Dokument: Propagation Dynamics and High Harmonic Generation Using High Contrast Ultrashort Laser Pulses

Titel:	Propagation Dynamics and High Harmonic Generation Using High Contrast Ultrashort Laser Pulses
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=25741
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20130513-095902-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Giesecke, Anna Lena [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 35,19 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 13.05.2013 / geändert 13.05.2013
Beitragende:	Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter] Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter]
Stichwörter:	laser, harmonics, optics, dispersion, ultrashort, femtosecond, attosecond, pulses
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	The interaction of ultrashort laser pulses with both, solid and gaseous targets using high contrast laser systems is investigated in two different intensity regimes. Firstly, gaseous targets were irradiated by a 10 fs laser pulse focused to an intensity of 6E10^16 W/cm^2 to study the nonlinear interaction during the laser pulse propagation. Secondly, solid targets with periodically modulated surfaces were used to generate high harmonic radiation apart from the specular direction of the laser by using the 27 fs laser pulse of the ARCTURUS laser at a focal spot intensity of 2E10^20W/cm^2. In order to provide a high temporal laser contrast, a plasma mirror system was built and implemented into the ARCTURUS laser system in the course of these experiments. The characterisation of this device shows a temporal contrast of 10^-11 and a high energy throughput (80%). The first experiment gives insights into the influence of the gas pressure on the spectral phase of the laser pulse. Studying the laser pulse propagation through different noble gases (helium, neon and argon) is relevant for the generation of high harmonics from gaseous targets which can be used as a source for applications applying ultrahigh time resolution. The high temporal contrast of the FEMTOPOWER compact PRO laser system allows to analyse the interaction processes without strong preplasma effects. This is especially important for investigating the impact of the ionisation process through optical field ionisation. It was found that rising the gas pressure leads to a change of the second-order dispersion coefficient from negative to positive values for helium gas. The interplay of ionisation and Kerr-effect is discussed by means of numerical simulations. The second experiment demonstrates the first evidence of high harmonic emission from periodically modulated targets. The intense pulse of the ARCTURUS laser was focused onto the grating targets close to normal incidence (5 degrees). Harmonic radiation was detected along the target surface, largely separated from the specular direction of the laser, which enables various applications to benefit from this new generation method due to the possibility to omit strong filters. The generation process was studied over a broad wavelength range (from second order up to 45th order). Moreover, the influences of different parameters on the high harmonic emission such as grating periodicity, preplasma, incidence angle etc. were investigated by means of 2D PIC simulations. Based on the results of experiment and simulations, a very good understanding of the interplay of the different parameters that influence the generation of high harmonics from grating targets was obtained. The results show that the spectral properties of the grating harmonics can be controlled by changing the grating parameters. Die Untersuchung der Laser-Plasma-Wechselwirkung mithilfe von Laserpulsen mit hohem Kontrast ist von großem Interesse für viele Anwendungen wie beispielsweise die Suche nach neuartigen Röntgenstrahlungsquellen, die sich bestens für die Erforschung von inneratomaren Strukturveränderungen eignen. In dieser Arbeit wurde mithilfe von Lasersystemen mit hohem zeitlichen Kontrast die Wechselwirkung von ultrakurzen Laserpulsen mit sowohl Festkörpern als auch gasförmigen Targetmaterialien in zwei verschiedenen Intensitätsregimen untersucht. Zunächst wurde eine Untersuchung der nichtlinearen Wechselwirkungen während der Laserpulspropagation eines 10 fs-Laserpulses bei einer fokussierten Intensität von 6E10^16W/cm^2 in gasförmigen Targets durchgeführt. Darüber hinaus wurden Festkörpertargets mit periodisch modulierten Oberflächen für die Erzeugung Hoher Harmonischer Strahlung genutzt, die unabhängig von der spekularen Richtung des Lasers gemessen wurde. Hierzu wurden die 27 fs-Laserpulse des ARCTURUS-Lasers mit einer Intensität von 2E10^20 W/cm^2 fokussiert. Um einen hohen zeitlichen Laserkontrast zu gewährleisten, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Plasmaspiegelsystem gebaut und in das ARCUTURUS Lasersystem implementiert. Die Charakterisierung dieses Geräts ergab einen zeitlichen Kontrast von 10^-11und einen hohen Energiedurchsatz von 80 %. Das erste Experiment ermöglicht Einblicke in den Einfluss des Gasdrucks auf die spektrale Phase des Laserpulses. Die Untersuchung der Laserpulspropagation durch verschiedene Edelgase (Helium, Neon und Argon) ist von Relevanz für die Erzeugung von Hoher Harmonischer Strahlung in gasförmigen Targets, die für Anwendungen mit ultrahoher Zeitauflösung genutzt werden kann. Der hohe zeitliche Kontrast des FEMTOPOWER compact PRO Lasersystems ermöglicht die Untersuchung des Wechselwirkungsprozesses ohne starke Vorplasma-Effekte. Dies ist für die Betrachtung der Einflüsse des Ionisationsprozesses durch optische Feldionisation von besonderer Bedeutung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erhöhung des Helium-Gasdrucks zu einer Änderung des Dispersionskoeffizienten zweiter Ordnung von negativen hin zu positiven Werten führt. Das Wechselspiel von Ionisation und Kerr-Effekt wird mithilfe von numerischen Simulationen diskutiert. Das zweite Experiment demonstriert den ersten Beleg für die Abstrahlung von Hohen Harmonischen von Targets mit periodisch modulierten Oberflächen. Der intensive Laserpuls des ARCTURUS-Lasers wurde nahe des lotrechten Einfalls (5 Grad) auf die Gittertargets fokussiert. Harmonische Strahlung konnte entlang der Oberfläche des Targets detektiert werden. Damit befindet sich die Strahlung weit entfernt von der spekularen Richtung des Lasers, was aufgrund der Möglichkeit, auf starke Filter zu verzichten, verschiedensten Anwendungen erlaubt, von dieser neuen Erzeugungsmethode zu profitieren. Der Erzeugungsprozess wurde über einen breiten Wellenlängenbereich untersucht (zweite Ordnung bis zur 45.Ordnung). Des Weiteren fand eine Analyse der Einflüsse verschiedener Parameter wie beispielsweise Gitterperiodizität, Vorplasma, Einfallswinkel etc. auf den Erzeugungsprozess der Hohen Harmonischen Strahlung mithilfe von 2D PIC-Simulationen statt. Auf Basis der Resultate von Experiment und Simulation, konnte ein sehr gutes Verständnis des Zusammenspiels der verschiedenen Parameter, welche die Harmonischen-Erzeugung von Gittertargets beeinflussen, gewonnen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die spektralen Eigenschaften der Hohen Harmonischen durch die Änderung der Gitterparameter kontrolliert werden können.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	13.05.2013
Dateien geändert am:	13.05.2013
Promotionsantrag am:	31.01.2013
Datum der Promotion:	19.04.2013