Erzeugung ultraschneller UV-Pulse

Projektleiter: Prof. Dr. Reinhard Kienberger
Projekt-Koordinator der King Saud Universität: Prof. Dr. Abdallah Azzeer

Bereits seit mehreren Jahren stehen ultrakurze Laserpulse aus nur wenigen Wellenzügen im Grenzbereich der sichtbaren/Infrarot-Strahlung (bei Wellenlängen von ca. 800 Nanometern) zur Verfügung. Die Bereitstellung solcher Lichtpulse im ultravioletten oder nah-infraroten Spektralbereich würde völlig neue Forschungsperspektiven eröffnen. Das vorliegende Projekt zielt darauf, mit extrem intensiven 800-Nanometer-Laserpulsen aus wenigen Wellenzügen in hochdichten Edelgasen Harmonische im ultravioletten Spektralbereich zu erzeugen.

Die Erzeugung Harmonischer mit nichtlinearen Kristallen ist derzeit eine bewährte Standardtechnik, um kohärente gepulste Laserstrahlung aus dem sichtbaren oder nah-infraroten Spektralbereich in UV-Strahlung umzuwandeln. Die Anforderung, dass Grundschwingung und Harmonische gleiche Phasengeschwindigkeit besitzen müssen, hat die effiziente Konversion jedoch auf den nahen UV-Bereich begrenzt und auf Pulse, die aus einigen oder vielen Wellenzügen bestehen.

In diesem Projekt sollen statt der Kristalle Edelgase als nichtlineare Medien verwendet werden. Sie bieten folgenden Vorteile: eine niedrige Dispersion, eine hohe Stabilität gegenüber Schäden (d.h. Ionisation), und eine variable und anpassbare Materiedichte. In Edelgasen lassen sich überdies Harmonische ungerader Ordnung aus intensiven Laserpulsen, die aus annähernd nur einem Wellenzug bestehen, bei Wellenlängen von 800 Nanometern erzeugen.

Die Erzeugung von Harmonischen der 3., 5., 7. , 9. oder eventuell noch höheren Ordnungen bietet das Potential, Lichtpulse im tiefen oder extremen UV-Bereich mit extrem kurzer Dauer zu erzeugen, sogar Pulsdauern bis hin zu einer Femtosekunde sind in Reichweite. So intensive Lichtpulse im tiefen und extremen UV-Bereich ermöglichen es erstmals, auf molekularen Orbitalen Wellenpakete aus Elektronen zu erzeugen und ihre Bewegung mit dem starken elektrischen Feld der kurzen Laserpulse zu steuern. Das stellt einen völlig neuen Weg der kohärenten Kontrolle molekularer Prozesse und chemischer Reaktionen dar.