Wellenformsteuerung intensiver Laserpulse
Die Ionisierung von Atomen und Molekülen durch starke Laserfelder hat in der modernen Laserphysik eine zentrale Stellung eingenommen. Das Starkfeldphänomen besteht in Elektronen, die zuerst aus einem Atom austreten und etwa 1 Femtosekunde später wieder mit ihrem Mutterion kollidieren. Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts "Multi-color sculpted light waves for HHG control" (MUSCULAR) demonstrierten mithilfe einer treibenden Laserwellenform ein bahnbrechendes Niveau der Kontrolle über diese Elektronenflugbahnen. Die MUSCULAR-Mitglieder wollten einen Synthesizer für mehrfarbige Wellenformen entwickeln, der ausreichend intensiv zum Unterhalten der Erzeugung Hoher Harmonischer (high harmonic generation, HHG) ist. Die grundsätzliche Idee hinter diesem Synthesizer-Konzept war es, zusätzlich zu den in der Frequenz aufwärtskonvertierten Farbkomponenten auch abwärtskonvertierte zu erzeugen. Durch optische parametrische Verstärkung (optical parametric amplification, OPA) konnten letztere Komponenten abstimmbare Frequenzen im Infrarotbereich auf effiziente Weise erzeugen. Eine Voraussetzung zur Erzeugung stabiler mehrfarbiger Wellenformen war es, eine feste Verzögerung zwischen den abwärtskonvertierten optischen Harmonischen hinsichtlich der Grundwelle zu erreichen. Zu diesem Zweck mussten die Wissenschaftler die Puls-Einhüllende der Grundwelle, die Träger-Einhüllenden-Phase (TE-Phase), aktiv sperren. Das Projektteam verwendete den entwickelten Lichwellen-Synthesizer, um die Elektronenquantenflugbahnen während des HHG-Vorgangs zu optimieren. Da die sinusförmigen Treiberwellen die Energie nicht effizient vom Licht auf das beschleunigte Elektron übertragen, nutzten die Wissenschaftler eine Wellenform, die als "perfekte Welle für HHG" bekannt ist. Um den ersten experimentellen Konzeptnachweis mit dreifarbigen Wellenformen zu erreichen, verstärkten die MUSCULAR-Mitglieder die Pulsenergie eines kommerziellen Ytterbium-Lasers. Außerdem wurde der Laser-Verstärkerkette die aktive Sperrung der TE-Phase hinzugefügt. Das OPA-System wurde mit einem Weißlichtkontinuum angeregt, um die drei phasengesperrten abwärtskonvertierten Farbkomponenten zu erzeugen und so die Synthesizer-Basis zu bilden. Die Kombination der Komponenten in einem Interferometer mit Teilzyklusstabilität führte zu einer mehrfarbigen Wellenform, die ausreichend energetisch zur Unterhaltung der HHG war. Eine Verbesserung der HHG war ein neues Beispiel für die vielen Anwendungsmöglichkeiten der höheren Kontrolle über optische Zyklen. Die in MUSCULAR entwickelte Technologie könnte bei verschiedenen Bereichen mit Licht-Materie-Wechselwirkung genutzt werden. Diese beinhalten Brunel-Elektronen, deren feldgetriebenen Flugbahnen zu Emissionen im Terahertzbereich, Plasmaerwärmung und HHG auf Plasmaspiegeln oder auch Laserteilchenbeschleunigung führen können.
Schlüsselbegriffe
Wellenformsteuerung, Laserpulse, Starkfeld, Lichtwellenformen, Laserphysik, Lichtwellen, mehrfarbige Wellenform, Erzeugung Hoher Harmonischer, Abwärtskonversion, Farbkomponenten, Träger-Einhüllenden-Phase, Lichtwellensynthesizer, Laserverstärker
