Erzeugung und Anwendung intensiver ultrakurzer Lichtpulse mit stabiler Träger-Einhüllenden-Phase

Diese Dissertation beschreibt den Aufbau, die Charakterisierung und die Anwendung eines Lasersystems zur Erzeugung intensiver ultrakurzer Lichtpulse mit stabiler Träger–Einhüllenden–Phase. Diese Lichtpulse haben eine Dauer von wenig mehr als zwei optischen Schwingungszyklen. Durch die Stabilisierung ihrer Träger–Einhüllenden–Phase, also der relativen Lage zwischen der Intensitätseinhüllenden und der optischen Trägerwelle der Lichtpulse, konnte der zeitliche Verlauf ihres elektrischen Feldes auf beinahe 100 Attosekunden genau festgelegt werden (1 Attosekunde = 10^-18 Sekunden). Außerdem lassen sich mit dem System im Lichtfokus Spitzenfeldstärken erreichen, die mit den Feldstärken im Innern eines Atoms vergleichbar sind. Daher ist das Lasersystem zur Untersuchung von fundamentalen atomaren Prozessen mit einer Zeitauflösung im Attosekundenbereich hervorragend geeignet. Zwei derartige Experimente wurden im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt: Zum einen konnte erstmals Terahertzstrahlung in einem Luftplasma erzeugt werden, ohne äußere Felder anzulegen. Dies ist die erste Beobachtung von optischer Gleichrichtung in einem räumlich isotropen Medium. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass dieser Prozess eine vielversprechende Methode zur Langzeitmessung der "absoluten" Träger–Einhüllenden–Phase ermöglicht. In einem zweiten Experiment wurde die Mehrphotonenionisation von Neon–Atomen untersucht. Dazu wurden in einem "Reaktionsmikroskop" die vektoriellen Impulse aller erzeugten Ionisationsfragmente gemessen. Bei der Einfachionisation sowie erstmalig bei der nichtsequentiellen Doppelionisation von Neon wurde eine signifikante Abhängigkeit der Ionenimpulse von der Träger–Einhüllenden–Phase der ionisierenden Lichtpulse beobachtet

Determination of the Carrier-Envelope Phase of Few-Cycle Laser Pulses with Terahertz-Emission Spectroscopy

The availability of few-cycle optical pulses opens a window to physical phenomena occurring on the attosecond time scale. In order to take full advantage of such pulses, it is crucial to measure and stabilise their carrier-envelope (CE) phase, i.e., the phase difference between the carrier wave and the envelope function. We introduce a novel approach to determine the CE phase by down-conversion of the laser light to the terahertz (THz) frequency range via plasma generation in ambient air, an isotropic medium where optical rectification (down-conversion) in the forward direction is only possible if the inversion symmetry is broken by electrical or optical means. We show that few-cycle pulses directly produce a spatial charge asymmetry in the plasma. The asymmetry, associated with THz emission, depends on the CE phase, which allows for a determination of the phase by measurement of the amplitude and polarity of the THz pulse

Design and Calibration of Plane Mirror Setups for Mobile Robots with a 2D-Lidar

Lidar sensors are widely used for environmental perception on autonomous robot vehicles (ARV). The field of view (FOV) of Lidar sensors can be reshaped by positioning plane mirrors in their vicinity. Mirror setups can especially improve the FOV for ground detection of ARVs with 2D-Lidar sensors. This paper presents an overview of several geometric designs and their strengths for certain vehicle types. Additionally, a new and easy-to-implement calibration procedure for setups of 2D-Lidar sensors with mirrors is presented to determine precise mirror orientations and positions, using a single flat calibration object with a pre-aligned simple fiducial marker. Measurement data from a prototype vehicle with a 2D-Lidar with a 2 m range using this new calibration procedure are presented. We show that the calibrated mirror orientations are accurate to less than 0.6° in this short range, which is a significant improvement over the orientation angles taken directly from the CAD. The accuracy of the point cloud data improved, and no significant decrease in distance noise was introduced. We deduced general guidelines for successful calibration setups using our method. In conclusion, a 2D-Lidar sensor and two plane mirrors calibrated with this method are a cost-effective and accurate way for robot engineers to improve the environmental perception of ARVs