Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2002
Programm und Abstracts der Sitzung MO 20

Quantenklassische Modellierung der Wechselwirkung von Molekülen mit intensiven Laserpulsen

•Burkhard Schmidt
Inst. für Mathematik II, Arnimallee 2-6, 14195 Berlin

Die Modellierung der Wechselwirkung mittlerer bis grosser Moleküle mithilfe einer quantenklassischen Liouville-Gleichung in Floquet-Darstellung wird vorgestellt. Diese Beschreibung kombiniert zwei Ansätze:

(1) Der quantenklassische Liouville-Ansatz ist für Systeme geeignet, bei denen sich die wesentlichen Quanteneffekte auf ein kleines Subsystem beschränken. Insbesondere liefert er einen konsistenten Zugang zur gekoppelten Dynamik eines klassischen und eines quantenmechanischen Subsystems mittels partieller Wignertransformation.

(2) Die Dynamik des Quanten-Subsystems wird dabei in der Basis von Floquet-Zuständen (dressed states) dargestellt, was die Elimination der hochoszillatorischen Trägerfrequenz von Lichtpulsen aus der Bewegungsgleichung erlaubt. Somit können auch starke Felder jenseits der Störungstheorie beschrieben werden.

Ein effizientes und stabiles stochastisches Schema zur numerischen Lösung wird vorgestellt, das auf der Beschreibung von Dichten und Kohärenzen mithilfe von Gauss-Pakten beruht.

Dissociation and Coulomb explosion of H₂ ⁺, D₂ ⁺ and HD ⁺ molecular ions in intense laser fields

•Domagoj Pavi cic, Hartmut Figger und Theodor W. Hänsch
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching

At intensities > 10¹⁴ W/cm² dissociation of H₂ ⁺ and its isotopomers is accompanied by ionisation followed by Coulomb repulsion of nuclei. We studied both fragmentation mechanisms using fast beams of the molecular ions generated in DC discharges. This eliminated the influence of the first ionisation step in experiments done on the neutral molecules. The ions in the highly collimated beams were subjected to intensities up to 10¹⁵ W/cm² of 80 fs pulses from a 1 kHz Ti:Sapphire laser system. The neutral and proton fragments from both mechanisms were imaged on a 2-dimensional multichannel plate detector. This gives direct information about both the energy and angular distribution of fragments. The original 3-dimensional momentum distribution was obtained by applying the inverse Abel transformation. Due to the high energy resolution, the fragments from different vibrational levels of H₂ ⁺ were resolved. In addition to previously reported 1-photon peaks in the dissociation channel, we recently observed fragments coming from vibrational levels v=1-3 via 3-photon bond-softening. The Coulomb explosion energy spectrum showed structure that partly agrees with results from the charge-resonant enhanced ionisation theory (CREI), in particular concerning the criticalinternuclear separations. The angular distribution in the Coulomb explosion channel was much narrower than in the dissociation channel.

Hohe Harmonische in orientierten Molekülen

•Manfred Lein, J.P. Marangos und P.L. Knight
Blackett Laboratory, Imperial College of Science, Technology and Medicine, London SW7 2BW, UK

Wir untersuchen die Erzeugung hoher Harmonischer fuer den Fall zweiatomiger Moleküle in starken Laserpulsen. Die Intensität jeder Harmonischen hängt vom Winkel zwischen Molekülachse und Laserpolarisationsachse ab und wird bei einem kritischen Winkel minimal. Bei demselben Winkel findet ein plötzlicher Sprung in der Phase der emittierten Welle statt. Die Berechnung der Ortsabhängigkeit von Amplitude und Phase der Harmonischen zeigt, dass die Interferenz zwischen Strahlungsbeiträgen verschiedener Regionen im Molekül für die gefundenen Effekte verantwortlich ist.

Femtosekunden - Höchstfeldlaser erzeugt MeV - Ionenpulse

•Stephan Busch, Sargis Ter Avetisyan, Matthias Schnürer und Peter V. Nickles
Max-Born-Institut, Max-Born-Str.2a, 12489 Berlin

Ionen mit MeV-Energien können bei der Plasmaerzeugung mit relativistischen Laserintensitäten (höher als 10¹⁸ W/cm²) emittiert werden. Pulse energetischer Teilchenstrahlen eignen sich für die Diagnostik von hochdichten und z.B. magnetischen Strukturen in Kurzpulsplasmen, die zur Zeit theoretisch untersucht (2), aber experimentell schwer zugänglich sind. Wir stellen erste Ergebnisse einer MeV-Ionenquelle vor, die mit einem 50 fs Ti:Sa - Laser (1) bei einer Pulsleistung von 15 TW in diesen Experimenten erhalten wurden. Als Target dient ein Flüssigkeitsjet, der es ermöglicht bei geringer Targetdebris einen Laserpulsfolgebetrieb zu nutzen. Inwiefern das hier verwendete Target und seine Geometrie, die sich drastisch von bisher verwendeten unterscheiden, die spektrale und räumliche Charakteristik der Ionenstrahlen beeinflusst, ist ein wichtiger Untersuchungspunkt für spätere Anwendungsexperimente. 1 M.P. Kalachnikov u.a.: eingereicht bei Laser Physics 2 H. Ruhl : eingereicht bei Phys. Rev. Lett.

Erzeugung hoher Harmonischer in niedrig ionisierten Plasmen

•Carsten Reinhardt¹, Svend Vagt¹, Boris N. Chichkov² und Bernd Wellegehausen^1
1Institut für Quantenoptik, Welfengarten 1, Universität Hannover, 30167 Hannover
²Laser Zentrum Hannover e. V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover

Für eine effektive Erzeugung hoher Harmonischer müssen die Länge des Mediums, die Absorbtionslänge und die Kohärenzlänge (Phasenfehlanpassung) geeignet optimiert werden. Die Phasenfehlanpassung lässt sich dabei durch die Ionisation des Mediums (Elektronendichte) einstellen. Es werden theoretische Grundlagen und Möglichkeiten der Phasenanpassung in niedrig ionisierten Plasmen diskutiert und erste experimentelle Untersuchungen zur Erzeugung von Harmonischen mit hoher Konversionseffizienz in Gasjets und Kapillaren präsentiert.

Elliptizitätsabhängigkeit der Erzeugung hoher Harmonischer von Atomen und Molekülen

•A. Flettner¹, J. König¹, M.B. Mason², T. Pfeifer¹, U. Weichmann¹, R. Düren³ und G. Gerber^1
1Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
²Imperial College, Blackett Laboratory, Prince Consort Road, London SW7 2BW, UK
³Max-Planck Institut für Strömungsforschung, Bunsenstr. 10, D-37073 Göttingen, Germany

Wir vergleichen die Erzeugung von hoher Harmonischer Strahlung in einem atomaren und einem zweiatomig molekularen Medium. Im Experiment werden dazu die beiden Gase Ar und N₂ untersucht. Da beide Systeme fast identische Ionisationspotentiale und mittlere statische Polarisierbarkeiten besitzen [1], sind sie gut für diesen fundamentalen Vergleich geeignet. Es wurde die Elliptizität des erzeugenden 80fs Laserpulses bei 800nm Zentralwellenlänge und einer Intensität von 3×10¹⁴ W/cm² verändert und die Konversionseffizienz für verschiedene harmonische Ordnungen mit einem XUV Spektrometer aufgenommen. Elliptizitätsabhängigkeit wurde bereits in früheren Studien zur Analyse des Erzeugungsprozesses angewandt [2]. Wir beobachten eine durchweg schwächere Abhängigkeit der Effizienz von der Elliptizität bei N₂ im Vergleich zu Ar in Übereinstimmung mit Erwartungen, basierend auf dem drei-Stufen-Modell [3].

[1] C. Lyngå et al. J. Phys. B 29, 3293 (1996)

[2] K.S. Budil et al. PRA 48, R3437 (1993)

[3] P.B. Corkum et al. PRL 71, 1994 (1993)

Erzeugung Harmonischer im diskreten Spektralbereich des Konversionsmediums

•Jörg Kutzner, Grigorios Tsilimis und Helmut Zacharias
Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 10, 48149 Münster

Harmonischen Erzeugung wurde im diskreten Spektralbereich von Xenon im Wellenlängenbereich 105 nm - 210 nm untersucht. Es wurden 30 fs kurze Ti:Saphir Laserpulse mit Pulsenergien bis zu 0,2 mJ eingesetzt. Im diskreten Spektralbereich wird der Konversionsprozeß durch die Anwesenheit der atomaren Energieniveaus des Mediums bestimmt. Fällt die Wellenlänge der Harmonischen in einen Bereich, in dem sich atomare Resonanzen befinden, so wird ein effektiver Erzeugungsprozeß auf der kurzwelligen Seite dieser Resonanzen beobachtet. Fällt die erzeugte Wellenlänge energetisch in einen resonanzfreien Bereich, so kann aus der Druckabhängigkeit der Konversionseffizienz auf einen Prozeß vergleichbar dem im Kontinuumsbereich (Hohe Harmonische) geschlossen werden. Die Strahlungserzeugung ist nicht auf die Bereiche beschränkt, in denen Harmonische ungerader Ordnung erwartet werden, sondern wird auch außerhalb dieser Bereiche und insbesondere auch für gerade Ordnungen beobachtet. Entsprechende Prozesse, die zu dieser Strahlungserzeugung führen, werden diskutiert.

Spektroskopische Untersuchung lasererzeugter harter Röntgenstrahlung

Michael Hagedorn, •Jörg Kutzner, Grigorios Tsilimis und Helmut Zacharias
Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 10, 48149 Münster

Die Strahlung eines 1 kHz, 30 fs, 1 mJ Ti:Saphir Lasers wurde auf verschiedene metallische Targets (Al, Ti, Cr, Ni, Cu, Zn, Mo, Ta sowie Stahl und Messing) fokussiert und die emittierte Röntgenstrahlung im Bereich 2 - 30 keV untersucht. Versuche zur Strahlungserzeugung wurden sowohl an Luft als auch im Vakuum durchgeführt. Neben einem breiten Bremsstrahlungsspektrum zeigen die mittelschweren Elemente scharfe K-Schalen Linienemission. Durch Variation der experimentellen Parameter kann der Bremsstrahlungsanteil teilweise stark reduziert werden, so dass vorwiegend monochromatische Röntgenstrahlung erzeugt wird. Selbst bei relativ geringen Fokusintensitäten im Bereich 10¹³ W/cm² wird die Erzeugung von harter Röntgenstrahlung beobachtet.

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Zuletzt geändert am 14.11.2002

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