Optische Impulse im Bereich von ein bis zwei Zyklen: Erzeugung, Charakterisierung und Anwendungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt verfolgte die Erzeugung, Charakterisierung und Anwendung von optischen Pulsen mit Pulsbreiten weniger optischer Zyklen. Basis ist die Verwendung von speziell für diesen Zweck entworfenen dispersiven Spiegeln. Mit diesen Pulsen wurden Experimente ermöglicht, die sich die Tatsache zunutze machen, dass die Dauer der Pulse mit der Dauer des optischen Zyklus vergleichbar wird, wobei in vielen Systemen Abhängigkeiten der Träger-Einhüllenden-Phase zu Tage treten. Es sind aus dem Projekt mehrere Weltrekorde hervorgegangen: Es konnte mit einer Dauer von etwa 4 fs der kürzeste Puls direkt aus einem Laseroszillator demonstriert werden. Mit Phasenstabilisierung bildet er einen optischen Wellenform-Synthesizer mit einer Auflösung bis nahe an die Periodendauer der optischen Trägerschwingung. Aus einem Hochenergieoszillator konnten mit 10 MW und mehr als 1014W/cm2 die höchsten Spitzenintensitäten direkt mit einem Laseroszillator gezeigt werden. Der Oszillator beruht auf einem langen Resonator, bei dem durch die reduzierte Wiederholrate die Pulsenergie entsprechend vergrößert ist. Mit diesem Laser konnten Doppelionisationsereignisse in Neon und sogar in Helium mit kHz-Wiederholraten nachgewiesen werden. Damit wird im Moment das Schwellverhalten der nichtsequenziellen Doppelionisation untersucht. In Kooperation mit Forschern der Uni Frankfurt wurden wegweisende Experimente und dazugehörige Simulationen zur Isotropiebrechung in Gasen durch Wechselwirkung mit phasenstabilen Pulsen weniger Femtosekunden Dauer durchgeführt. Es konnten fundamentale Zusammenhänge bezüglich der Wechselwirkung von Gasen mit Zwei-Zyklen-Pulsen aufgedeckt werden. Das Projekt ist auch nach seinem formalen Förderungsende bei weitem nicht beendet, sondern im Zuge des Umzugs nach Hannover konnten unter Einsatz von Berufungsmitteln noch deutliche Verbesserungen der Laserparameter realisiert werden. Diese Laserquellen sind weltweit einmalig, und viele weitere Anwendungen in diversen Gebieten der Kurzzeitphysik werden nun nach und nach realisierbar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Carrier-wave Rabi flopping: Role of the carrier-envelope phase, Optics Letters 29, 2160-2 (2004)
O.D. Mücke, T. Tritschler, M. Wegener, U. Morgner, F.X. Kärtner, G. Khitrova, H. M. Gibbs,
- Few-cycle pulses directly from a laser, in: FEW-CYCLE LASER PULSE GENERATION AND ITS APPLICATIONS, TOPICS IN APPLIED PHYSICS 95: 73-135 (2004), SPRINGER-VERLAG BERLIN
F.X. Kärtner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H.A. Haus, J.G. Fujimoto, E.P. Ippen,
- Carrierenvelope phase sensitive inversion, JOSA B22, 2065-75 (2005)
C. Jirauschek, L Duan, O.D. Mücke, F.X. Kaertner, M. Wegener, U. Morgner,
- Prism-based pulse shaperfor octave spanning spectra, IEEE Journ. Quant. Electron. 41, 1552-7 (2005)
T. Binhammer, E. Rittweger, R. Ell, F.X. Kärtner, U. Morgner,
- Determination of the Carrier-Envelope-Offset Phase of Few-Cycle Laser Pulses with Terahertz-Emission Spectroscopy, Nature Physics 2, 327 (2006)
M. Kreß, T. Löffler, M.D. Thomson, R. Dörner, H. Gimpel, K. Zrost, T. Ergler, R. Moshammer, U. Morgner, J. Ullrich, H.G. Roskos,
- Morgner, lonization of noble gases with pulses directly from a laser oscillator, Optics Letters 31, 2072 (2006)
S. Dewald, T. Lang, C. D. Schröter, R. Moshammer, J. Ullrich, M. Siegel, U.
- Pulse Shaping and Temporal Superresolution towards Single-Cycle Pulses, Optics Letters 31, 1552 (2006)
T. Binhammer, E. Rittweger, U. Morgner, R. Ell, F.X. Kärtner,
