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Lindner, Fabrizio (2004): Atoms in intense ultrashort laser pulses and the absolute phase. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Analyse atomarer Prozesse in intensiven ultrakurzen Laserpulsen. Der Schwerpunkt liegt hierbei bei den Zwillingseffekten der Erzeugung hoher Harmonischer (``high-order harmonic generation'', HHG) und der Ionisation über Zustände im Kontinuum (``above-threshold ionization'', ATI). Besonders letzterer Effekt wird detailliert in Verbindung mit der Wechselwirkung mit Laserpulsen von nur wenigen Zyklen Länge untersucht. Während es heutzutage Routine ist solche Pulse von weniger als 5 fs zu erzeugen, war die vollständige Kontrolle über das zugrundeliegende elektrische Feld bisher noch nicht möglich. Dies wurde in dieser Arbeit durch die erste eindeutige Messung der den Laserpuls charakterisierenden ``absoluten Phase'' erreicht. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Messung erweist sich als hinreichend, um eine neue Methode der aktiven Phasenstabilisierung einzuführen, welche voraussichtlich eine tragende Rolle in zukünftigen phasenstabilisierten Lasersystemen spielen wird. Die beschriebenen Experimente widmen sich zudem auch allgemeinen optischen Effekten, wie beispielsweise der Gouy'schen Phasenanomalie in einem fokussierten Strahl, welche hier erstmals im optischen Bereich und über den gesamten Fokusbereich gemessen wurde. Schliesslich wird gezeigt, wie ATI in Verbindung mit Wenig-Zyklen-Laserpulsen nicht nur als leistungsfähiges Werkzeug zur Phasendiagnostik genutzt werden kann, sondern auch einen neuen Zugang zur Untersuchung der Wechselwirkung von Atomen und Licht mit bis dato unerreichter Zeitauflösung bietet.

Abstract

The subject of this work is the experimental investigation of atomic processes under the influence of intense, ultrashort laser pulses. Emphasis is given to the twin effects of high-order harmonic generation (HHG) and above-threshold ionization (ATI). In particular, the latter is explored in detail here for the case of few-cycle laser pulses. While the generation of light pulses of duration below 5 fs is today routine, a complete control of the constituting electric-field waveform was so far not possible. This is here achieved with the first unambiguous measurement of the absolute phase of the laser pulses. The precision and reliability of the measurement permitted to establish a new approach for active phase stabilization, which will presumably play a major role in future research. The experiments described here address also general optical properties such as the Gouy phase anomaly showing up in a focused wave, being precisely measured for the first time. Finally, it is shown how ATI with few-cycle laser pulses can be regarded not only as a powerful tool for phase diagnostics, but also as a novel method for studying the interaction of atoms with light with unprecedented sub-fs time resolution.