Theoretische Physik

• Applicant: Professor Dr. Dieter Bauer
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2002 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5380036

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Das Verständnis der Kopplung zwischen intensiver Laserstrahlung und Materie ist essentiell für die Entwicklung effizienter "table-top" Teilchen und Strahlungsquellen. Besonders effiziente Kopplung wurde in Experimenten für den Fall von Targets endlicher Größe (d.h. deutlich kleiner als die Wellenlänge des einfallenden Lichtes, aber größer als einzelne Atome) beobachtet. Solche Targets werden ionisiert und Coulomb-explodieren, was zu energetischen Elektronen und Ionen führt. Darüberhinaus entsteht kurzwellige Strahlung aufgrund der erzeugten hochgeladenen Ionen. In unseren Arbeiten beschäftigten wir uns mit der stoßfreien Absorption von Laserenergie, deren Optimierung, sowie der Harmonischenerzeugung in Clustern. Wir konnten mittels dreidimensionaler particle-in-cell-Simulationen zeigen, daß nichtlineare Resonanz bei der Absorption von Laserenergie aus ultrakurzen Pulsen ein wesentlicher Mechanismus ist. Bei der nichtlinearen Resonanz fällt die momentane Eigenfrequenz des Elektrons im anharmonischen Clusterpotential mit der Laserfrequenz zusammen. Lineare Resonanz tritt nicht ein, da die Mie-Plasmafrequenz deutlich größer ist als die Treiberfrequenz. Auch die Verdünnung des Culsterplasmas aufgrund von Expansion reicht nicht aus, um während der Pulsdauer die Mie-Plasmafrequenz hinreichend abzusenken. Nichtlineare Resonanzen spielen auch bei der Harmonischenabstrahlung in solchen Systemen eine Rolle. Wenn nämlich die Eigenfrequenz einem Vielfachen der treibenden Laserfrequenz entspricht, werden besonders effizient Harmonische abgestrahlt. Strahlt man indessen mit einem Harmonischenpuls zusätzlich auf den Cluster ein, so kann man die Resonanzen u.U. dazu verwenden, die zeitabhängige Clusierladungsdichte zu verfolgen, indem man die Zeit Verzögerung zwischen ionisierendem Puls und Harmonischenpuls variiert. Durch Anpassen des eingestrahlten Lasers an die transiente Clusterladungsdichte können besonders hohe Raumladungsfelder und Ladungszustände erzeugt werden, die, nach der Coulombexplosion des Clusters, zu besonders hohen lonenenergien führen.

Publications

• Dynamical ionization ignition of clusters in intense and short User pulses, Phys. Rev. A 68, 033201 (2003)
  D. Bauer and A. Macchi
  
• Small rare gas clusters in laser fields: ionisation and absorption at long and short laser wavelengths, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 37, 3085 (2004)
  D. Bauer
  
• Small rare gas clusters in XUV laser pulses, Appl. Phys. B 78, 801 (2004)
  D. Bauer
  
• Classical molecular-dynamics simulations of laser-irradiated clusters: nonlinear electron dynamics and resonance-enhanced low-order harmonic generation, Phys. Rev. A 71, 013201 (2005)
  S. V. Fomichev, D. F. Zaretsky, D. Bauer, and W. Becker
  
• Irreversible energy gain by linear and nonlinear oscillators, J. Phys.: Conf. Ser. 11, 169 (2005)
  D. Bauer and P. Mulser
  
• Collisionless energy absorption in the short-pulse intense laser-cluster interaction, Phys. Rev. A 74, 063202 (2006)
  M. Kundu and D. Bauer
  
• Nonlinear resonance absorption in the laser-cluster interaaion, Phys. Rev. Lett. 96, 123401 (2006)
  M. Kundu and D. Bauer
  
• Harmonic generation from laser-irradiated clusters, Phys. Rev. A 76, 033201 (2007)
  M. Kundu, S.V. Popruzhenko, and D. Bauer
  
• Vacuum heating vs skin layer absorption of intense fs laser pulses, Phys. Plasmas 14, 023301 (2007)
  D. Bauer and P. Mulser
  
• Collisionless Laser-Energy Conversion by Anharmonic Resonance, Phys. Rev Lett. 101, 225002 (2008)
  P. Mulser, D. Bauer, and H. Ruhl
  
• Energy absorption and emission ofharmonia by clusters subjea to intense short laser pulses, Las. Phys. Lett. 5, 631 (2008)
  S.V. Popruzhenko, D.F. Zaretsky, and D. Bauer
  
• Harmonic emission from cluster nanoplasmas subjea to intense short laser pulses, Phys. Rev. A 77, 063201 (2008)
  S.V. Popruzhenko, M. Kundu, D.F. Zaretsky, and D. Bauer
  
• Optimizing the ionization and energy absorption of laser-irradiated clusters, Phys. Plasmas 15, 033303 (2008)
  M. Kundu and D. Bauer
  
• Recollision-induced plasmon excitation in strong laser fields, Phys. Rev. A 78, 033413 (2008)
  M. Ruggenthaler, S.V. Popruzhenko, and D. Bauer