Extreme nichtlineare Optik an atomaren Mehr-Niveau-Systemen

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Morgner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226667858

Optische Einzyklenpulse aus Laserquellen eröffnen einen einzigartigen Einblick in elektronische Quantendynamik auf Femto- und Attosekundenzeitskalen. Wesentliches diesbezügliches Charakteristikum der Pulse ist die Träger-Einhüllenden (CEO)-Phase, die die zeitliche Position des optischen Zyklus in der Pulseinhüllenden beschreibt. Die Abhängigkeit der Population in einfachen Zwei- oder Mehrniveau-Quantensystemen von der CEO-Phase ist Gegenstand dieses Projektes. Dort wird eine CEO-Phasenabhängigkeit erwartet, wenn nichtlineare Quantenpfade unterschiedlicher Phase aus dem Grundzustand in einem angeregten Zustand interferieren. Mithin wächst die Zahl der möglichen Quantenpfad-Interferenzen wesentlich, wenn Spektren mit einer Breite oberhalb einer Oktave zur Verfügung stehen; mit Multizyklen-Pulsen ist keine CEO-Phasenabhängigkeit zu erwarten. Nachdem die theoretische Beschreibung der Wechselwirkungseffekte weitgehend verstanden ist, soll in diesem Projekt die Dynamik gebundener Elektronen unter Einfluss von Einzyklenpulsen erstmalig experimentell mit optischen Pulsen analysiert werden. Die Erzeugung der Laserpulse geschieht über ein zwei-Farben-gepumptes parametrisches Verstärkersystem, das Einzyklenpulse mit hoher Wiederholrate verlässlich zur Verfügung stellt. Das 1,5-oktavbreite Ausgangsspektrum wird mit Hilfe eines ultra-breitbandigen LCD-Phasenformers modifiziert. Die adaptive Technik ermöglicht die Pulscharakterisierung, die Pulskompression und letztendlich auch die gezielte Phasenformung des Einzyklenpulses zur kohärenten Kontrolle der Mehrphotonen-Prozesse in einfachen Zwei- oder Mehrniveau-Systemen. Im Vorfeld und parallel zu den Experimenten wird das Quantensystem mittels der optischen Blochgleichungen semiklassisch analysiert. Der direkte Zugriff zur Theorie ermöglicht die zügige Analyse der Messdaten und den tiefen Einblick in die reichhaltige Physik von Atomen in bisher experimentell nicht zugänglichen Parameterbereichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen