Dokument: Elektronenbeschleunigung und Erzeugung von Röntgenstrahlung bei der Wechselwirkung hochintensiver few-cycle Laserpulse mit Festkörpern

Titel:	Elektronenbeschleunigung und Erzeugung von Röntgenstrahlung bei der Wechselwirkung hochintensiver few-cycle Laserpulse mit Festkörpern
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3435
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20060629-001435-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Brandl, Felix [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,27 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter] Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter]
Stichwörter:	Laserpulse, ultrakurz, Elektronenbeschleunigung, Röntgenstrahlung
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibung:	Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wechselwirkung von few-cycle Laserpulsen mit einer Pulsdauer von ca. 10 fs (fs = Femto-Sekunde = 10^-15 s) und einer Intensität von einigen 10^16 W/cm^2 mit Festkörpern untersucht. Das Hauptcharakteristikum dabei war, dass wegen der geringen hydrodynamischen Expansion die Ausdehnung des Vorplasmas, dass sich bis zum Eintreffen der Spitzenintensität bilden kann, viel kleiner war als bei vergleichbaren Experimenten mit längeren Laserpulsen. Dies erlaubte eine Studie der Wechselwirkung der Laserpulse mit der dichten Materie der Festkörperoberfläche und nicht, wie üblich, mit dem viel dünneren Vorplasma. Die Interaktion wurde über die Beschleunigung von Elektronen untersucht. Zum einen traten diese in den Festkörper ein und konnten anhand der dort produzierten Röntgenstrahlung untersucht werden. Zum anderen wurden schnelle Teilchen in den Vakuumbereich vor dem Material emittiert, deren Richtungsverteilung und Spektrum gemessen wurde. Dabei konnten signifikante Emissionsmaxima gefunden und erklärt werden. Es gelang sogar, die Veränderung der Wechselwirkung während eines Laserpulses nachzuweisen. Es zeigte sich, dass die Elektronenbeschleunigung auf die unerwartet hohen Energien durch ein delikates Zusammenspiel des Interferenzfeldes aus einlaufendem und reflektiertem Laser, das sich vor der Oberfläche ausbildet mit elastischen Elektronen-Atom-Stößen im Material, die die Teilchen wieder ins Vakuum zurückstreuen, erklärt werden kann. Unabhängige Messungen des im Laserfokus entstehenden Plasmas im XUV-Spektralbereich bestätigen die geringe Expansion des Materials bis zum Eintreffen der Puls-Spitze. Zur Durchführung der Experimente wurden zunächst Laserpulse von ca. 25 bis 30 fs Dauer in einem kommerziellen Lasersystem erzeugt. Zur weiteren Verkürzung wurden diese durch Selbstphasenmodulation in einer mit Edelgas gefüllten Hohlfaser spektral verbreitert und danach mit einem Satz dispersiver Spiegel zeitlich komprimiert. Dabei entstanden Lichtpulse, deren elektromagnetisches Feld nur noch wenige Male schwingt (sog. few-cycle Laserpulse). Diese wurden mit einem Parabolspiegel auf eine räumliche Ausdehnung von wenigen µm fokussiert. Trotz der vergleichsweise geringen Energie von etwas über 100 µJ pro Puls konnten so im Fokus Intensitäten über 10^16 W/cm^2 erzeugt werden. Je nach Experiment wurden unterschiedliche Atomsorten beschossen: Metalle von Aluminium bis Indium für die Röntgenstrahlungserzeugung sowie Isolatoren wie Bor-Nitrid und mit Metallschichten bedampfte Glassubstrate für die Untersuchung der ins Vakuum beschleunigten Elektronen. Die Temperatur der ins Vakuum beschleunigten Elektronen wurde bei geeigneter Wahl der experimentellen Parameter zu über 20 keV bestimmt und kinetische Energien von deutlich über 100 keV konnten nachgewiesen werden. Eigens entwickelte Monte-Carlo-Simulationen der Teilchenbahnen vor und im Festkörper erlaubten eine Vertiefung des Verständnisses der Interaktion. Mit ihnen konnten sowohl die Emission von Elektronen ins Vakuum wie auch die Produktionseffizienz und Pulsdauer von charakteristischer Röntgenstrahlung modelliert werden. Letzteres ergab eine Temperatur von 10 keV für die ins Material eindringenden Partikel sowie eine Röntgenpulsdauer unter 100 fs. Schließlich wurde die Anwendbarkeit der erzeugten Röntgenstrahlung für Beugungsexperimente nachgewiesen, indem ihre anormale Transmission durch perfekte Kristalle (sog. Borrmann-Effekt) demonstriert wurde. Daraus ergibt sich die Perspektive, in naher Zukunft Röntgenpulse für Strukturuntersuchungen mit einer Zeitauflösung besser als 100 fs anwendbar zu machen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	29.06.2006
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	26.06.2006
Datum der Promotion:	26.06.2006