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Anregung und Beschleunigung von Atomen in geformten Laserfeldern

By Sebastian Eilzer

Abstract

This research investigates the new found effect of frustrated tunnelling ionisation (FTI) in complex electromagnetic field configurations. After the surprising finding of neutral atoms which survive strong laser fields, more light had to be shed on their stability against ionisation as well as the record acceleration of neutral atoms measured in conjunction with this effect. This research therefore expands the picture of strong field light matter interaction towards a deeper understanding of the many processes that can take place in this regime. Extensive experimental research using two unique laser setups allowed to measure several key aspects of the FTI process. A two pulse experiment made exposure of Rydberg atoms to strong laser fields possible while a femtosecond standing wave setup permitted the study of the FTI process in the presence of an oscillating field gradient. Additionally, systematic Monte-Carlo simulations of the exposed atoms performed for all experimental setups allowed the comparison of the experimental findings and the theoretical picture. Different theories have been used in the calculations to pinpoint the differences as well as to identify the simplifications allowed to still yield valuable results. Several discoveries have been made throughout the research. Firstly, the influence of the FTI process on the calculation of strong field ionisation rates has been introduced which can be included by considering the Coulomb influence of the atom after tunnelling. Secondly, Rydberg atoms have been found to be very stable agains ionisation with short pulses of high field strength. A controlled method to steer neutral atoms with two consecutive pulses has been presented and shows high agreement with the calculation. Lastly, the delicate interplay between ionisation and acceleration inside the high field gradient conditions provided by a standing wave has been detected and investigated.Diese Forschungsarbeit untersucht die neu gefundene Wirkung der frustrierten Tunnelionisation (FTI) in komplexen elektromagnetischen Feldkonfigurationen. Nach der Entdeckung, dass neutrale Atome starke Laserfelder überleben können, wurde die Stabilität dieser Atome gegen Ionisation, als auch die Beschleunigung dieser Atome getestet. Diese Arbeit erweitert daher das Verständnis der Prozesse die innerhalb der Starkfeldinteraktion auftreten können. Umfangreiche experimentelle Untersuchungen mit zwei Laseraufbauten erlaubte die Messung mehrerer wichtiger Aspekte der FTI. Ein Zwei-Puls Experiment ermöglichte die Interaktion von Rydberg Atomen mit starken Laserfeldern, während eine stehende Welle die Untersuchung der FTI im Umfeld starker Feldgradienten erlaubte. Weiterhin wurde mit systematischen Monte-Carlo Simulationen ein Vergleich zwischen allen Messungen sowie den Experimenten durchgeführt. Hierbei konnten sowohl die Unterschiede verschiedener Modelle analysiert werden, als auch die Vereinfachungen aufgezeigt werden, welche realistische Ergebnisse ermöglichen. Mehrere Entdeckungen sind im Umfang dieser Arbeit gemacht worden. So konnte der Einfluss des FTI Prozesses auf die Ionisationsraten nachgewiesen werden, welcher durch Einführung des Coulombfeldes bei der Betrachtung der Kinematik nach dem Tunneln berücksichtigt werden kann. Desweiteren wurde die hohe Stabilität der präparierten Rydberg Atome gegen Ionisation durch ein starkes Laserfeld beobachtet. In diesem Zusammenhang wurde ebenfalls eine kontrollierte Methode vorgestellt um neutrale Atome gezielt zu steuern, welche sehr gute Übereinstimmung mit der Theorie aufweist. Schließlich wurde das empfindliche Zusammenspiel der Ionisation und der Beschleunigung innerhalb der stehenden Welle entdeckt und untersucht

Topics: 530 Physik, strong-field physics, frustrated tunneling, strong-field ionization, standing wave, atomic stabilization, Starkfeldphysik, frustriertes Tunneln, Starkfeldionisation, stehende Welle, atomare Stabilisierung
Year: 2017
OAI identifier: oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/6134
Provided by: DepositOnce
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