Dokument: Kapitza-Dirac Effects of Free Electrons in Two-Color Laser Fields

Titel:	Kapitza-Dirac Effects of Free Electrons in Two-Color Laser Fields
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=42160
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20170425-114624-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dellweg, Matthias [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,81 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.04.2017 / geändert 22.04.2017
Beitragende:	Univ.-Prof. Dr. Dr. Müller, Carsten [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Bruß, Dagmar [Gutachter]
Stichwörter:	Theoretical Physics; Atomic Physics; Quantum Physics; Light-Matter Interaction; Kapitza-Dirac Diffraction
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	The Kapitza-Dirac effect is the stimulated version of Compton scattering of free electrons from a standing electromagnetic wave. It can also be understood as the diffraction of the electron matter wave from the light lattice given by the ponderomotive potential of the standing wave. Despite the original idea dating back to the early days of quantum mechanics, a direct experimental proof has been accomplished only recently. In this thesis, we investigate two generalization schemes of the Kapitza-Dirac effect, both of which deploy bichromatic laser fields to influence the dynamics of the scattering. We show that the combination of two standing light waves with commensurate frequencies leads to distinct quantum interference. The relative phase between the nodes of the two color components plays an important role as a control parameter. On the other hand, we demonstrate that electrons can be scattered resonantly from non-standing, counterpropagating and differently colored laser waves as well. The interaction now comprises the exchange of three photons, and the aforementioned phase becomes immaterial. Instead, the polarization states of the photons gain key importance. We develop various methods to describe the electron scattering from such field configurations and characterize the influence of different laser polarizations on the electron spin. We present diverse configurations therein which allows coherent control of the spin. By a special sequence of three different Kapitza-Dirac scattering events, we develop the theoretical basis for a spin-polarizing electron beam splitter. It effectively acts as a Stern-Gerlach magnet for free electrons and so provides a possible answer to the longstanding question of the realizability of such a device. Der Kapitza-Dirac-Effekt ist die stimulierte Version der Compton-Streuung von freien Elektronen an einer stehenden elektromagnetischen Welle. Gleichzeitig lässt er sich als Streuung einer Elektronenwelle an dem Lichtgitter verstehen, welches durch das pondermotorische Potential der stehenden Welle gegeben ist. Obwohl die initiale Idee der Namensgeber zur frühen Geschichte der Quantenmechanik gehört, ist ein direkter experimenteller Nachweis erst vor wenigen Jahren gelungen. In der vorliegenden theoretischen Arbeit untersuchen wir zwei Verallgemeinerungen des Kapitza-Dirac-Effekts, die zweifarbige Laserfelder verwenden um die Dynamik der Streuung zu beeinflussen. Wir zeigen, dass die Kombination von zwei stehenden Wellen mit kommensurablen Frequenzen zu deutlichen Quanteninterferenzen führt. Die relative Phase zwischen den Knotenpunkten der zwei Farbkomponenten wird dabei zu einem wichtigen Kontrollparameter. Andererseits demonstrieren wir, dass Elektronen auch an nichtstehenden, gegenläufigen und verschiedenfarbigen Laserwellen resonant gestreut werden können. Die Wechselwirkung beinhaltet hier den Austausch von drei Photonen und die oben genannte Phase tritt in den Hintergrund. Dafür erhalten die Polarisationszustände der Photonen eine Schlüsselrolle. Wir entwickeln verschiedene Methoden, die Streuung der Elektronen in diesen Feldern zu beschreiben, und charakterisieren den Einfluss verschiedener Laserpolarisationen auf den Spin der Elektronen. Wir erabeiten darunter verschiedene Konfigurationen, die es erlauben den Spin kohärent zu kontrollieren. Durch eine spezielle Abfolge von drei verschiedenen Kapitza-Dirac-Streuvorgängen konstruieren wir theoretisch einen spinpolarisierenden Elektronenstrahlteiler. Dieser repräsentiert in seiner Wirkweise einen Stern-Gerlach-Magneten für freie Elektronen und liefert so eine mögliche Antwort auf die seit langem diskutierte Frage der Realisierbarkeit eines solchen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Theoretische Physik
Dokument erstellt am:	25.04.2017
Dateien geändert am:	25.04.2017
Promotionsantrag am:	27.01.2017
Datum der Promotion:	06.04.2017