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Electron Wave Packet Interferences in Ionization with Few-Cycle Laser Pulses and the Dissociative Photoionization of D2 with Ultrashort Extreme Ultraviolet Pulses

Gopal, Ram

German Title: Störungen von elektronischen Wellenpaketen bei Ionisation mit wenigen zyklischen Laserimpulsen und die dissoziative Photoionisation von D2 mit ultrakurzen Ultraviolettimpulsen

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Abstract

In this work, using a Reaction Microscope, three-dimensional (3D) electron (and ion) momentum spectra have been recorded for carrier-envelope-phase (CEP) stabilized few-cycle (<5 fs),intense (~4*10^14 W/cm^2) laser pulses (740 nm) impinging on He. Preferential emission of low energy electrons (Ee < 15 eV) to either hemisphere is observed as a function of the CEP. Clear interference patterns emerge in momentum-space at CEPs with maximum asymmetry, interpreted as attosecond interferences of rescattered and directly emitted electron wave packets by means of a simple model. These measurements provide an opportunity to potentially image the time-dependent potentials in atoms and molecules. In the second part of this work, a Reaction Microscope was designed, constructed and brought into operation to study the dissociative photoionization of D2 with ultrashort (~15 fs) XUV (~32 eV) pulses. The coupling of dissociation dynamics of D2^(+) to the ionized electron through the autoionization channels results in breaking of the symmetry of the dissociation process, in qualitative agreement with theory and earlier measurements and observed here for the first time with ultrashort pulses. With control over the duration of the XUV pulses in future experiments, temporal evolution of the autoionization in simple diatomic molecules can eventually be studied.

Translation of abstract (German)

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden mit einem Reaktionsmikroskop dreidimensionale (3D) Impulsverteilungen (P) von Elektronen und Ionen gemessen, welche aus der Ionisation von Helium-Atomen mit phasenstabilen, intensiven (~4*10^14 W/cm^2) Laserimpulsen von wenigen optischen Zyklen Dauer resultieren. Diese Messungen ergaben, dass die Emission von Elektronen niedriger Energie (Ee < 15 eV) abhängig von der Träger-Einhüllenden-Phase (CEP) bevorzugt in eine der beiden Hemisphäre erfolgt. Im Impulsraum erscheinen bei CEP mit maximaler symmetrie deutliche Interferenzstrukturen, die im Rahmen eines einfachen Modells als Attosekunden-Interferenzen zwischen am Atomrumpf gestreuten und direkt emittierten Elektronen-Wellenpaketen erklärt werden können. Diese Ergebnisse eigen neue Wege auf, Energiepotentiale in Atomen und Molekülen zeitabhängig abzubilden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein Reaktionsmikroskop entwickelt, konstruiert und in Betrieb genommen, mit dem die dissoziative Photoionisation von D2 mit ultrakurzen (~15 fs) XUV (~32 eV) Laserimpulsen untersucht wurde. Dabei führt die Kopplung der Dynamik der Dissoziation von D2 ^(+) an das ionisierte Elektron (aufgrund der Autoionisation) zu einer Symmetriebrechung des Dissoziationsprozesses. Zum ersten Mal konnte dies im Rahmen vorliegender Arbeit mit ultrakurzen Pulsen und in qualitativer Übereinstimmung mit entsprechenden theoretischen Vorhersagen und vorangegangenen Messungen beobachtet werden. Zukünftige Experimente mit variierender XUV Impulslänge könnten so eine Untersuchung der Autoionisation in einfachen, zweiatomigen Molekülen ermöglichen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Ullrich, Prof. Dr. Joachim
Date of thesis defense: 5. May 2010
Date Deposited: 18. May 2010 15:30
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Atom-Photon-Wechselwirkung, Vakuumultraviolett
Uncontrolled Keywords: few-cycle laser pulses , ultrafast processes , high harmonic generation , momentum spectroscopy
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