Erzeugung von multi-mJ Laserimpulsen mit einer Dauer weniger Zyklen im mittleren Infrarot für die Untersuchung Soliton-induzierter ultraschneller Phänomene in atomaren- und molekularen Gasen unter Verwendung dielektrisch-beschichteter metallischer Hohlkernfasern

• Antragsteller: Dr. Uwe Griebner; Privatdozent Dr. Joachim Herrmann; Dr. Anton Husakou
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443415906

Ein bereits existierendes, multi-mJ OPCPA Ultrakurzpuls Lasersystem im mittleren Infrarot (MIR) mit einer Wiederholrate von 1 kHz (3 mJ, 5 Mikrometer) wird in den Spektralbereich von 7 bis 12 µm erweitert und zur Untersuchung nichtlinearer Prozesse in dielektrisch beschichteten metallischen Hohlkernfasern (DM-HCF) verwendet. Die Nutzung von DM-HCFs erlaubt den Zugang zu einen neuen Bereich der nichtlinearer Optik im MIR, der bisher mit anderen Wellenleitern nicht zugänglich ist, wobei neuartige spektrale und Zeit-abhängige Phänomene bei ultraschnellen nichtlinearen Prozessen zu erwarten sind. Insbesondere sollen Soliton-induzierte Effekte im Spektralbereich von 5-12 Mikrometern theoretisch und experimentell untersucht werden, wie die Soliton-Pulspropagation, die Soliton-Selbstkompression und die Soliton-induzierte Superkontinuum-Erzeugung. Die Ziele Im Einzelnen:(1) Erweiterung des bestehenden MIR OPCPA-Systems, wodurch die Erzeugung ultrakurzer Impulse im Wellenlängenbereich von 7-12 Mikrometer mit einer Energie im mJ Bereich möglich wird.(2) Theoretische und experimentelle Untersuchung von DM-HCFs für Impuls-Selbstkompression im anomalen Dispersionsbereich im Spektralbereich 5-12 Mikrometern. Die Anwendung von DM-HCFs liefert eine neue Kompressionstechnik in einem bisher nicht zugänglichen Spektralbereich. Weiterhin gestatten DM-HCFs die Kompression von Impulsen mit viel höherer Energie im Vergleich zu HCFs aus Glas.(3) Theoretische und experimentelle Untersuchung der Erzeugung von Superkontinua in DM-HCFs, welche mit einem Gas gefüllt sind. Die Anwendung der mJ MIR-Pumpimpulse wird die Erzeugung extrem breitbandiger Superkontinua ermöglichen, die sich bis in den THz-Bereich erstrecken.(4) Die Solitonenausbreitung von MIR Impulsen in gasgefüllten DM-HCFs wird in Abhängigkeit von Wellenlänge und Pulsenergie untersucht. Solitonen im angestrebten Spektralbereich von 3-12 Mikrometern konnten bisher nicht realisiert werden.(5) Erzeugung hochenergetischer THz-Impulse in Gasen unter Verwendung der Zweifarben-Impulstechnik, wobei die THz-Ausbeute unter Verwendung von MIR Impulsen im Vergleich zu Pumpimpulsen im nahen IR um ein bis zwei Größenordnungen gesteigert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen