Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1999
Programm und Abstracts der Sitzung Q 4

Kreuzkorrelations-Messungen ultrakurzer sichtbarer Impulse: Vergleich zwischen nichtlinearen Kristallen und Photodioden

•Stefan Lochbrunner, Petra Huppmann und Eberhard Riedle
Institut für Medizinische Optik, Uni München, Oettingenstraß 67, 80538 München

In den letzten beiden Jahren ist es gelungen, sowohl bei der fundamentalen Wellenlänge des Ti:Saphir-Laser als auch über weite Bereiche im sichtbaren und NIR Spektralbereich Lichtpulse mit einer Dauer im Bereich von 10 fs zu erzeugen. Die Stabilität der Lasersysteme ist dabei inzwischen so gut, daß präzise spektroskopische Messungen damit möglich sind und auch bereits durchgeführt werden. Daher ist eine zuverlässige und einfache Charakterisierung der Pulse unabdingbar. Dies ist für eine einzige Puls-Wellenlänge noch relative gut möglich. Für echte zwei-Farben-Anordnungen wird jedoch gezeigt, daß selbst dünnste nichtlineare Kristalle keine korrekten Meßwerte liefern. Hingegen läßt sich durch Zwei-Photonen-induzierte Leitfähigkeit in SiC-Dioden eine korrekte Kreuzkorrelations-Messung selbst bei gechirpten Pulsen erreichen.

Autokorrelation von Femtosekunden Laserimpulsen mit einer GaAsP-Photodiode

•Wolfgang Schade¹, J. Preusser¹ und S.R. Leone^2
2JILA, University of Colorado at Boulder
¹Physikalisches Institut, TU Clausthal

Es wird eine neue Methode zur zeitlichen Charakterisierung von fs-Pulsen durch Auto- und Kreuzkorrelationsmessungen mit einer GaAsP Photodiode vorgestellt 1. Ortsaufgelöste Korrelationsmessungen mit einem optischen Nahfeldmikroskop (D » 100 nm) zeigen Oberflächendefekte, die für Pulse der Wellenlänge 780 nm abweichend vom reinen GaAsP- Material lediglich ein Intensitätskorrelationssignal 1. Ordnung liefern 2. Eine hohe Dichte derartiger Defekte schränkt die Anwendung dieser Photodioden bei der Messung von fs-Pulsdauern ein und kann zu systematischen Fehlern führen. Experimentelle und theoretische Untersuchungen hierzu werden vorgestellt und diskutiert.

[1] J.K. Ramka, A.L. Gaeta, A. Baltuska, M.S. Pshenichnikov, D.A. Wiersma; Opt. Lett. 22, 1344 (1997)

[2] W. Schade, D.L. Osborn, J. Preusser, S.R. Leone; Opt. Commun. 150, 27 (1998)

Pikosekunden-Schwingungsspektroskopie mit IR- und Raman-Techniken

•G. Seifert, Rüdiger Zürl und Heinrich Graener
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Physik, 06099 Halle

Die Spektroskopie an Molekülschwingungen mit ultrakurzen Laserimpulsen hat sich als wertvolle Methode zur Untersuchung schneller Elementarprozesse in kondensierter Materie etabliert. Dabei kann entweder die Schwingungsrelaxation selbst im Mittelpunkt stehen oder aber gewissermaßen als Sonde für z.B. molekulare Reorientierung, Strukturrelaxation oder Dynamik von Wasserstoffbrücken dienen. Typische Experimente erzeugen zunächst eine transiente Überschußbesetzung und messen dann deren zeitliche Entwicklung und Relaxation ins Gleichgewicht, wobei die Abfrage entweder über Ramanstreuung oder die Bestimmung von Transmissionsänderungen erfolgen kann. Die prinzipiell unterschiedlichen Möglichkeiten dieser beiden experimentellen Ansätze werden diskutiert und anhand experimenteller Daten an Flüssigkeiten, die mit einem IR-Doppelresonanz und spontaner Ramanstreuung nach intensiver IR-Anregung erhalten wurden, veranschaulicht.

Solitonen in Fasern mit nichtperiodisch alternierender Dispersion

•M. Böhm und F. Mitschke
Fachbereich Physik, AG Optik, Universität Rostock, 18055 Rostock, Universitätsplatz 3

Bei der Nachrichtenübertragung über optische Fasern spielen bekanntlich die Dispersion der Gruppengeschwindigkeit und die Kerr-Nichtlinearität wichtige Rollen. Es hat große Vorteile, statt einer Faser mit homogener Dispersion eine Faser zu benutzen, die aus periodisch abwechselnden Stücken sehr verschiedener Dispersion besteht. Diese sog. „ dispersion map“ ermöglicht geringere Fehlerraten z.B. bei Solitonenübertragung aufgrund modifizierter Solitoneneigenschaften. Bei realen derartigen Fasern treten Abweichungen von exakter Periodizität des Dispersionswechsels auf; deren Auswirkungen wurden bislang noch nicht betrachtet. Wir haben in numerischen Simulationen die Auswirkung zufälliger Längenabweichungen untersucht. Wir finden, daß dadurch ein permanenter Energieverlust der Pulse auftritt. Wir können angeben, wie er minimiert werden kann; es ist aber nicht offensichtlich, ob es weiterhin sinnvoll ist, von Solitonen zu sprechen.

Die gezielte Strukturierung von fs-Impulsen mit einer Flüssigkristallmaske

•T. Hornung, D. Zeidler, K.-L. Kompa und M. Motzkus
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, D-85748 Garching

Theoretische Modellvorstellungen, in der Literatur mit dem Begriff ''Optimal Control Theory'' bezeichnet, weisen auf die Möglichkeit einer aktiven Kontrolle der Wellenpaketdynamik in molekularen Systemen hin. Dazu müssen die anregenden fs-Lichtimpulse in einer komplizierten, intuitiv nicht vorhersagbaren Weise moduliert sein. Die Verwendung eines Sandwichs aus zwei segmentierten Flüssigkristallmasken (128 Streifen) als kontrollierendes Element in einem einfachen, sog. 4f-Aufbau ermöglicht es, die geforderte Pulsgestaltung zu erzielen. Das Paket der Flüssigkristallmatrizen ist zwischen parallel orientierten Polarisatoren angeordnet, so daß sowohl Phase als auch Amplitude beeinflußt werden können. Die in der Frequenzdomäne arbeitende Methode beruht auf einer gezielten Verzögerung bzw. Abschwächung einzelner spektraler Komponenten des Gauß'schen Eingangsimpulses. Die Ansteuerung der Maske erfolgt mit einem in diesem Labor entwickelten Programm, das auf einem von Nelson et al. [1] angegebenen Konzept fußt. Die mit diesem Aufbau durchgeführten Messungen der zeitlich kürzesten Modulation, des längsten möglichen Pulszuges und der maximalen kubischen und quadratischen Phasenkorrektur sind in exzellenter Übereinstimmung mit der theoretischen Vorhersage.

[1] K.A. Nelson and M.M. Wefers, IEEE J. Quantum Electron. 32, 161 (1996).

Einsatzmöglichkeiten von breitbandiger fs-THz-Strahlung in der Gasanalyse

•E. Viehl, C. Weiß, R. Beigang und R. Wallenstein
Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, Erwin Schrödinger Str., 67663 Kaiserslautern

Kohärente gepulste THz-Strahlung mit Impulslängen von 1 ps und kürzer ist prinzipiell geeignet, um mit Hilfe der Zeitbereichsspektroskopie Rotationsübergänge in Molekülen mit einem permanentem Dipolmoment zu untersuchen. Die extrem große Bandbreite dieser Impulse (Mittenfrequenz 1 THz, Bandbreite > 3 THz) ermöglicht die simultane Untersuchung von Mehrkomponentengasen. Es wird über Untersuchungen der Einsatzmöglichkeiten von fs-THz-Strahlung für die Gasanalyse am Beispiel von CO, NO und CO/NO-Gemischen berichtet. Erzeugung und Nachweis der THz-Strahlung erfolgte mit schnellen photoleitenden Schaltern (Sender: GaAs, Empfänger: Silizium auf Saphir) mit einem modengekoppelten Titan-Saphir-Laser (Impulslänge 80 fs, Repetitionsrate

82 MHz, mittlere Leistung 100 mW). Die spektrale Auflösung und als Folge die Nachweisgrenze hängen empfindlich von der Abtastrate des Zeitsignals ab. Es wurden Auflösungsvermögen und Nachweisgrenzen als Funktion der Abtastrate bestimmt und Bedingungen für eine ``online''-Messung (Wiederholrate > 1 Hz) ermittelt.

Zeitaufgelöste Untersuchung der Erzeugung von fs-THz-Strahlung mit InAs in einem äußeren Magnetfeld

•C. Weiß, R. Beigang und R. Wallenstein
Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, Erwin Schrödinger Str., 67663 Kaiserslautern

Es wird über Untersuchungen zur Erzeugung von fs-THz-Strahlung mit InAs in einem externen Magnetfeld berichtet. Die THz-Strahlung wird in Reflexionsgeometrie unter Ausnutzung des Oberflächenfeldes mit einem modengekoppelten Titan-Saphir-Laser (Impulslänge 80 fs, Repetitionsrate 82 MHz, mittlere Leistung 300 mW) erzeugt. Der Nachweis erfolgt mit einem konventionellen photoleitenden Schalter (Silizium auf Saphir, Dipollänge 20 mm bis 50 mm). Amplitude und Phase der erzeugten THz-Strahlung sind stark winkelabhängig. Mit einem zusätzlichen Magnetfeld (0,1 T bis 0,8 T) parallel zur InAs-Oberfläche können sowohl Phase als auch Amplitude beeinflußt werden. Der Einfluß des Magnetfeldes nimmt mit steigender Dotierung des InAs zu. Die unterschiedlichen THz-Feld-Anteile durch Magnetfeld und Oberflächenfeld wurden zeitaufgelöst untersucht. Verstärkungsfaktoren bis zu 15 in der elektrischen Feldstärke wurden beobachtet (Vergrößerung der Spitzenleistung um 225). Durch geeignete Wahl des Reflexionswinkels und der Magnetfeldrichtung kann über die Interferenz der unterschiedlichen THz-Feld-Anteile die spektrale Breite des THz-Impulses beeinflußt werden. Auf diese Art und Weise wurden spektrale Breiten von bis zu 3,5 THz mit einem 50 mm-Empfängerchip gemessen.

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Zuletzt geändert am 21.10.1999

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