Experimentierkammer 3: Wechselwirkung mit gasförmigen Medien
Experimentierkammer 3: Wechselwirkung mit gasförmigen Medien
Die Laserpulse werden hier mit einem langbrennweitigen Parabolspiegel fokussiert, so dass ein relativ großer Brennpunkt entsteht (ca. 40 µm) in dem die Intensität Werte von einigen 1015 W/cm2 erreicht. In diesem Brennpunkt wird Gas bereitgestellt, nämlich als
- Gasstrahl, der aus einer gepulsten Gasdüse austritt;
- Gaszelle (gasgefülltes Metallröhrchen, dessen Wände vom Laser durchbohrt werden);
- Hintergrundgas: die ganze Kammer ist mit äußerst niederem Gasdruck gefüllt.
Ionisiertes Gas im Laserfokus: Blick auf die Gasdüse (Loch im Zentrum). Das Gas im Bereich des fokussierten Laserpulses wird ionisiert und leuchtet (horizontaler heller Strich im Zentrum). (Foto: D. Hemmers)
In unseren Forschungsarbeiten untersuchen wir hier die Wechselwirkung der intensiven Lichtpulse mit verschiedenen Gasen. Ein Schwerpunkt ist die dabei entstehende kohärente harte Strahlung, mit der in einer angeschlossenen Diagnosekammer weiterführende Experimente gemacht werden. Konkrete Themenbereiche:
- Ionisationsdynamik verschiedener Gase: Gase werden einerseits durch die enormen Felder im Laserbrennpunkt, andererseits durch die erzeugte harte Strahlung ionisiert. Die erzeugten Ionen werden mit einem Flugzeitspektrometer bezüglich Energie und Anzahl analysiert. Ebenso werden die bei der Ionisation freigesetzten Elektronen untersucht, um z.B. Rückschlüsse auf die CEP (carrier envelope phase) der Laserpulse zu ziehen.
- Erzeugung Hoher Harmonischer: Der Lichtpuls erzeugt im Gas laserartig harte Strahlung bis hinunter zu Wellenlängen von 5 nm. Diese neuartige Strahlung ist kohärent und gerichtet, enthält alle ungeradzahligen Vielfachen der Laserfrequenz und wird zudem in Form kurzer Lichtblitze mit einer Dauer von nur einigen hundert Attosekunden abgestrahlt. Wir arbeiten an der Optimierung dieser Strahlung, um sie für weitere Anwendungen verfügbar zu machen.
- Kohärente Messtechnik für harte Strahlung: Wir entwickeln Messmethoden, die die Kohärenz der Hohen Harmonischen verwenden, z.B. Beugungs-, Phasenkontrast- und Interferenzmesstechniken. Damit können wir z.B. die Kohärenzlänge harter Strahlung oder den komplexen Brechungsindex verschiedener Materialien im XUV-Spektralbereich bestimmen.
Interferenzen mit der 35. Harmonischen der Laserpulse (Wellenlänge ca. 23 nm): Je größer der Wegunterschied, desto schlechter der Kontrast. Man kann daraus ableiten, dass die Kohärenzlänge ungefähr 1,5 µm beträgt (aus D. Hemmers und G. Pretzler., Appl. Phys. B 95, 667 (2009))