00 (M² < 1.1), диаметър 1.5 mm

- Стабилност на мощността: под 0.5% RMS

- Възможност за настройка на централната дължина на вълната: 750 – 920 nm

- Вградени технологии: StabiLok®, EternAlign™, активна продувка, температурно стабилизиран корпус

2. Напомпващ лазер – Empower 45 - Тип: Nd:YLF, Q-превключващ лазер

- Изходна мощност: до 45 W при 527 nm

- Честота на повторение: регулируема от 1 до 10 kHz

- Приложение: напомпване на Ti:Sapphire усилватели

3. Усилвател – Spitfire ACE

- Средна мощност: над 6 W при 1 и 10 kHz; над 7 W при 5 kHz

- Продължителност на фемтосекунден импулс: <35 fs

- Енергия на импулс: над 6 mJ

- Честота на повторение: 1, 5 или 10 kHz

- Контраст на импулса: Pre-pulse > 1000:1; Post-pulse > 100:1

- Пространствен мод: TEM00 (M² < 1.3), лъч с диаметър 10 mm

- Стабилност на мощността: под 0.5% RMS за 24 часа

- Поляризация: линейна, хоризонтална

- Температурна стабилност: ±10 µrad/°C

- Поддържани режими на работа: пикосекунден: 70 ps, 120 ps, 180 ps  и наносекунден: от 10 до 100 ns

4. Допълнителен модул: TOPAS NIRUVis (Light Conversion) - към системата може да бъде интегриран оптичен параметричен усилвател TOPAS NIRUVis, произведен от Light Conversion. Той разширява възможностите на системата Spitfire ACE чрез генериране на широк спектър дължини на вълната от 240 до 2600 nm.

Спектрален обхват:

- Основни сигнали: 1160 – 1600 nm (сигнален лъч)

- Идлерен лъч: 1600 – 2600 nm

- С допълнителни честотни преобразувания: 240 – 2600 nm

Характеристики на импулсите:

- Продължителност: 50 – 100 fs (в зависимост от конфигурацията)

- Енергия на импулс: 50 – 400 μJ в зависимост от дължината на вълната

- Стабилност на енергията: <3% RMS в обхвата 1160–1550 nm

Предимства на системата с TOPAS

- Спектрално покритие от UV до IR (240 – 2600 nm)

- Разширени възможности за експерименти с различни нелинейни процеси

- Висока стабилност и повторяемост на импулсите

- Съвместимост с фемтосекундния лазерен източник Spitfire ACE

Основните предимства на системата включват регулируема дължина на вълната, висока пикова мощност и отлична стабилност на импулсите, което я прави подходяща за приложения в спектроскопията, нанофизиката, материалознанието и биомедицинските изследвания.

Периферна / поддържаща инфраструктура

• Двуосна X-Y планарна масичка – Aerotech
• Оптични маси – Newport 2000 Smart
• Анализатор на напречното разпределение на лазерния интензитет – Spiricon Beam Gige (от 340 nm до 1100 nm)
• Генератор на закъснение – Stanford Instruments
• Честотен преобразовател – SR620
• Спектрометър – Ocean Insight HR-4000
• Пироелектричен измерител на енергия – Ophir (от 190 nm до 20 μm; от 120 μJ до 10 J, апертура 46 mm)
• Пироелектричен измерител на енергия – Ophir (от 190 nm до 20 μm; от 0.2 до 1000 μJ, апертура 8 mm)
• Управление на двата измерителя на енергия – Nova II Monochrome LCD Laser Power & Energy Meter
• Компресор за активната оптична маса
• Спектрометър – FLAME-NIR (950–1650 nm)
• Осцилоскоп – Tektronix MDO34 3-BW-500
• Турбомолекулярна помпа – Edmond
• Ексикаторен шкаф

1. Лазерна система: Quanta-Ray GCR (Spectra-Physics)

Тип: наносекунден Nd:YAG лазер, работещ в режим на Q-модулация

Приложениe: При анализите с LIBS лазерът се използва за аблиране на материала и образуване на плазма, която носи аналитична информация за елементния състав на изследвания материал.

Основни параметри:

• Дължини на вълните: 1064 nm (основна); 532 nm (втора хармонична); 355 nm (трета хармонична)

• Продължителност на импулса: 8–12 ns

• Честота на повторение: 10 Hz

• Енергия на импулса (1064 nm): до 850 mJ (в зависимост от модела)

• Мод на лъча: TEM00

• Охлаждане: Водно

• Стабилност: <3% RMS

• Затворен лъчев път и златно покритие на рефлекторите за оптимална дълготрайност

2. Регистрираща система: ICCD камера (DH734-18F-03, iStar, Andor) и спектрометър тип Echelle (Mechelle 5000, Andor)

Приложение: анализ и регистрация на спектрите, лазерно индуцирана плазмена спектроскопия с времева резолюция, мерене флуоресценцията на различни вещества, изследване на процеси в плазмата.

Основни параметри на ICCD камера:

• Спектрален обхват: 120–1100 nm (в зависимост от фотокатода: S20, S25, SolarBlind и др.)

• Продължителност на затвора: до <2 ns

• Резолюция: 1024 x 1024 пиксела

• Размер на пиксела: 13–26 µm

• Интерфейси: USB 2.0 / CameraLink

• Софтуерна поддръжка: Andor Solis, LabVIEW, MATLAB, Python и др.

• Точност на синхронизация: до 10 ps чрез DDG™ (Digital Delay Generator)

Основни параметри на спектрометъра:

• Спектрален диапазон: 200 nm – 975 nm

• Дифракционна решетка: 52 нареза/мм

• Обратна линейна дисперсия: 1 – 4 nm/mm

3. Дигитален генератор на импулси (AC-DDG-4, AtomTrace)

Приложение: синхронизация на лазера и регистриращата система и задаване на времена за задръжка и за заснемане на спектрите.

Основни параметри:

• Продължителност на импулса: от 100 ns до 1000 s

• Време на задръжка: от 0 до 1000 s

• Резолюция: 10 ns

• Работен температурен диапазон: 5 – 35 °С

Приложение: LIBS Системата се използва за провеждане на анализи на различни видове материали. Технологията позволява безконтактно и бързо определяне на елементния състав на изследваните обекти.

Проведени са редица изследвания за:

• Идентификация на метални сплави в археологически артефакти

• Анализ на пигменти в декорирани керамични артефакти и мазилки от гробници

• Определяне химичния състав на почви и минерали

• Калибрационни изследвания и създаване на спектрални бази данни.

Основни компоненти

• Източник на рубидиеви атоми

​​​​​​​Стъклена кювета от тип ALVATEC, осигуряваща стабилен атомен поток.

• Вакуумна система

Йонизационна, турбомолекулярна и ротационни помпи за поддържане на ултрависок вакуум в експерименталната камера.

• Полупроводников лазер

Лазерен модул TOPTICA, осигуряващ резонансно охлаждащо излъчване.

• Напомпващ полупроводников лазер

Moglabs EID-003 – използван за подготовка на атомите в подходящо състояние за улавяне.

• Магнитна конфигурация

5 бобини: 3 хелмхолцови за създаване на хомогенно магнитно поле и 2 антихелмхолцови за градиентно поле в зоната на капана.

Периферна / Поддържаща инфраструктура

• Скенер с F-Theta леща за управление на лазерния лъч – Scanlab
• Система за автофокусиране и позициониране на лазерния лъч, основана на лазерен дистанциометър – µ-sigma
• Двуосна X-Y оптична масичка – Aerotech
• Едноосна Z оптична масичка – Aerotech
• Камера за наблюдение на процеса на обработка – Basler MOST
• Оптична маса с компресор за поддържане на противовибрационна система
• Компютърно управление
• Спектрометър – 200–1100 nm
• Автокорелатор за измерване на продължителността на лазерни импулси – 5 fs – 15 ps
• Камера за наблюдение профила на лазерния сноп
• Високооборотен шпиндел – Aerotech
• Система за компресиране на лазерни импулси – от 170 fs до 25 fs
• Вакуумна помпа
• Сензори за измерване на мощност и енергия
• Осцилоскоп 5 GHz с необходимите сонди
• Генератор за времеви контрол на импулси

Микроскоп с висока разделителна способност за триизмерно изображение и детайлен анализ на повърхности и структури в микро- и наноразмерен мащаб. Позволява прецизно оптично секциониране, флуоресцентно изображение и характеризиране на материали в биологията, науката за материалите и нанотехнологиите.

• Компютърно управление

Лазерни системи с пари на метали и метални халогениди, генериращи във видимата и ултравиолетовата спектрални области

• Високоволтов захранващ блок с мощност 4 kW за импулсни газоразрядни лазери – Pulslight Ltd.
• Калориметричен измерител на мощност – Scientech Inc. Vector S310 (от 200 nm до 10 μm)
• Двуосна X-Y оптична масичка – Aerotech
• Бърз сензор за лазерни импулси (от 320 nm до 1050 nm)
• Високоволтова сонда – Tektronix P6015 HV
• Токова сонда (пояс на Роговски)
• Аналогов осцилоскоп – Tektronix 2455 A (250 MHz)
• IR PEM детектор – VIGO System (от 2 μm до 11 μm)

Предимства

• Пълна мобилност и независимост от лабораторна среда
• Висока енергия на импулса за надеждно създаване на плазма
• Прецизен контрол на времевия прозорец за спектрален анализ
• Съвместима с преносими спектрометри и анализиращ софтуер

Технически характеристики

• Тип лазер: Nd:YAG (импулсен)
• Работна дължина на вълната: 1064 nm
• Честота на повторение: 2 Hz
• Продължителност на импулса: 3 – 10 ns
• Максимална енергия на импулса: 150 mJ
• Пикова мощност: 50 MW
• Средна мощност: 0.3 W

Приложения

• Елементен анализ на археологически артефакти, керамика, стъкло, метали и метални сплави, скални и почвени проби и др.
• Изследвания в реална среда – полеви мисии, разкопки и междуинституционални проекти
• Подходяща за научни и приложни изследвания на различни материали в това число и в областта на културното наследство, геологията, околната среда и мн. др

Сканиращ електронен микроскоп (дигитализиран с увеличение 40 000 пъти) Philips с приставка за ТЕМ

Двуосна транслационна маса с директно задвижване, която се използва за прецизно позициониране на образците при повърхностна обработка с лазер. Тази система, с обхват на движение от 100 mm × 100 mm, точност от ±0,4 µm, равнинност ±1 µm и максимална скорост от 500 mm/s, позволява бързо и прецизно движение на пробите в X-Y равнина.