När bästa lasern kom till Lund – laserlaboratoriets utveckling

1990

Sune Svanberg, professor i atomfysik, funderar på en ny grundforskningsinriktning för Lunds universitet: ultra-intensiv laserstrålning. Pengar kom från KAW (Knut och Alice Wallenbergs stiftelse) som grund för att bilda Lunds Högeffektlaserlaboratorium.

– Det var utan tvekan Sune som hade idén och drivet till den här satsningen, säger Claes-Göran Wahlström, professor i atomfysik och en av de som varit med sedan starten.

På den tiden fanns det två grundforskningsområden som var nya och ”heta”: kylning och infångning av atomer för att möjliggöra extrem spektral upplösning samt växelverkan mellan materia och ultra-intensiv laserstrålning. Inom det förstnämnda området pågick redan en hel del forskning runt om i världen, medan det andra ännu var mer outforskat eftersom möjligheten att generera ultra-intensiv laserstrålning, i universitetsmiljö, precis hade blivit möjligt tack vare den nyligen (1985) uppfunna tekniken Chirped Pulse Amplification (CPA), vilket lockade Sune Svanberg.

1991

Tillsammans med då nyligen doktorerade ingenjören Anders Persson åkte Sune Svanberg till USA. På Stanford fanns Jeff Kmetec, som byggt en CPA-baserad laser med det helt nya förstärkningsmediet titandopad safir, som gjorde det möjligt att alstra tio laserpulser per sekund – att jämföra med tidigare tekniker som kanske kunde skapa en puls per minut.

– Kruxet var bara att startenheten i systemet, oscillatorn, var oerhört komplex och svårjusterad, berättar Sune Svanberg.

Han kände dock till ett företag i Silicon Valley som hade en ny och spännande lösning på detta. I företaget Continuum sammanförde Sune Svanberg tekniken bakom den nya oscillatorn samt Jeff Kmetec.

– Företaget byggde enligt våra instruktioner ett helt unikt system för laboratoriet i Lund, berättar Sune Svanberg.

En stor fördel vid denna tid var att dollarkursen var låg. KAW hade gått in med sju miljoner kronor, vilket då motsvarade en miljon dollar.

– Efter förhandlingar räckte den miljonen dollar för att uppfylla Sunes vision och upphandla tre lasersystem i ett: en femtosekundslaser på en terawatt, en pikosekundlaser och ett nanosekundsystem för spektroskopi i det vakuumvioletta området – det sistnämnda med direkt relevans för det då nyligen uppskjutna rymdteleskopet Hubble, säger Claes-Göran Wahlström.

Under 1991 totalrenoverades också källaren på Fysikum för att ge plats för utrustningen.

1992

Under sommaren levererades och installerades systemen och 22 oktober invigdes laboratoriet av dåvarande rektor Boel Flodgren. Anne L’Huillier, då verksam i Paris, var inbjuden som talare.

– Det var då ett unikt laboratorium. Det var state of the art. Det fanns inget likande i världen. Det var ett stort risktagande, att på detta vis kombinera ny teknik med nya material, men det visade sig fungera och vi kunde producera tio laserpulser i sekunden som var ca 200 femtosekunder korta, berättar Claes-Göran Wahlström.

Han hade träffat Anne L’Huillier redan 1990 och intresserats av hennes upptäckt om intensiva övertoner i ljuset. Samtidigt blev hon intresserad av att arbeta med lasern i Lund, som då skulle bli världens mest lämpade laser för hennes forskningsfält.

– Vi hade den bästa lasern. Men vad vi saknade var mycket av den kringutrustning som krävdes för att kunna göra de experiment vi ville göra. Men det hade Anne i Paris. Jag kontaktade henne redan ett år innan invigningen och föreslog ett gemensamt experiment, och när hon kom till Lund hade hon med sig en lastbil med jättefin kringutrustning, säger Claes-Göran Wahlström.

Den nya lasern visade sig fungera som planerat direkt, och redan under oktober till december utfördes det första experimentet med höga övertoner vid den nya terawattlasern.

1993

Den första gemensamma forskningsartiklarna publicerades under 1993, med bland andra Anne L’Huillier (då fortfarande verksam i Paris), Sune Svanberg, Claes-Göran Wahlström, Anders Persson och Jörgen Larsson som författare.

1993-2010

Med hjälp av kompletterande anslag 1993, 1995, 1999, 2004 och 2010 från KAW uppgraderas och vidareutvecklas laboratoriets olika lasersystem och kringutrustning.

1994

Anne L’Huillier flyttar permanent till Lund, där hon blirlektor 1995 och professor 1997.

1998

”Attolabbet” etableras som en del av Högeffektlaserlaboratoriet med en laser med 1 kHz repetitionshastighet och utrustning för elektronspektroskopi.

1999

Ett forskningsprogram kring relativistisk plasmafysik och acceleration av elektroner och protoner inrättas av Claes-Göran Wahlström, forskning som använder samma laser, men kräver allt mer energi i varje laserpuls. Detta till skillnad från forskningen med övertoner där kravet på hög energi inte är lika stort, utan där man i stället eftersträvar allt högre repetitionshastigheten.  Högeffektlaserlaboratoriet vidareutvecklades på så vis i två riktningar samtidigt. Olle Lundh är den som idag leder arbetet med denna teknik.

2003

Anne L’Huillier gör den första mätningen av längden av attosekundpulser i attolabbet, två år efter att de övriga nobelpristagarna i fysik – Pierre Agostini och Ferenc Krausz – uppfunnit metoder att mäta attosekundpulser

2011

Högeffektlaserlaboratoriet byggs ut med speciallabb under jord.

2012

Ett speciallabb för intensiva övertoner installeras av Anne L’Huillier och Per Eng-Johnsson. Här behöver det inte vara attosekundkorta pulser, utan man eftersträvar i stället så energirika övertonstoppar som möjligt. 
OPCPA-laserutveckling vid 200 kHz påbörjas av Anne L’Huillier och Cord Arnold. Med tekniken Optical parametric chirped-pulse amplification används ett annat material än den titandopade safir som använts de senaste 30 åren, vilket tillåter kortare laserpulser samt högre repetitionshastighet.

2016

Start av ett tillämpningslabb med HHG (höga övertoner) och ytterbiumlaser under ledning av Johan Mauritsson. 

Samma år flyttar Jörgen Larssons labb med forskning inom laserbaserad elektrondiffraktion från MAX-lab till laboratoriet. 

2017 

VUV-labbet avvecklas för att lämna plats till forskning och utveckling av HHG (high harmonic generation) och attofysik vid 200 kHz, det så kallade ”MHz-labbet” under ledning av Anne L’Huillier, Cord Arnold och Chen Guo. MHz-labbet är ett mycket avancerat laboratorium optimerad för studier av attosekundspulser och för attosekundsfysik. Laserpulserna är extremt korta, ca 6 femtosekunder, och repetitionshastigheten hög, 200 kHz. Däremot är det endast några mikrojoule energi i varje laserpuls. 

2018

Från 2018 och framåt sker en omfattande utveckling av lasertekniken under ledning av Cord Arnold och Anne-Lise Viotti.

2021

LTH och Lunds universitet beviljar infrastrukturmedel som möjliggöra ett byte av terawattlasern, ursprungligen från 1992 och baserad på titandopad safir, till ett helt nytt terawattsystem som baseras på OPCPA-teknik.

2023

Anne L’Huillier får Nobelpriset i fysik.

Den nya terawattlasern installeras, som med den nya tekniken ger stabilare och kortare laserpulser samt högre repetitionshastighet.

– Det gäller återigen att ta risker och hänga med i utvecklingen. Med detta system har vi återigen state-of-the-art-teknologi i Lund, och bland de främsta i världen, säger Claes-Göran Wahlström.

2030 (?)

Laboratoriet flyttar till Science Village med betydligt bättre lokaler. Lunds Lasercentrum arbetar för en samlokalisering av alla sina experimentfaciliteter till ett gemensamt laserlaboratorium i Science Village: ”Lund Laser Centre Laboratories”.