High repetition rate high power laser system for mid-IR experiments

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525701038

Forschungsziel ist die Kontrolle der makroskopischen Eigenschaften komplexer Quantenmaterialien in Wechselwirkung mit ultrakurzen Lichtpulsen. Durch diesen Vorschlag werden wir eine neuartige Spektroskopie etablieren, um experimentell Schlüsselaspekte der resonanten Anregung von Vibrations- und elektronischen Moden im mittleren IR für Proben in einer maßgeschneiderten kryogenen elektromagnetischen Umgebung zu untersuchen. Wir werden einen mehrdimensionalen Pump-and-Probe-Aufbau implementieren, der in der Lage ist, die zeitliche Entwicklung der optischen Leitfähigkeit komplexer Quantenmaterialien im Anschluss an den mehrfach resonanten Antrieb von niederenergetischen Schwingungsmoden, elektronischer oder magnetischer Natur zu messen. Im Detail schlage ich hier einen neuartigen spektroskopischen Ansatz vor, der in der Lage ist, kleine Änderungen der dielektrischen Funktion in einem breiten Energiebereich von 3 eV (400 nm) bis 0,1 eV (0,015 mm) nach mehrfacher Anregung im mittleren IR-Bereich zu messen. Um adäquate Laserpulse im mittleren IR und im sichtbaren Bereich zu erzeugen, werden wir ein Lasersystem erwerben, das ultrakurze Hochenergiepulse (Energie pro Puls > 1,5 mJ) mit hoher Wiederholungsrate (50 KHz) liefern kann. Der von der Quelle erzeugte Laserpuls sollte in vier Pulse aufgeteilt werden, von denen einer zur Erzeugung von THz-Pulsen (bei 1028 nm) verwendet wird, und 3 pumpende optische parametrische Verstärker (OPA), die so ausgelegt sind, dass sie intrinsisch synchronisierte Pulse erzeugen, die im sichtbaren und mittleren IR-Bereich abstimmbar sind. Im Einzelnen sind die OPA: 1) Doppelte OPA- und Differenzfrequenzerzeugung zur Erzeugung von CEP-Mittel-IR-Pulsen, abstimmbar zwischen 5 und 20 µm (Pulsenenergie >1µJ zvon 5 bis 15µm; 2) OPA im mittleren IR von 2 bis 10µm mit Puslenergie >1µJ im gesamten Bereich; 3) Sichtbarer OPA einstellbar zwischen 600 und 900 nm (Impulsdauer < 30 fs). Das Lasersystem liefert unabhängig abstimmbare Pulse im mittleren Infrarotbereich, die in der Lage sind, niederenergetische Anregungen wie Phononenmoden, elektronische Lücken (supraleitend und CDW) und Spinanregung resonant anzutreiben. Eine solche Quelle wird das Rückgrat von Experimenten sein, die darauf abzielen, die Supraleitung durch mehrfache Photoanregungen zu steuern. Die Forschungseinheit wird die Messung der Reaktion auf Photoanregung in einem großen Wellenlängenbereich (von 400 bis 10000 nm) in Einzelaufnahmen bei 40 KHz ermöglichen. Die Formung sichtbarer Lichtpulse mit hoher Wiederholrate wird stochastische Spektroskopie mit MIR-Anregungsschemata ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: High repetion rate high power laser system for mid-IR experiments
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiter: Professor Dr. Daniele Fausti