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Projekt
Phasenabhängige Ionisation und CE-Phasenmessung bei großen Wellenlängen
Antragsteller
Professor Dr. Gerhard G. Paulus
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung von 2015 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 281296000
Die Entwicklung zu immer kürzeren Laserpulsen ist an einem Punkt angelangt, an dem es nicht mehr kürzer geht: Sogenannte few-cycle- oder Einzelzyklenpulse bestehen nur noch aus einer optischen Schwingung. Einzelzyklenpulse haben die bemerkenswerte Eigenschaft, dass ihre Wellenform asymmetrisch sein kann, also die Feldstärke in beide Richtungen der Polarisationsachse verschieden ist. Eine quantitative Charakterisierung der Wellenform eines Einzelzyklenpulses kann man mit der sogenannten absoluten oder auch carrier-envelope- (CE-) Phase angeben, die übrigens z.B. auch in der Frequenzmetrologie eine überragende Bedeutung hat. Eine optische Schwingung dauert eine bis wenige Femtosekunden. Elektronische Dynamik in Atomen, Molekülen und Festkörpern läuft hingegen auf der Attosekundenskala ab. Um mit Laserphysik auf dieser Skala etwas über die Natur zu erfahren, ist es also erforderlich, die Vorgänge innerhalb einer optischen Schwingung zu untersuchen. Der entsprechende Ansatz im Schwerpunktprogramm QUTIF ist, dazu die optische Wellenform gezielt zu verändern und dann zu beobachten, wie die Quantendynamik darauf reagiert. Offensichtlich ist dies mit Einzelzyklenpulsen möglich, wenn die absolute Phase manipuliert wird. Einzelzyklenpulse habe zudem den Vorteil, dass die gezielte Störung der Quantendynamik auf einen wohldefinierten optischen Zyklus beschränkt ist.Folgerichtig ist die Messung der absoluten Phase von überragender Bedeutung. Wir wählen dazu einen sehr intuitiven Ansatz, der auf der Idee aufbaut, dass asymmetrische Laserpulse eine asymmetrische Photoelektronenemission zur Folge haben und von dieser dann auf die absolute Phase geschlossen werden kann. Die Einzelheiten der zugrunde liegenden Mechanismen sind verwickelt, der Ansatz hat sich jedoch für sichtbare Laserstrahlung als sehr fruchtbar erwiesen. Leider begegnet die Übertragung der Methode in den infraroten Spektralbereich, der aufgrund molekularer Resonanzen von besonderem Interesse ist, großen Schwierigkeiten: Die letztlich für die Messung genutzten Effekte verschwinden mit der vierten Potenz der Wellenlänge.Gleichwohl ist es uns gelungen, die Messung der absoluten Phase auf Wellenlängen bis 1800nm auszudehnen. In den kommenden Jahren soll der Bereich bis 3500nm erschlossen werden. Dazu wird es erforderlich sein, die phasenabhängige Photoionisation ganz anderer atomarer und molekularer Systeme als bisher verwendet mit infraroten Einzelzyklenlaserpulsen zu untersuchen. Nachdem bisher keine geeigneten Messmethoden für die absolute Phase im Infraroten zur Verfügung stehen, sind wir mit einem typischen Henne-Ei-Dilemma konfrontiert, das es aufzulösen gilt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
