Ultrakurzpuls-Lichtquelle: vom Terahertz- bis zum extremen Ultraviolettbereich

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565409669

Ultraschnelle, zeitaufgelöste Spektroskopiemethoden haben in den letzten Jahren enorm davon profitiert sowohl die Pump- als auch die Probenwellenlänge im Experiment durchstimmen zu können. Dies betrifft sowohl die Frequenzkonversion im rein sichtbaren Bereich, als auch in den letzten Jahren zunehmend die Konversion in den langwelligen Terahertz- und den kurzwelligen extremen Ultraviolettbereich. Für die weitere Entwicklung unserer Arbeitsgruppe möchten wir ein neues Kurzpulslasersystem aufbauen, das Pump- und Probenkombinationen sowohl im sichtbaren Spektralbereich als auch in der Kombination Terahertz und sichtbar bis hin zu Terahertz-Pump und Extrem-Ultraviolett-Probe erlaubt. Diese Kombinationen ermöglichen es uns, unsere laufenden (SFB1073: Projekte A02, B07, B10; SFB1456, Projekt B01), neu begonnenen (SFB1633: Projekt C01) und geplanten (z.B. SFB-Initiative Göttingen, SFB-Initiative Marburg) wissenschaftlichen Fragestellungen im Bereich der Energiekonversion an Grenzflächen durchzuführen und messtechnisch weiterzuentwickeln. Darüber hinaus wird es das neue Ultrakurzpulssystem ermöglichen, die vorhandene zeitaufgelöste optische Spektroskopie signifikant zu verbessern und insbesondere neue THz Pump-Experimente im Bereich der Dynamik in Übergangsmetalldichalkogenid-Heterostrukturen in unserer Gruppe zu etablieren. Schließlich möchten wir mit dem neuen Aufbau unser Forschungsfeld in den kürzlich gestarteten THz-ARPES Bereich „lightwave electronics“ erweitern. Hier zielen wir insbesondere darauf ab, nicht nur die Anregung der Proben mit THz-Pulsen durchzuführen, sondern gleichzeitig mit ultrakurzen extrem ultravioletten Lichtpulsen die gesamte Bandstrukturdynamik im Impulsraum abzubilden. Zur Erfüllung der oben dargestellten Anforderungen soll das zu beschaffende Kurzpulslasersystem die folgenden Eigenschaften haben: Benötigt wird ein Femtosekunden-Laserverstärker mit Pulswiederholraten im Bereich von Single-Shot Betrieb bis hin zu hunderten Kilohertz mit gleichzeitig hoher Pulsenergie (hunderte Mikrojoule) und hoher mittlerer Leistung (ca. 200 W). Dieses Laser-system benötigt weiterhin eine Pulskompression, um Femtosekundenpulse im Bereich sub-40 fs mit hinreichender Energie bereitzustellen. Diese Pulse werden genutzt um gleichzeitig (i) Femtosekunden Pump-Probe-Spektroskopie, (ii) Erzeugung Höherer Harmonischer im extrem ultravioletten Bereich für den Probepuls und (iii) eine Frequenzkonversion des Pumppulses mittels eines optisch-parametrischen Verstärkers (OPA) zu erreichen. Differenzfrequenzerzeugung zwischen der Fundamentalen des Kurzpulslasersystems und dem Idler des OPA wird hierbei zur Bereitstellung von THz-Licht genutzt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Ultrakurzpuls-Lichtquelle: vom Terahertz- bis zum extremen Ultraviolettbereich
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Georg-August-Universität Göttingen
• Leiter: Professor Dr. Stefan Mathias