Björn Minneker
Generation of spatio-temporal structured high-order harmonics
Dissertation
Friedrich-Schiller-Universität Jena; Physikalisch-Astronomische Fakultät (July 2023)
Generation of spatio-temporal structured high-order harmonics
Dissertation
Friedrich-Schiller-Universität Jena; Physikalisch-Astronomische Fakultät (July 2023)
Abstract:
Starke Laserfelder sind für die Erforschung der Laser-Atom-Dynamik in der modernen Physik unerlässlich. Die Erzeugung von Harmonischen höherer Ordnung (HHG) ist ein bedeutender Starkfeldprozess, bei welchem ein ionisiertes Elektron durch das elektrische Feld des einfallenden Lasers beschleunigt wird und anschließend mit seinem Mutterion rekombiniert. Das beschleunigte Elektron emittiert bei der Rekombination schlussendlich ein Photon, welches auf makroskopischer Ebene höherer harmonische Strahlung entspricht. Jüngste Fortschritte in der Lasertechnologie ermöglichen die Erzeugung intensiver Laserfelder im mittleren Infrarotbereich. Diese neuen Laserquellen erweitern den Parameterbereich der HHG erheblich bezüglich des schwach relativistischen Bereichs, in welchem das Magnetfeld des einfallenden Laserfeldes zu diesem Prozess beiträgt. In dieser Dissertation wird ein theoretisches Modell der HHG vorgestellt, welches eine formale Erweiterung der bekannten Starkfeld-Näherung auf den schwach relativistischen Bereich darstellt. Generell kann das Modell im Gegensatz zu aktuellen Ansätzen beliebig räumlich strukturierte Lichtfelder berücksichtigen und bietet somit die Möglichkeit, verdrillte Lichtstrahlen im schwach relativistischen Regime zu untersuchen. Das hier entwickelte Modell betrachtet explizit einen elliptisch polarisierten ebenen Laserstrahl als Beispiel. Darüber hinaus werden auch komplexere Laserfelder betrachtet und anschließend kurz diskutiert. Darüber hinaus wird in dieser Dissertation die Phasenanpassung im Kontext der HHG untersucht, die mit einer geringen Konversionseffizienz von weniger als 0, 1 % behaftet ist. Die Suche nach geeigneten externen Parametern, unter denen die Konversionseffizienz entsprechend hoch ist, ist daher von großem In- teresse für die Starkfeldgemeinde. Es wird ein analytischer Ausdruck für die kritische Intensität abgeleitet, der die Bedingung der Phasenanpassung für einen beliebigen Satz von Anfangsparametern erfüllt. Der Ansatz ist auf wasserstoffähnliche Edelgase und linear polarisierte Gauß-Laserpulse mit beliebigen Laserfeldparametern beschränkt, die die üblicherweise verwendeten Konfigurationen umfassen. Der analytische Fehler im Vergleich zu numerischen Berechnungen ist kleiner als 1 %, während die Berechnungszeit um vier bis sechs Größenordnungen verbessert wird.