Erzeugung sehr intensiver, sehr hoch harmonischer, ultrakurzer Laserpulse

Eine Möglichkeit intensive elektromagnetische Pulse kurzer Wellenlänge zu erzielen, ist die Erzeugung sehr hoher Harmonischer der Laserfundamentalen. Diese Thematik wird mittlerweile seit mehr als zehn Jahren untersucht, wobei meist Gase zur Frequenzkonversion eingesetzt werden. Diese Methode erlaubt zwar die Erzeugung von Harmonischen bis ins Wasserfenster (etwa 4 nm), allerdings ist die erreichbare Intensität begrenzt [1].

Eine alternative Methode, die keine derartige Limitierung aufweist, ist die Erzeugung hoher Harmonischer an der Oberfläche von Plasmen sehr hoher Dichte, welche erstmals von den beiden Gruppen von der Linde und Tsakiris/Kohlweyer experimentell demonstriert wurden. Hierbei wird ein sehr kurzer (z.B. 100 fs) und intensiver Laserpuls (Intensität >1017 W/cm2) auf die Oberfläche eines Festkörpers fokussiert. Dabei entsteht auf dessen Oberfläche nahezu instantan ein sehr dichtes Plasma. Unter geeigneten Bedingungen können dabei im reflektierten Licht durch Frequenzvervielfachung kohärente hohe Harmonische der Laserstrahlung entstehen, wobei sich der physikalische Mechanismus der Harmonischenerzeugung jedoch grundlegend von demjenigen in Gasen unterscheidet.

Zu diesem hochaktuellen Thema wurde von verschiedenen Forschungsgruppen eine Vielzahl von Untersuchungen durchgeführt, so auch von der eigenen Gruppe, u.a. in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt (s. z.B. [2], [3]). Dabei konnten auch die bisher kurzwelligsten Harmonischen von Femtosekundenlaserpulsen an Festkörperoberflächen erzeugt werden (bis ~20 nm) und dies bei gleichzeitig relativ hoher Effizienz (wesentlich intensiver als Gasharmonische)!

Es zeigte sich dabei auch, daß derartige Harmonische eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten finden können (speziell, wenn sie als extrem kurze und intensive EUV-/XUV-Pulse eingesetzt werden). Darüber hinaus sind die Harmonischen auch in Bezug auf ein besseres Verständnis der Femtosekundenlaser-Plasma-Wechselwirkung von hohem Interesse. Der aktuelle Stand ist in der Forschung in einem umfangreichen Übersichtsartikel zusammengefaßt [4].

Ausgewählte Literaturhinweise

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Characteristics of Surface Harmonics Generated with 10 Hz Tabletop Laser Systems

Conf. on Ultrafast and Nonlinear Optics UFNO'2009, 14.-18.9.2009, Burgas/Bulgarien

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Frequency doubling of multi-terawatt femtosecond pulses

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A. Tarasevitch, A. Orisch, D. von der Linde, Ph. Balcou, G. Rey, J.-P. Chambaret, U. Teubner, D. Klöpfel, W. Theobald

Generation of high-order spatially coherent harmonics from solid targets by femtosecond laser pulses

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023816
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[2]

U. Teubner , G. Pretzler, Th. Schlegel, K. Eidmann, E. Förster, K. Witte

Anomalies in High-Order Harmonic Generation at Relativistic Intensities

Phys. Rev. A 67 (2003) und Virtual Journal of Ultrafast Science 2 (2003)

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1 - 11

[3]

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Harmonic emission from the rear side of thin overdense foils irradiated with intense ultrashort laser pulses

Phys. Rev. Lett. 92 (2004) und Virtual Journal of Ultrafast Science 3 (2004)

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1 - 4

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U. Teubner, P. Gibbon: Review

High-Order Harmonics from Laser-Irradiated Plasma Surfaces

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