English Title: Generation and Application of intense ultrashort Light Pulses with stable Carrier-Envelope Phase

Preview

PDF, German Download (6MB) | Terms of use

Abstract

Diese Dissertation beschreibt den Aufbau, die Charakterisierung und die Anwendung eines Lasersystems zur Erzeugung intensiver ultrakurzer Lichtpulse mit stabiler Träger–Einhüllenden–Phase. Diese Lichtpulse haben eine Dauer von wenig mehr als zwei optischen Schwingungszyklen. Durch die Stabilisierung ihrer Träger–Einhüllenden–Phase, also der relativen Lage zwischen der Intensitätseinhüllenden und der optischen Trägerwelle der Lichtpulse, konnte der zeitliche Verlauf ihres elektrischen Feldes auf beinahe 100 Attosekunden genau festgelegt werden (1 Attosekunde = 10^-18 Sekunden). Außerdem lassen sich mit dem System im Lichtfokus Spitzenfeldstärken erreichen, die mit den Feldstärken im Innern eines Atoms vergleichbar sind. Daher ist das Lasersystem zur Untersuchung von fundamentalen atomaren Prozessen mit einer Zeitauflösung im Attosekundenbereich hervorragend geeignet. Zwei derartige Experimente wurden im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt: Zum einen konnte erstmals Terahertzstrahlung in einem Luftplasma erzeugt werden, ohne äußere Felder anzulegen. Dies ist die erste Beobachtung von optischer Gleichrichtung in einem räumlich isotropen Medium. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass dieser Prozess eine vielversprechende Methode zur Langzeitmessung der "absoluten" Träger–Einhüllenden–Phase ermöglicht. In einem zweiten Experiment wurde die Mehrphotonenionisation von Neon–Atomen untersucht. Dazu wurden in einem "Reaktionsmikroskop" die vektoriellen Impulse aller erzeugten Ionisationsfragmente gemessen. Bei der Einfachionisation sowie erstmalig bei der nichtsequentiellen Doppelionisation von Neon wurde eine signifikante Abhängigkeit der Ionenimpulse von der Träger–Einhüllenden–Phase der ionisierenden Lichtpulse beobachtet.

Translation of abstract (English)

This thesis describes the setup, characterization and application of a laser system that produces intense ultrashort light pulses with a stable carrier–envelope (CE) phase. The light pulses have a duration of just over two optical oscillation cycles. With the stabilization of their CE–phase, which is the relative position of the optical carrier oscillation to its intensity envelope, the electrical field evolution of these pulses is known to a precision of almost 100 attoseconds (1 attosecond = 10^-18 seconds). Additionally, the electric field at the light focus is of similar magnitude to the field inside an atom. Therefore, the laser system is perfectly suited for the investigation of fundamental atomic processes with an attosecond time resolution. Two such experiments were accomplished in this work: For the first time terahertz radiation was produced with a plasma in ambient air without external fields. This is also the first observation of optical rectification in a spatially isotropic medium. This process is a promising method for the long–term stabilization of the "absolute" CE–phase. In a second experiment the multi–photon ionisation of neon atoms was examined by measuring the vectorial momenta of all ionisation fragments in a "reaction microscope". A significant dependence of the ion momenta on the CE–phase of the light pulses was observed in the single ionisation and for the first time in the non–sequential double ionisation of neon.