Pulsformer-basierte Photoelektronen Tomographie freier Elektronenwellenpakete durch Multiphotonen-Ionisation mit maßgeschneiderten 3D-Laserfeldern

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Wollenhaupt
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467215508

In diesem Antrag schlagen wir eine experimentelle Methode zur Erzeugung vollständig kontrollierbarer und maßgeschneiderter dreidimensionaler (3D) ultrakurzer Laserfelder vor. Das 3D-Laserfeld entsteht im Fokus zweier überlagerter polarisationsgeformte Femtosekunden-Laserstrahlen, die sich unter einem Winkel in verschiedene Richtungen ausbreiten. Kürzlich wurde in theoretischen Arbeiten gezeigt, dass die dabei entstehenden sogenannten "super-chiralen" Lichtfelder bei der Wechselwirkung mit chiralen Molekülen eine außerordentlich hohe Empfindlichkeit zur Unterscheidung der Enantiomere ermöglichen.Das Ziel unseres Projekts besteht darin, die neuen Möglichkeiten, die maßgeschneiderten 3D-Lichtfeldern zur kohärenten Kontrolle atomarer und molekularer Photoionisationsdynamik bieten, experimentell zu erforschen. In dem geplanten Experiment untersuchen wir die Multiphotonen-Ionisation (MPI) von Atomen und chiralen Molekülen mit diesen vollständig kontrollierten 3D-Laserfeldern. Zu diesem Zweck messen wir die 3D-Photoelektronen Impulsverteilungen (PIV) der freigesetzten Elektronenwellenpakete. Da unsere etablierte Wellenplatten-basierte Photoelektronen Tomographie Technik nicht auf 3D-Felder anwendbar ist, beschreiben wir in dem Antrag eine neuartige Pulsformer-basierte Photoelektronen Tomographie Methode, die es ermöglicht 3D-PIV mit hoher Genauigkeit zu messen und vollständig zu rekonstruieren. Die MPI dient in unseren Experimenten als Modellsystem zur Analyse der physikalischen Mechanismen der kohärenten Kontrolle ultraschneller Dynamiken durch 3D-Felder. Gleichzeitig wird diese Methode auch als sehr empfindliche nichtlineare Methode zur in-situ Charakterisierung dieser 3D-Felder eingesetzt. Wir belegen die Neuartigkeit unseres Ansatzes, indem wir im Antrag unterschiedliche MPI-Szenarien diskutieren und zugehörige simulierte 3D-PIV zeigen, die nur durch diese neuartigen 3D-Felder zugänglich werden. Durch Vergleich mit unseren bisherigen experimentellen Ergebnissen validieren wir zudem die Simulationsmethode.Wir kombinieren in diesem Projekt unsere Expertise auf den Gebieten der Polarisationspulsformung von Superkontinua, der hochpräzisen Photoelektronen Tomographie und der theoretischen Modellierung der kohärenten Kontrolle atomarer und molekularer Dynamik. Unser wesentliches Ziel besteht darin, noch nie beobachtete 3D-PIV mit Hilfe von 3D-Feldern im Experiment zu erzeugen und zu kontrollieren. Maßgeschneiderte 3D-Felder eröffnen neue Perspektiven zur Kontrolle lichtinduzierter ultraschneller Prozesse, nicht nur in der kohärenten Kontrolle, sondern auch in vielen Bereichen der atomaren, molekularen und optischen Physik wie z. B. der chiralen Erkennung, der Laserspektroskopie, der nichtlinearen Mikroskopie, der Laserchemie, der Quanteninformation und der Materialbearbeitung, um nur einige zu nennen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen