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Laser-generierte Strahlung

Hochintensive Laser eröffnen in der nichtlinearen Optik völlig neue Perspektiven, die – wie andere von solchen Lasern induzierte Effekte auch – von relativistischer Elektronendynamik geprägt sind. Von Anfang an war die wichtigste Anwendung der nichtlinearen Optik die Erzeugung von Licht mit Frequenzen, die sich von der eingestrahlten Frequenz unterscheiden. Bei nichtlinearer Optik mit hochintensiven Lasern rückt nun die Frequenzkonversion in den extremen UV- oder gar den Röntgenbereich in den Fokus des Interesses.

Tatsächlich eröffnet die Wechselwirkung hochintensiver Laser mit Materie gleich eine ganze Reihe von Zugängen für die Erzeugung kurzwelliger Strahlung verschiedener Eigenschaften. Die Erzeugung von Harmonischen hoher Ordnung an Oberflächen führt beispielsweise zu kohärenter XUV-Strahlung, während durch Thomson-Streuung an hochenergetischen Elektronen Röntgenstrahlung erzeugt werden kann. Ein gemeinsames Charakteristikum dieser Strahlungsquellen ist die vergleichsweise hohe Effizienz der Frequenzkonversion. Weiter zeichnen sich diese hochfrequenten Strahlungsquellen durch ihre extrem kurze Pulsdauer aus, die einerseits in Anwendungen hohe Zeitauflösungen ermöglicht und andererseits zu hohen Intensitäten führt.

Neben grundsätzlichen Fragestellungen ist diese Forschung stark durch die Vielzahl möglicher Anwendungen motiviert. Im Rahmen des HI Jena stehen dabei folgende Aspekte im Vordergrund:

  1. Die Präzisionsspektroskopie im XUV- und Röntgenbereich ist in gleicher Weise von der Strahlungsquellenentwicklung abhängig wie von der Spektrometerentwicklung.
  2. Hochintensive XUV- und Röntgenquellen können dazu benutzt werden, nichtlineare, korrelierte Mehrelektronenionisation zu induzieren und zu untersuchen.
  3. Die Leistungsfähigkeit von Röntgen-Freie-Elektronen-Lasern könnte dramatisch gesteigert werden, wenn eine hinreichend intensive, kohärente Röntgenquelle zur Verfügung stünde.