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Novel metrology techniques resolve strong-field-driven electron dynamics in solids
Novel metrology techniques resolve strong-field-driven electron dynamics in solids
Laserpulse können die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern auf der Zeitskala der optischen Feldzyklen beobachten und manipulieren. Liegt die transiente, optische Feldstärke knapp unterhalb der Zerstörschwelle des Materials, so hängt die Polarisationsantwort des angeregten Systems nicht mehr von der Einhüllenden des Lichtpulses ab, sondern von den Schwingungsperioden des elektrischen Feldes. Potentiell kann diese schnelle, lichtgesteuerte Kontrolle der Ladungsträger für die Signalverarbeitung mit Frequenzen im Petahertz-Bereich (1e15 Hz) genutzt werden. Die präzise Anregung der elektronischen Systeme und die zeitaufgelöste Analyse ihrer Polarisationsantwort erfordern Messmethoden, die diese optischen Wellenformen charakterisieren können. Diese Anforderung stellt uns vor eine experimentelle Herausforderung: Wie können wir Wellenformen messen, die zu den schnellsten, reproduzierbaren Signalen gehören, die uns im Labor zur Verfügung stehen? Diese Dissertation widmet sich der Verbesserung und Entwicklung neuer Messmethoden zur vollständigen Bestimmung des elektrischen Feldes kurzer Laserpulse und deren Anwendung zur Untersuchung starkfeldinduzierter Elektronendynamiken in Festkörpern., Laser pulses can observe and control electronic properties of matter on the time scale of the optical field cycle. In case the transient field strength reaches values just below the damage threshold of the material, the polarization response of the excited system depends on the field oscillations of the driving light wave rather than on its envelope. These ultrafast, light-field-driven dynamics of charge carriers can potentially be employed in petahertz (1e15 Hz) signal processing. In order to excite the electronic system in a well-controlled way and to analyze its dynamic response, we need metrology schemes capable of resolving the electric field of optical waveforms. However, this poses an experimental challenge: How can we resolve light-field oscillations which are among the fastest reproducible signals we can generate in a laboratory? This dissertation aims at the improvement and development of novel metrology techniques for complete field characterization of few-cycle pulses and their application in the study of strong-field-induced charge carrier dynamics in solids.
ultrafast optics, strong-field physics, pulse metrology
Keiber, Sabine
2016
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Keiber, Sabine (2016): Novel metrology techniques resolve strong-field-driven electron dynamics in solids. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Laserpulse können die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern auf der Zeitskala der optischen Feldzyklen beobachten und manipulieren. Liegt die transiente, optische Feldstärke knapp unterhalb der Zerstörschwelle des Materials, so hängt die Polarisationsantwort des angeregten Systems nicht mehr von der Einhüllenden des Lichtpulses ab, sondern von den Schwingungsperioden des elektrischen Feldes. Potentiell kann diese schnelle, lichtgesteuerte Kontrolle der Ladungsträger für die Signalverarbeitung mit Frequenzen im Petahertz-Bereich (1e15 Hz) genutzt werden. Die präzise Anregung der elektronischen Systeme und die zeitaufgelöste Analyse ihrer Polarisationsantwort erfordern Messmethoden, die diese optischen Wellenformen charakterisieren können. Diese Anforderung stellt uns vor eine experimentelle Herausforderung: Wie können wir Wellenformen messen, die zu den schnellsten, reproduzierbaren Signalen gehören, die uns im Labor zur Verfügung stehen? Diese Dissertation widmet sich der Verbesserung und Entwicklung neuer Messmethoden zur vollständigen Bestimmung des elektrischen Feldes kurzer Laserpulse und deren Anwendung zur Untersuchung starkfeldinduzierter Elektronendynamiken in Festkörpern.

Abstract

Laser pulses can observe and control electronic properties of matter on the time scale of the optical field cycle. In case the transient field strength reaches values just below the damage threshold of the material, the polarization response of the excited system depends on the field oscillations of the driving light wave rather than on its envelope. These ultrafast, light-field-driven dynamics of charge carriers can potentially be employed in petahertz (1e15 Hz) signal processing. In order to excite the electronic system in a well-controlled way and to analyze its dynamic response, we need metrology schemes capable of resolving the electric field of optical waveforms. However, this poses an experimental challenge: How can we resolve light-field oscillations which are among the fastest reproducible signals we can generate in a laboratory? This dissertation aims at the improvement and development of novel metrology techniques for complete field characterization of few-cycle pulses and their application in the study of strong-field-induced charge carrier dynamics in solids.