Kontrolle von HHG mit geformten Mehrfarbigen Lichtwellen

Den Kern von Starkfeldphänomene, von denen die Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) eines der prominentesten Beispiele ist, bilden Elektronentrajektorien die mit Tunnel-ionisation beginnen und in den meisten Fällen ~1 fs später mit der Rekollision des Kontinuumselektrons mit dem Ion, das es zurückgelassen hatte, enden. Diese Trajektorien werden direkt von dem oszillierenden elektrischen Feld von Laserpulsen gesteuert, so daß vollständige Kontrolle über die Wellenform des Lichts auch direkte Kontrolle über die ultraschnellen Elektronentrajektorien impliziert. Dieses bahnbrechenden Niveaus von Kontrolle ist kürzlich in Reichweite gelangt als die Gruppe von Andrius Baltuška am Institut für Photonik in Wien einen optischen parametrischen Verstärker (OPA) demonstriert haben, der Signal- und Idler-Pulse bei jeweils 1.5 m und 3.0 m erzeugt, die phasengekoppelt sind mit dem aktiv Träger-Einhüllenden-Phasen-stabilisierten Yb-basierten Pumplaser, der bei 1.0 m arbeitet. Mit diesen drei gegenseitig und absolut phasengesperrten Farbkomponenten wird die Synthese von Wellenformen möglich. In diesem Projekt schlagen wir vor, basierend auf der in Wien bereits entwickelten Technologie einen Mehrfarb- Wellenform-Synthesizer zu entwickeln, der ausreichend Intensität zur Erzeugung von hohen Harmonischen zur Verfügung stellt. Zu diesem Zweck wird ein auf dem in Wien schon erprobten Yb,Na:CaF2 Verstärkerkristall basierender, absolut phasenstabilisierter, <200 fs Pumplaser mit mJ Pulsenergie bei 1kHz entwickelt werden, sowie ein Mehrfarb-Interferometer mit sub-Laserperioden Stabilität. Wir werden dann die Möglichkeiten der mehrfarbigen OPA-Quelle demonstrieren indem wir zeigen, wie eine entsprechend entworfene Wellenform erlaubt, hohe Harmonische mit höheren Photonenenergien und mit weit überlegener Effizienz zu erzeugen, wobei mit einem einfarbigen Laserpuls verglichen wird, der im gesättigten Regime (begrenzt durch Ionisation des Mediums) hohe Harmonische erzeugt. Hierfür wird die Ionisationswahrscheinlichkeit an wenigen ausgewählten Zeitpunkten während des Pulses konzentriert werden müssen, nach denen jeweils ein optimierter beschleunigender Feldausschlag folgt, der das Elektron während einer möglichst kurzen Exkursionsdauer zu sehr hohen kinetischen Energien treibt. Eine solche Wellenform, benannt "the perfect wave" wurde kürzlich von Jon Marangos` Gruppe am Imperial College London, mit der wir in für im Rahmen dieses Projektes zusammenarbeiten werden, vorgeschlagen. Diese Demonstration wird das Potential des Engineering von Elektronentrjektorien beweisen; z.B. für die Erzeugung von intensiven Femtosekunden- order sogar Attosekunden-Rötgenpulsen im sogenannten "Wasserfenster" oder für das Sondieren von Attosekundendynamik in Molekülen mittels eines gestalteten Elektronenwellenpakets .