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High resolution experiments on strong-field ionization of atoms and molecules: test of tunneling theory, the role of doubly excited states, and channel-selective electron spectra

Fechner, Lutz

German Title: Hochaufgelöste Experimente zur Ionization von Atomen und Molekülen in starken Feldern: Test der Tunneltheorie, die Rolle von doppelt angeregten Zuständen, und Kanal-selektierte Elektronen-Spektren

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Abstract

In this thesis, the ionization of atoms and small molecules in strong laserfields is experimentally studied by utilization of a reaction microscope. The fundamental process of tunnel ionization in strong laser fields is subject of investigation in a pump-probe experiment with ultrashort laser pulses. A coherent superposition of electronic states in singly charged argon ions is created within the first, and subsequently tunnel-ionized with the second pulse. This gives access to state-selective information about the tunneling process and allows to test common models. Moreover, the ionization of krypton and argon at different wavelengths is studied, from the multiphoton to the tunneling regime. The population of autoionizing doubly excited states in the laser fields is proven and a possible connection to the wellknown dielectronic recombination processes is discussed. The wavelength-dependent investigations are furthermore extended to molecular hydrogen. In addition to ionization,this system might undergo different dissociative processes. Channel-selective electron momentum distributions are presented and compared to each other.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wird die Ionisation von Atomen und kleinen Molekülen in starken Laserfeldern unter Verwendung eines Reaktionsmikroskops experimentell untersucht. Der grundlegende Prozess der Tunnelionisation in starken Laserfeldern ist Gegenstand der Untersuchungen in einem Pump-Probe-Experiment mit ultrakurzen Laserpulsen. Mit dem ersten Puls wird eine kohärente Überlagerung von elektronischen Zuständen in einfach geladenen Argon-Ionen erzeugt und später mit dem zweiten Puls tunnelionisiert. Dies erlaubt Zugriff auf zustandsabhängige Informationen über den Tunnelprozess und erlaubt die Überprüfung verbreiteter Modelle. Des Weiteren wird die Ionisation von Krypton und Argon bei unterschiedlichen Wellenlängen untersucht, vom Multiphoton- bis hin zum Tunnelregime. Die Besetzung von autoionisierenden, doppelt angeregten Zuständen in den Laserfeldern wird nachgewiesen und ein möglicher Zusammenhang zu den weithin bekannten dielektronischen Rekombinationsprozessen diskutiert. Die wellenlängenabhängigen Untersuchungen werden außerdem auf molekularen Wasserstoff ausgeweitet. Zusätzlich zur Ionisation kann dieses System unterschiedliche dissoziative Prozesse erfahren. Kanal-selektierte Elektronen-Impulsverteilungen werden präsentiert und miteinander verglichen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Moshammer, Priv.-Doz. Dr. Robert
Date of thesis defense: 19 November 2014
Date Deposited: 02 Dec 2014 14:18
Date: 2014
Faculties / Institutes: Service facilities > Graduiertenschulen > Graduiertenschule Fundamentale Physik (HGSFP)
Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
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