Diseño y optimización de una cadena de amplificación de radiación ultravioleta extrema coherente

Hernández Meruelo, Jorge (2018). Diseño y optimización de una cadena de amplificación de radiación ultravioleta extrema coherente. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Diseño y optimización de una cadena de amplificación de radiación ultravioleta extrema coherente
Autor/es:
  • Hernández Meruelo, Jorge
Director/es:
  • Oliva Gonzalo, Eduardo
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2018
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Energética
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

Texto completo

[img] PDF (Document Portable Format) - Se necesita un visor de ficheros PDF, como GSview, Xpdf o Adobe Acrobat Reader
Descargar (5MB)

Resumen

En la actualidad existe un gran interés en el desarrollo de fuentes brillantes de radiación X blanda coherente. Muchas de ellas, como los Láseres de Electrones Libres (FEL), láseres de rayos X basados en plasmas inyectados o Armónicos de Alto Orden están disponibles actualmente para diversas aplicaciones en diversos campos como la biología [45], la física [23] o la nanotecnología. Sin embargo, muchos experimentos tratan de romper los límites del estado del arte actual en estos campos, como por ejemplo el desarrollo de cámaras plenópticas de rayos X capaz de obtener imágenes tomográficas de muestras biológicas, y sólo se pueden realizar en láseres de electrones libres ya que requieren energías mayores de 10 kJ por pulso para obtener intensidades ultra-altas [46], por encima de 1016 W/cm2 o para realizar imágenes con un solo disparo [47] de muestras que evolucionan en escalas de femtosegundos. Sin embargo son de especial interés los láseres basados en plasmas porque permiten obtener las energías más altas, hasta varios miliJulios por pulso [48], pero en contraposición la coherencia es bastante baja y su duración baja emitiendo pulsos de cientos de picosegundos de duración. Esta larga duración y la baja calidad óptica de estos pulsos impiden usar estos láseres en las aplicaciones mencionadas. Una manera de mejorar la coherencia, el frente de onda y reducir la duración de estos pulsos, manteniendo la energía a niveles altos consiste en inyectar un amplificador basado en plasma con Armónicos de Alto Orden [10, 11, 12, 13, 14, 38, 8]. Como punto de partida, nos basaremos pues en la inyección de armónicos en amplificadores gaseosos que dan lugar a haces de gran calidad, con un alto grado de coherencia, polarización y un frente de ondas limitado por la difracción. Partiendo de la base de que el campo de estudio de este trabajo es ajeno a los conocimientos adquiridos en el GITI (Grado de Ingeniería en Técnicas Industriales), es de especial relevancia entender los procesos físicos intervinientes en el comportamiento de láseres basados en plasmas con inyección de armónicos. Es necesario explicar previamente los fundamentos teóricos más relevantes en estos procesos como los principios de funcionamiento de un láser, la emisión espontánea o las ecuaciones de Maxwell-Bloch, que serán la base de las herramientas informáticas necesarias para realizar las simulaciones de este trabajo. La comprensión de este tipo de fenómenos tiene uno de sus ejes en la realización de experimentos en el laboratorio, estos son laboriosos y de elevado coste. El trabajo tiene como base el resultado de uno de estos experimentos, el cuál se pretende recrear a partir de una simulación a través de los códigos DeepOne y Dagon. Esta tarea resulta crucial ya que la adquisición de la capacidad de modelar completamente el experimento otorga una comprensión de la física del mismo que eleva a un nivel en el cual se pueden variar distintos parámetros del código para estimar como se comportaría el plasma en un experimento semejante, ahorrando de tal forma el costoso proceso de realizar todas estas variaciones en un laboratorio real. De manera general, el contenido de este trabajo consistirá en el análisis de una cadena amplificadora a la que le inyectaremos armónicos de alto orden formada por un primer plasma al que se le llamará pre-amplificador y un segundo plasma al que se le denominará amplificador principal. En concreto, tendremos que optimizar el tiempo de inyección de este armónico de alto orden para tratar de obtener la máxima intensidad del pulso que evolucionará por estos plasmas. Para ello, se tendrá que evaluar por separado cada uno de los plasmas de los que consta la cadena amplificadora comparando resultados y analizando que intensidades alcanzan cada uno de ellos pudiendo observar el efecto que toma la emisión espontánea y conseguir minimizar su impacto. También se llevará un análisis comparativo de los resultados con las simulaciones realizadas en DeepOne para una dimensión (1D) y Dagon para tres dimensiones (3D), observando que también se obtienen lo mismos resultados. Finalmente, se concluirá el trabajo con una serie de conclusiones fruto de las simulaciones obtenidas por ambos códigos ya mencionados, validando o no el uso de una cadena amplificadora con inyección de armónicos para la obtención de pulsos energéticos y corta duración.

Más información

ID de Registro: 50393
Identificador DC: http://oa.upm.es/50393/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:50393
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 23 Abr 2018 13:49
Ultima Modificación: 23 Abr 2018 13:49
  • GEO_UP4
  • Open Access
  • Open Access
  • Sherpa-Romeo
    Compruebe si la revista anglosajona en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Dulcinea
    Compruebe si la revista española en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Recolecta
  • InvestigaM
  • Observatorio I+D+i UPM
  • OpenCourseWare UPM