Starkfeld-Anwendungen von mid-IR ultrakurzen Impulsen

As can be seen in the history of science, new light sources open new research fields. In this project, the applicant Dr. T. Kanai together with the Ultrafast Laser Group led by Prof. A. Baltuska [Photonics Institute, the Vienna University of Technology (TU Vienna)] proposes to investigate some of the extremely promising applications of intense ultrashort Mid-IR (MIR) pulses applied in the strong-field regime to atoms and molecules. The key aspect of the proposed research, enabling qualitatively different regimes in the atomic and molecular strong-field optics, is the unique combination of the long wavelength and high peak power of intense few-cycle optical parametric amplifier (OPA). The technology of such novel laser sources has been under development at the host institution, TU Vienna, for the past several years. The applicant is proposing an ambitious research program that aims to take advantage of the ability of the long-wavelength strong-field drivers to achieve enhanced ponderomotive acceleration and resonant coupling to optically active electrons and atoms. The explicit project objectives can be written in terms of Work Packages (WPs) as below: [WP1] Construction of the MIR OPA [WP2] Proof-of-principle demonstration of ultrafast spectroscopy with transient MIR photoabsorption [WP3] Photoelectron spectroscopy with the MIR pulses [WP4] Heterodyne Interferometry of High harmonic generation (HHG) by the MIR OPA using mixed gases In the proposal, the logics and motivations behind the above four WPs will be explained in a systematic manner.

Die bedeutendsten Ergebnisse des vorliegenden Projektes sind, dass wir bewiesen haben, dass der Wellenlängenbereich von 5-10 Mikrometer als Laser der nächsten Generation für die ultraschnelle Wissenschaft realisierbar ist. In der ultraschnellen Wissenschaft, deren Ziel es ist, ultraschnelle Phänomene als eine Art von Filmen mit der hochmodernen Technologie auf Lasern und Spektroskopie zu verstehen, gibt es einen Forschungstrend, um längere Wellenlängen zu verwenden als die herkömmlichen Titan-Saphir-Laser 0,8 um Zum Beispiel wurden im Jahr 2012 die Rekord-Nichtlinearität (5000. Ordnung) und die höchsten Energie-Röntgenpulse (1,6 keV) durch einen 3-4-Mikron-Laser erreicht, der an der Technischen Universität Wien entwickelt wurde, aber niemand kann nicht vorhersagen, ob diese Wellenlänge die beste ist, oder nicht aufgrund des Mangels an Lasertechnologie in diesem Wellenlängenbereich. In unseren Ergebnissen haben wir bewiesen, dass der Wellenlängenbereich von 5-10 Mikron als Laser der nächsten Generation für die ultraschnelle Wissenschaft durch die Entwicklung eines neuartigen, leistungsstärksten 5,3-Mikron-Lasers mit einigen Anwendungen für nichtlineare Physik möglich ist. Das bewährte Design des 5,3-Mikron-Lasers ist puls- und kostengünstig skalierbar und wirkt sich nicht nur auf die Wissenschaft, sondern auch auf die Industrie aus. In der Tat ist unser Laser begonnen, als einer der Machbar Next Generation Laser, die Standard-Titan-Saphir-Laser ersetzt werden und in der Tat kommerzielle Unternehmen einschließlich THALES Optronique haben begonnen Projekt zu kommerzialisieren. Zusätzlich zu den obigen Ergebnissen gelang es uns auch, die 3-4-Mikron-Laser an der Technischen Universität Wien zu errichten. Die Probleme der Ergebnisse im Jahr 2012 waren in der langen Pulsdauer des Lasers (80 fs) und der niedrigen Wiederholrate (20 Hz). In Ref. [P4], entwickelten wir 22 fs (Sub-Zwei-Zyklus) 2,5 mJ, 3,2 Mikrometer Lasersystem auf der Grundlage einer Kombination der Hochleistungs-Yb: CaF2 Multi-Pass-Verstärker und großen Core Dichte Gradienten Hohlkernfaser. Aus diesen Ergebnissen wird erwartet, dass sie die Fluss- und Photonenenergie von Röntgenstrahlen unter Verwendung eines Prozesses mit hoher Harmonischerbildung erhöhen. Mögliche Anwendungen und / oder Implikationen der vorliegenden Ergebnisse auf dem anderen Feld sind enorm. Technologien des Röntgenbildes sind ein grundlegendes Werkzeug der modernen Zeit, das auf enorme Dinge wie Diagnostik auf Kristalle, Halbleiter, biologische Objekte einschließlich menschlichen Körpers als Röntgenbild bekannt angewendet werden kann. Aus den vorliegenden Ergebnissen ergeben sich die Vorteile der laserbasierten Röntgengenerierung in vielen Punkten. Auch der Wellenlängenbereich des entwickelten Lasersystems ist bekannt als eine spektroskopisch wichtige Region, die so genannte Fingerabdruckregion, und die meisten vielen Körpermoleküle haben ihre Absorptionslinien in diesen Bereichen. Die starke Feldphysik in dieser Region wurde jedoch aufgrund des Mangels an Hochleistungslasertechnologie nicht untersucht. Die hier entwickelte Lasertechnologie wird zu der fruchtbaren unbekannten Physik in diesem neuartigen und unerforschten Parameterbereich führen.