Erzeugung hoher Harmonischer durch die initiale Verschiebung und Geschwindigkeit photoionisierter Elektronen

• Antragsteller: Dr. Anton Husakou; Dr. Peter Jürgens
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533828881

Nichtlineare Optik und die Erzeugung hoher Harmonischer sind in der modernen Optik allgegenwärtig und stellen Schlüsseltechnologien für viele Anwendungen dar. Bisher wurden drei Mechanismen für die Erzeugung hoher Harmonischer identifiziert und untersucht: Harmonische aufgrund der Kerr-Nichtlinearität, Harmonische, erzeugt durch das Drei-Schritt Modell und Brunel Harmonische, die mit einer schnellen Änderung der Ladungsträgerdichte verbunden sind. Harmonische, die durch die initiale Verschiebung und die anfängliche Geschwindigkeit unmittelbar nach dem Anregungsereignis zurückzuführen sind, blieben dagegen bisher beinahe unbeachtet. Wie jedoch in unserem jüngsten Nature Physics Artikel und in unseren Voruntersuchungen für dieses Projekt gezeigt wurde, können die oben erwähnten, mit der Anregung zusammenhängenden Harmonischen potenziell stärker sein, als die drei bisher bekannten Mechanismen. Diese Erkenntnisse motivieren das aktuelle Projekt, das die umfassende Untersuchung der Mechanismen zur Erzeugung ionisationsbedingter Harmonischer umfasst. Im Rahmen des Projektes werden wir zunächst eine experimentelle Plattform zur Untersuchung von ionisationsbedingten Harmonischen in Gasen und Festkörpern entwerfen und implementieren. Die Charakterisierung der Harmonischen, insbesondere ihrer relativen Phase als Funktion der Laserparameter, wird es uns ermöglichen, zwischen den verschiedenen Mechanismen zu unterscheiden. Gleichzeitig und in enger Zusammenarbeit mit dem Experiment werden wir eine umfassende theoretische und numerische Beschreibung der ionisationsbedingten Harmonischen konzipieren und umsetzen. Dabei werden verschiedene Näherungsebenen verwendet, wie z.B. ein ADK Formalismus, eine Starkfeldnäherung sowie First-Principle-Lösungen der zeitabhängigen Schrödingergleichung. Schließlich werden wir in einer gemeinsamen experimentell-theoretischen Kooperation den Parameterraum entsprechend dem dominierenden Mechanismus zur Erzeugung von Harmonischen charakterisieren. Zu den Ergebnissen des Projekts gehören die theoretisch-numerische Beschreibung der Mechanismen zur Erzeugung von Harmonischen im Zusammenhang mit der Anregung, ein umfassender Versuchsaufbau zur Charakterisierung der Erzeugung von Harmonischen in Gasen und Festkörpern sowie ein tiefes Verständnis der ionisationsbedingten Mechanismen. Diese Ergebnisse werden einen wesentlichen Beitrag zum Stand der Technik auf dem Gebiet der Erzeugung hoher Harmonischer und der Starkfeldionisation leisten und eine Grundlage für weitere Studien und Anwendungen (z.B. im Bereich der Lasermaterialbearbeitung) bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen