Petawatt-Laser werden vor allem in der Forschung eingesetzt – zum Beispiel zur Entwicklung neuer Methoden für die Krebsfrüherkennung.
Petawatt-Laser sprengen in jeder Hinsicht die Grenzen der menschlichen Vorstellungskraft.
Weltweit verwenden Wissenschaftler Hochenergielaser, die in extrem kurzen Impulsen unglaublich hohe Energiemengen freisetzen. Dabei verfolgen sie unter anderem so unterschiedliche Ziele wie die Erforschung der Kernfusion oder die Entwicklung neuer Methoden zur Krebsfrüherkennung.
Zu den bekanntesten Anlagen dieser Art zählen die National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory in den USA, der Laser Mégajoule in Frankreich oder der ATLAS-Laser am Centre for Advanced Laser Applications in Garching bei München. Die von den Anlagen erzeugten Energiemengen liegen im Petawatt-Bereich, also bei einer Billiarde Watt. Der bisher stärkste Laserpuls wurde 2015 am LFEX-Laser der Universität Osaka erzielt und lag bei 2 PW. Diese Leistung kann nur dadurch erreicht werden, dass vergleichsweise moderate Energiemengen (beim ATLAS-Laser: 60 J) für kürzeste Zeiträume – meist im Femtosekundenbereich (10-15 Sekunden) – auf winzige Flächen konzentriert werden. Dabei wird ungefähr derselbe Effekt erzielt, als wenn man die gesamte Sonnenstrahlung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Erde eintrifft, auf die Spitze einer Stecknadel fokussiert.
Um die entsprechende Energie zu erreichen, wird nicht gekleckert, sondern geklotzt. So werden die Laserstrahlen beim französischen Laser Mégajoule in 22 Beamlines erzeugt. Die vier Hallen, in denen diese untergebracht sind, nehmen zusammen ungefähr so viel Platz ein wie zwei Fußballfelder. Für die Strahlführung werden insgesamt 10.000 Optiken in verschiedenen Dimensionen eingesetzt. Da die Laseroptiken immensen Leistungen standhalten müssen, sind die Substrate deutlich dicker und die Durchmesser größer als bei Lasersystemen in der Industrie. Noch bedeutender ist die Beschichtung: Ihre Zerstörschwellenleistung muss bei einem 300-Pikosekunden-Puls rund 5 J/cm² betragen. Dabei wird noch mehr Wert auf zuverlässige Qualität gelegt als bei herkömmlichen Lasern, denn mehrere tausend Einzelkomponenten machen die Fehlersuche zur komplexen Herausforderung.
