Photonik und Ultrakurzzeitphysik 2
Photonics and Ultrafast Physics 2

Quellen und Methoden der Ultrakurzzeitphysik werden vorgestellt:

• Ultrakurzpulslaser im sichtbaren, ultravioletten und Infrarot-Bereich.
• Verstärkung, Manipulation und vollständige Charakterisierung von ultrakurzen Lichtpulsen.
• Erzeugung von Hohen Harmonischen im Extremen Ultraviolett und Attosekundenpulsen.
• Synchrotrons und Freie Elektronenlaser.
• Ultrakurzzeitspektroskopie, Anrege-Abfrage-Methoden, Attosekunden-Techniken.

Problemstellungen und Anwendungen der Ultrakurzzeitphysik werden diskutiert:

• Elektronendynamik in Gasen, Molekülen, Festkörpern und Oberflächenschichtsystemen.
• Ultraschnelle Dynamik in Wasser, Molekularen Systemen und Farbstoffen.

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage

• die Quellen ultrakurzer Laserpulse zu kennen und zu beschreiben
• die verschiedenen Möglichkeiten zur Charakterisierung ultrakurzer Laserpulse zu bewerten und zu unterscheiden
• die Methoden der Femto- und Attosekundenspektroskopie zu verstehen
• die Funktionsweise und die Anwendungen von Freie-Elektronenlasern zu kennen
• Anwendungsgebiete der Attosekundenspektroskopie zu kennen und damit aktuelle Forschungsergebnisse in diesem Forschungsbereich verstehen zu können

Zulassungsvoraussetzungen für das Masterstudium, Modul Ultrakurzzeitphysik 1 (PH2158) empfohlen

In der Vorlesung werden durch Vorträge die theoretischen Grundlagen und deren experimentellen Umsetzungen erläutert und durch anschauliche Beispiele verständlich gemacht. In der Vorlesung und in den Unterlagen werden Verweise auf Originalarbeiten gegeben, mit der die Studierenden dazu angeleitet werden, in eigenständiger Erarbeitung und weiterführender Literaturrecherche den Stoff weiter zu vertiefen. Das Gelernte wird direkt bei einer Besichtigung in den Laboren des Lehrstuhls für Laser- und Röntgenphysik am Ende der Vorlesungen und mit einer Exkursion an eine Großforschungsanlage demonstriert.

Vortrag, PowerPoint-Folien (speziell Bilder), Tafelarbeit bei Herleitung von Zusammenhängen

• B.E.A. Saleh & M.C. Teich: Fundamentals of Photonics, Wiley-Interscience, (2007)
• G.A. Reider: Photonik: Eine Einführung in die Grundlagen, Springer, (1997)

Es findet eine mündliche Prüfung von 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Erklären Sie die Funktionsweise der CPA (Chirped-Pulse Amplification)-Methode zur Erzeugung ultrakurzer Laserpulse mit extremen Spitzenintensitäten.
• Wie groß muss die Pulsenergie eines 5 fs Laserpulses sein, dass sie bei einer Fokussierung auf 200 um eine Intensität von 10^15 W/cm^2 erreichen?
• Was sind die Unterschiede und die Vor- und Nachteile der modernen Pulscharakterisierungsmethoden Intensitäts-Autokorrelation, FROG und SPIDER?
• Erklären Sie den Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer anhand des semiklassischen Modells (3-step model).
• Wie erzeugt man isolierte Attosekundenpulse? Wie breit muss das Reflektivitätsspektrum eines XUV-Spiegels (100 eV) sein, dass die mit ihm gefilterte Strahlung eine Pulsdauer von 200 as unterstützt?