Phase-dependent Strong-field Laser Physics

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard G. Paulus
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 109096091

Die absolute (carrier-envelope) Phase von Einzelzyklen-Laserpulsen bestimmt den zeitlichen Verlauf deren Felder auf der Sub-Zyklen-Zeitskala. Sie ist daher von fundamentaler Bedeutung für eine Reihe von Feldern in der Laserphysik, besonders für die Attosekunden-Laserphysik. Die derzeit führende Methode für die Phasenmessung beruht auf der durch die asymmetrischen Einzelzyklenpulsen induzierten asymmetrischen Photoelektronen-Emission. Sie geht auf frühere Arbeiten des Antragstellers zurück und wurde in der letzten Antragsperiode stark fortentwickelt, wobei auch mehrere Patentanträge gestellt wurden.Das neue Projekt zielt auf weitere Verbesserungen und neue Anwendungen des Phasenmeters sowie auf die Untersuchung der Dynamik der Starkfeld-Wechselwirkung von Lasern mit Materie auf der Sub-Zyklen-Zeitskala. Für diese beiden Hauptstoßrichtungen sind je 3 Unterprojekte geplant.1. Die sog. Phasenkorrektur im Fluge, womit eine Phasenstabilisierung ohne eine Rückkopplungs-Regelschleife gemeint ist. Vielmehr wird die Phase genau des Pulses korrigiert, dessen Phase zuvor gemessen wurde. Das Projekt ist sehr interessant für zukünftige Hochleistungs-Einzelzyklenlaser.2. Basierend auf dem Phasenmeter wird eine neuartige Methode zur Präzisionsmessung der Dispersion erster Ordnung vorgeschlagen. Eine Genauigkeit von 3 bis 4 Stellen sollte leicht erreichbar sein, mit gewissem Aufwand auch 5 oder mehr Stellen. 3. Mit demselben Aufbau kann auch die spektrale Phase von Einzelzyklenpulsen gemessen werden. Dies verspricht, eine zuverlässige Methode der Pulsmetrologie im Einzelzyklenbereich zu werden.Die Einzelschuss- und Echtzeit-Fähigkeiten des Phasenmeters ermöglichen die Messung phasenabhängiger Starkfeld-Effekte ohne Stabilisierung der Phase. Stattdessen wird die Phase jeden Laserpulses gemessen und die gleichzeitig registrierten Ereignisse des jeweiligen Starkfeld-Experiments entsprechend der gemessenen Phase sortiert. Auf diese Weise werden ausgedehnte Messungen über viele Tage möglich gemacht. Wir planen zwei Arten solcher Messungen mit Teilchenstrahlen:4. Das Wasserstoff-Molekülion ist das einfachste aller Moleküle. Durch die Messung der Phasenabhängigkeit der Dissoziation sollen die Mechanismen der Elektronenlokalisation erforscht werden. Sobald höhere Laserleistungen verfügbar sind, wird das Experiment auf die Ionisation ausgedehnt.5. Mit einem intensiven kalten Strahl neutraler, ausgerichteter Moleküle wird die Phasenabhängigkeit der Ionisation in Abhängigkeit der Molekülausrichtung untersucht. Auf diese Weise kann ein einzigartiger Einblick in die Rolle des molekularen Potentials gewonnen werden, eine Frage, die bisher die Interpretation zahlreicher anderer Experimente behindert.6. Für Experimente, die eine höhere Laserintensität erfordern, wird ein Hohlfaser-Pulskompressor entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen