Untersuchungen der Wellenlängenabhängigkeit von Ionisationsprozessen von Xenon und Krypton in starken ultra-kurzen Laserfeldern

Die Beobachtung dynamischer Vorgänge steht nach wie vor im Mittelpunkt zahlreicher Forschungen auf vielen, <br>nicht nur physikalischen, Arbeitsgebieten. Die Beobachtung der <br>Dynamik eines Prozesses trägt oft wesentlich mehr zum Verständnis <br>der Physik bei als ausschließlich die Messung eines Endzustands <br>nach einer Wechselwirkung. Die zeitliche Auflösung, mit der ein <br>Prozess studiert werden kann, hängt sowohl von der Geschwindigkeit <br>ab, mit welcher der Prozess abläuft, als auch von den zur <br>Verfügung stehenden experimentellen Methoden, um den Vorgang zu <br>beobachten. Eine besondere Herausforderung an die Beobachter <br>stellt die atomare Bewegung in z.B. chemischen Reaktionen dar. Um <br>eine solche Dynamik auf atomaren Skalen über eine Distanz von <br>1 Angström zu verfolgen wird eine Zeitauflösung von circa 100 fs (= <br>10^-15 s benötigt. Die Wechselwirkung <br>von solch ultra-kurzen fs-Laserpulsen bei hohen Intensitäten <br>(10^12-10^15 W/cm^2) mit einzelnen Atomen, insbesondere <br>den Edelgasen, ist seit mehreren Jahrzehnten Gegenstand <br>zahlreicher experimenteller und theoretischer Untersuchungen. Bei <br>diesen hohen Intensitäten kann ein Atom durch Absorption mehrerer <br>Photonen ionisiert werden (MPI) bzw. das Coulomb-Potential wird <br>durch das starke Laserfeld so verbogen, dass ein Potentialwall <br>entsteht, durch den ein Elektron tunneln kann (TI). Die einfache <br>Ionisation eines Atoms kann sehr gut durch theoretische Modelle <br>beschrieben werden. Die Dynamik der Doppelionisation (DI) von <br>Atomen in ultrakurzen intensiven Laserpulsen stellt jedoch eine <br>besondere Herausforderung sowohl für experimentelle als auch <br>theoretische Zugänge dar. Erste Messungen der DI an Xenon von A. <br>L'Huillier et <br>al. haben gezeigt, dass die experimentellen Ergebnisse theoretisch <br>nicht mit zwei sequentiellen MPI- oder TI-Prozessen verstanden <br>werden können. Theorien, welche die experimentellen Daten <br>reproduzieren, berücksichtigen entweder die elektronische Struktur <br>des Atoms bzw. Ions oder beinhalten eine Korrelation der beiden <br>Elektronen, die als Rückstreuung betrachtet werden kann. Letzteres <br>Modell geht zunächst von der Befreiung eines Elektrons durch den <br>intensiven Laserpuls aus. Anschließend oszilliert dieses Elektron <br>im elektrischen Feld des Lasers und kann durch einen Rückstoß das <br>zweite Elektron befreien. Einige Experimente bei relativ hohen <br>Intensitäten unterstützen dieses Modell. Bisher konnte allerdings <br>nicht geklärt werden, warum selbst bei kleinen Intensitäten <br>doppelt geladene Ionen beobachtet werden, obwohl die <br>Rückstreuenergie nicht für einen Ionisationsprozess ausreicht. <br>Bisher wurden noch keine systematischen Studien über einen <br>größeren Wellenlängenbereich bei fester Intensität durchgeführt. <br>Durch solche Studien ist es jedoch möglich, den Einfluss von <br>Resonanzen auf die Ionisationsprozesse zu untersuchen. <br> <br>Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen die Untersuchung der <br>Frequenzabhängigkeit der Einfachionisation von Xenon in intensiven <br>ultrakurzen Laserfeldern im sichtbaren Bereich und das Studium der <br>nicht-sequentiellen Doppelionisation (NSDI) von Xenon und Krypton <br>bei verschiedenen Wellenlängen im nahen Infrarot. <br> <br>Das erste Kapitel der Arbeit führt in die Physik der <br>Wechselwirkung von Atomen mit starken Laserfeldern ein und <br>diskutiert die wichtigsten Theorien und experimentellen Ergebnisse <br>aus diesem Gebiet. <br> <br>Kapitel 2 gibt einen Überblick über die Doppelionisaiton (DI) von <br>Atomen in starken Laserfeldern. Dabei werden sowohl experimentelle <br>Untersuchungen vorgestellt, als auch verschiedene Theorien <br>erörtert. <br> <br>Die experimentellen Techniken, die eingesetzt wurden um die <br>intensiven ultrakurzen Laserpulse zu erzeugen, die Flugzeit der <br>Ionen zu messen und die Impulsverteilung der Elektronen zu <br>bestimmen, werden in Kapitel 3 erläutert. <br> <br>Das 4. Kapitel beschreibt, wie aus den gemessenen Rohdaten für die <br>Photoelektronen, die in Form von CCD Bildern vorliegen, mit Hilfe <br>der sogenannten Abeltransformation <br>die Impulsverteilung <br>der Elektronen gewonnen werden kann. <br> <br>Kapitel 5 stellt die Untersuchung der Wellenlängenabhängigkeit der <br>MPI von Xenon in 160 fs Laserpulsen bei 13 und 5 TW/cm^2 vor. <br>Erstmals wurde bei diesen Pulslängen und Intensitäten systematisch <br>die Wellenlängenabhängigkeit der MPI über einen Bereich von 505 <br>bis 636 nm untersucht. <br> <br>Die Wellenlängenabhängigkeit der NSDI von Xenon und Krypton ist <br>Schwerpunkt des 6. Kapitels. Durch Untersuchungen bei Wellenlängen <br>zwischen 790 und 815 nm sowie 1150 und 1560 nm wurden deutliche <br>Indizien für den starken Einfluss einer Innerschalenresonanz auf <br>den DI-Prozess gefunden. Ein kombiniertes Modell aus Rückstreuung <br>und Innerschalenanregung kann zum Verständnis der NSDI beisteuern.

Author dc:creator

• Kaminski, Patrick

Contributors dc:contributor

• Helm, Hanspeter

• Multiphotonenionisation
• ATI
• Wellenlängenabhängigkeit
• Laserpulse
• starke Laserfelder
• ultrakurz
• fs
• wavelength dependence
• strong fields
• multiphoton ionization
• tunneling ionization
• above-threshold ionization

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