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Frontiers of High-Harmonic Generation

Kohler, Markus Christopher

German Title: Fortschritte in der Erzeugung von Höheren Harmonischen

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Abstract

High-harmonic generation (HHG) is investigated theoretically aiming to improve its fundamental understanding and overcome current limitations. In the course of this, HHG is extended to higher energies and used to generate x-ray pulses with durations down to the zeptosecond regime. To this end, a route is discussed to generate multi-kilo-electronvolt harmonics with relativistic laser intensities circumventing both the phase-matching problem and relativistic drift. In a different approach, the state-of-the art attosecond science is transferred to the x-ray regime by manipulating the atom during the excursion of the continuum electron. By coherently exciting a core electron, the continuum electron is forced to recombine with the core hole with a much higher binding energy. HHG is the cutting-edge technology allowing for the creation of the shortest coherent light flashes of all. However, particularly problematic is the intrinsic chirp of the HHG light that requires the use of optical elements to compensate it. For this purpose, the harmonic generation process is altered such that chirp-free pulses are generated with possible pulse duration below one attosecond. Moreover, in a more fundamental work, the HHG process is set into the framework of a unified interference picture. In that picture, all possible HHG transitions can be viewed as an interference between two wave packets in the binding potential leading to photoemission at their difference energy. A novel continuum-continuum transition is studied and its importance in the saturation regime is pointed out.

Translation of abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wird die Erzeugung von Höheren Harmonischen (HHG) theoretisch untersucht mit dem Ziel, das grundlegende Verständnis zu erweitern und gegenwärtige Hürden zu überwinden. Im Rahmen dessen werden Vorschläge erarbeitet, HHG zu höheren Photonenergien hin zu entwickeln und Röntgenpulse mit Pulslängen bis in den Zeptosekundenbereich zu erzeugen. Dafür werden Möglichkeiten diskutiert, Photonen mit mehreren Kilo-Elektronenvolt Energie mit Hilfe von relativistischen Laserintensitäten zu erzeugen und dabei sowohl das relativistische Drift- als auch das Phasenanpassungproblem zu überwinden. Eine andere Möglichkeit, die hochmoderne Attosekundenphysik in den Röntgenbereich zu überführen, ist das Atom während der Exkursion des Elektrons zu manipulieren. Dafür wird ein tieferliegendes Elektron kohärent angeregt, um dem Kontinuumelektron zu ermöglichen, in das frei gewordene Loch mit höherer Bindungsenergie zu rekombinieren. Auf der anderen Seite ist HHG die Technologie, mit der die kürzesten kohärenten Lichtpulse überhaupt erzeugt werden können. Problematisch ist jedoch, dass diese Pulse intrinsisch nicht bandbreitenbegrenzt emittiert werden. Es wird eine Methode vorgeschlagen, mit der bandbreitenbegrenzte harmonische Pulse erzeugt werden können mit möglichen Pulslängen unter einer Attosekunde. In einer grundlegenderen Arbeit wird HHG in einem Interferenzbild diskutiert. Innerhalb des Bildes können alle übergänge, die zu HHG führen als Interferenz zweier Wellenpakete im Bindungspotential gesehen werden. Dabei wird die Differenzenergie der beiden Wellenpakete emittiert. Darüberhinaus wird ein neuartiger Kontinuum-Kontinuum übergang untersucht und dessen Bedeutung im Sättigunsregime aufgezeigt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Keitel, Prof. Dr. Christoph H.
Date of thesis defense: 29 June 2011
Date Deposited: 08 Jul 2011 10:44
Date: 2011
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Laserionisation, Relativistische Quantenmechanik, Phasenanpassung, Chirp, Röntgenlaser
Uncontrolled Keywords: starke Laserfelder, Höhrere-Harmonische Erzeugungstrong-field physics, high-harmonic generation, phase-matching, attochirp, continuum-continuum HHG
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