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Non-sequential double ionization of atoms with phase-controlled ultra-short laser pulses

Camus, Nicolas

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This thesis reports about experimental studies of the non-sequential double ionization of atoms. This mechanism, where an ionized electron, driven by the laser electric field, recollides to further ionize the ion, is investigated using light pulses containing only a few optical cycles. They permit to restrict the interaction time between the laser electric field and the system. The carrier-envelope phase, defining the field-specific shape, is experimentally characterized for every pulse. The coincident detection of the produced ions and electrons is performed using a Reaction Microscope allowing measuring the threedimensional momentum of each charged particle. The information about the correlated dynamics of the two ionized electrons is extracted. We examine the influence the ionized targets - argon and neon - and the intensity have on these correlations. For argon, by decreasing the intensity of the laser pulses and therefore the electron impact energy, a doubly excited state of the system is formed after recollision. This mechanism is confirmed by semi-classical simulations reproducing the characteristics of our experimental system. Properties of this transition state - such as its decay time - are shown to be strongly correlated to the measured electron momentum. Finally, another experimental realization enabling to control the recolliding electron trajectories is presented.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit berichtet über experimentelle Studien zu nichtsequentieller Doppelionisation von Atomen. Dieser Mechanismus, in dem ein ionisiertes Elektron, gelenkt vom elektrischen Feld eines Lasers, mit dem Ion rekollidiert und so weiter ionisiert, wird mithilfe ultrakurzer Laserimpulse untersucht. Dies ermöglicht es, die Interaktionszeit zwischen elektrischem Laserfeld und dem System einzuschränken, um so den Übergangszustand nach der Rekollision zu untersuchen. Die Tr¨ager-Einhüllenden-Phasen der Pulse werden experimentell charakterisiert, was bedeutet, dass die Form des elektrischen Feldes von jedem Puls rekonstruiert werden kann. Hierdurch ist es möglich die jeweiligen Trajektorien und Interaktionen, des zu einem bestimmten Feld gehörenden Elektrons, zu studieren. Die koinzidente Messung des doppelt geladenen Ions und der Elektronen wurden mit einem Reaktionsmikroskop vorgenommen, mit dem der dreidimensionale Impuls jedes geladenen Teilchens gemessen werden kann. Der Einfluss des ionisierten Zielobjekts, Argon oder Neon, und der Intensität auf die Korrelation wird außerdem beschrieben. Bei Argon bildet sich, durch Verringerung der Intensität und somit die Stoßenergie der Elektronen, ein doppelt angeregter Zustand des Systems nach der Rekollision. Diese Eigenschaft wird bestätigt mittels einer semi-klassischen Simulation, die die Merkmale des Experiments aufweist. Es wird gezeigt, dass die Eigenschaften des Übergangszustands, wie etwa seine Zerfallszeit, in starker Korrelation mit dem gemessenen Elektron stehen, was Einblicke in dieDynamik erlaubt. Schließlich wird über eine weitere experimentelle Durchf¨uhrung berichtet, die es erm¨oglicht, die Trajektorien der rekollidierenden Elektronen zu kontrollieren.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Moshammer, Priv.-Doz. Dr. Robert
Date of thesis defense: 27 June 2013
Date Deposited: 12 Jul 2013 11:52
Date: 2013
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Ionisation, Laser
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