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Few-Cycle Multidimensional Laser Control of Attosecond Pulse Generation

Raith, Philipp Nils

German Title: Multidimensionale Laserkontrolle der Erzeugung von Attosekundenpulsen

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Abstract

In this work, the coherent control of attosecond pulse and pulse train production by high-order harmonic generation (HHG) is investigated both experimentally and numerically. For this purpose, intense, few-cycle femtosecond laser pulses with a stable carrier-envelope phase (CEP) are focused into argon. After the examination of pure CEP effects, the controllability of HHG is qualitatively enhanced by the addition of a time delay either between two variable spectral sections or with respect to a second driver field at the doubled frequency. The concept of independent control of several properties of the produced attosecond pulse at once by an equally large number of control variables is introduced as an efficient multidimensional (multi-parameter) scheme to control HHG both comprehensively and based on fundamental physics principles. The experimental realization of the split-spectrum time-delay method leads to control over manifold spectral properties of the produced high harmonics. The effects of the individual control variables are separated and the control mechanisms are uncovered on the single-atom level and confirmed by numerical simulations. In particular, it is found that a time-delay dependent change of the instantaneous frequency at the intensity maximum of the driver pulse causes a quantitatively determined modulation of the harmonic energies. Moreover, the interference of the two subfields enables the creation of two driver intensity maxima. The spectral interference of the two time-delayed attosecond pulse trains, produced at these intensity maxima, results in the controlled generation of fractional high-harmonic combs. These combs can, in future, be applied to high-precision spectral interferometry in the extreme ultraviolet.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wird die kohärente Kontrolle von Attosekundenpulsen und -pulszügen durch die Erzeugung Hoher Harmonischer (engl. "high-harmonic generation", HHG) sowohl experimentell als auch numerisch untersucht. Zu diesem Zweck werden intensive Femtosekundenlaserpulse mit einer Dauer von nur wenigen Zyklen und mit stabilisierter Träger-zu-Einhüllenden-Phase (engl. "carrier-envelope phase", CEP) in Argon fokussiert. Nach ersten hier durchgeführten Studien zur Auswirkung dieser CEP für sich allein wird das Kontrollschema durch einen zeitlichen Versatz entweder zwischen zwei variablen Abschnitten des Laserspektrums oder zu einem zusätzlichen Laserfeld mit doppelter Frequenz erweitert. Wir führen das Konzept der gleichzeitigen, unabhängigen Kontrolle mehrerer Eigenschaften der Attosekundenpulse durch eine gleich große Zahl von Steuergrößen ein. Mit diesem multidimensionalen Ansatz lässt sich die HHG effizient, vielseitig und auf einfachen physikalischen Prinzipien basierend kontrollieren. Die experimentelle Realisierung der Kontrollmethode mit einem geteilten Laserspektrum ermöglichte die Steuerung etlicher spektraler Eigenschaften der Hohen Harmonischen. Die Auswirkungen der einzelnen Steuergrößen können ebenso wie die spezifischen Wirkungsmechanismen ermittelt und durch numerische Simulationen bestätigt werden. Zur Beschreibung des Prozesses reicht hierbei die Betrachtung eines einzelnen Atoms aus. Insbesondere wird festgestellt, dass eine Modulation der instantanen Frequenz am Maximum der Laserpulse in einer quantitativ festgelegten Weise die Energie der Harmonischen verändert. Zudem ermöglicht die Interferenz der beiden Teilfelder die Bildung zweier zeitlicher Maxima des Laserfeldes. Die spektrale Interferenz der zwei an diesen Maxima produzierten Attosekundenpulszüge resultiert in Kämmen von gebrochenzahligen Hohen Harmonischen, die in der Zukunft bei der hochaufgelösten spektralen Interferometrie im extremen Ultravioletten angewendet werden können.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Pfeifer, Dr. Thomas
Date of thesis defense: 6 November 2012
Date Deposited: 22 Nov 2012 09:39
Date: 19 November 2012
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Attosekundenbereich, Laser, Nichtlineare Optik
Uncontrolled Keywords: laser, coherent control, high-harmonic generation, pulse shaping, attosecond physics, nonlinear optics, carrier-envelope phase, interferometry
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