Pulsformung in Hohlfaserkompressoren: Simulation und Experiment

• Applicants: Professor Dr. Ayhan Demircan; Professor Dr. Günter Steinmeyer
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 42635889

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

Im Rahmen dieses Projekts wurde die Propagation von ultrakurzen Laserpulsen in Wellenleitergeometrien, insbesondere auch in durch nichtlineare Prozesse selbstgeschaffene Wellenleiter untersucht. Hierbei kann eine zeitliche Selbstkompression auftreten, die zu einer wesentlichen Verkürzung des Pulses um etwa einen Faktor 5 führt. Dieser Effekt wurde in analytisch und numerisch auf eine räumliche Einschnürung des Pulses auf der Femtosekundenskala zurückgeführt. Diese Einschnürung erhöht innerhalb des Pulses lokal die Energiedichte, was dann im Zentrum des räumlichen Pulsprofils als Intensitätserhöhung wahrgenommen wird. Weitere Varianten dieses Prozesses wurden numerisch und auch experimentell untersucht. Insbesondere wurde gezeigt, dass der Effekt kaskadierbar ist und dass evt. vorhanden Fenster im Strahlengang einen wesentlichen Einfluss auf die Pulsformung haben. In einem zweiten Strang des Projekts wurden theoretische Modelle für die Berechnung des optischen Kerr-Effekts entwickelt, einem der maßgeblichen Effekte für die Pulsformung in Filamenten. Mit den entwickelten Modellen lassen sich experimentelle Literaturdaten für alle Edelgase für einen großen Wellenlängenbereich mit einer Abweichung von wenigen 10% aus der Kenntnis eines einzigen Parameters, nämlich der Ionisationsenergie, vorherberechnen. Außerdem lassen sich Aussagen über eine mögliche Sättigung des Kerr-Effekts treffen, die sich hervorragend mit jüngst veröffentlichten experimentellen Daten decken. Im Rahmen dieser Arbeit sind bisher insgesamt 9 Veröffentlichungen in internationalen begutachteten Journalen entstanden sowie eine gleich große Anzahl von Einladungen zu internationalen Konferenzen erfolgt.

Publications

• 17th International Laser Physics Workshop (Trondheim, Norway, 2008-07). "Space-time structure of fewcycle light bullets generated by self-compression in whitelight filaments"
  G. Steinmeyer, C. Bree and A. Demircan
  
• 2nd International Symposium on Filamentation (Paris, France, 2008-09). "Asymptotic pulse shapes in filament self-compression of femtosecond pulses"
  G. Steinmeyer
  
• 402nd Wilhelm and Else Heraeus Seminar: Novel Light Sources and Applications (Universitätszentrum Obergurgl, Austria, 2008-02). "Selfcompression of femtosecond laser pulses in filaments"
  G. Steinmeyer
  
• "Asymptotic pulse shapes in filamentary propagation of intense femtosecond pulses". Laser Phys. J., 19(2), 330-335(2009)
  Carsten Bree, Ayhan Demircan, and Günter Steinmeyer
  
• "Self-pinching of pulsed laser beams in a plasma filament". Opt. Express, 17, 16429 -16435 (2009)
  Carsten Bree, Ayhan Demircan, Stefan Skupin, Luc Berge, and Günter Steinmeyer
  
• 18th International Laser Physics Workshop, LPHYS 2009 (Barcelona, Spain, 2009-07). "Self-pinching of ultrashort pulses during filamentary propagation"
  G. Steinmeyer, C. Bree, A. Demircan, S. Skupin, and L. Berge
  
• "Cascaded self-compression of femtosecond pulses in filaments". New J. Phys. 12, 093046, (2010)
  Carsten Bree, Jens Bethge, Stefan Skupin, Luc Berge, Ayhan Demircan, and Günter Steinmeyer
  
• "Method for computing the nonlinear refractive index via Keldysh theory". IEEE J. Quantum Electron., 46(4), 433-437(2010)
  Carsten Bree, Ayhan Demircan, and Günter Steinmeyer
  
• "Plasma induced pulse breaking in filamentary self-compression". Laser Phys. 20(5), 1107-1113(2010)
  Carsten Bree, Ayhan Demircan, Stefan Skupin, Luc Berge, and Günter Steinmeyer
  
• 19th Annual Int. Laser Physics Workshop (Foz do Iguaçu, Brazil, 2010-07). "Double self-compression and the origin of negative dispersion contributions during filamentary propagation"
  G. Steinmeyer
  
• 2nd Int. Workshop on Laser-Matter Interaction (Porquerolles, France, 2010-09). "Computation of nonlinear refraction saturation via Keldysh theory"
  G. Steinmeyer
  
• Physics Days (Jyväskylä, Finland, 2010-03). "Taming optical nonlinearities: From few-femtosecond beam delivery to filament self-compression"
  G. Steinmeyer
  
• "Filamentary pulse self-compression: The impact of the cell windows". Phys. Rev. A 83. 043803 (2011)
  Carsten Bree, Ayhan Demircan, Jens Bethge, Erik T. J. Nibbering, Stefan Skupin, Luc Berge, and Günter Steinmeyer
  
• "Modulation instability in filamentary self-compression". Laser Phys. 21(7), 1 (2011)
  Carsten Bree, Ayhan Demircan, and Günter Steinmeyer
  
• "Saturation of the alloptical Kerr effect". Phys. Rev. Lett. 106. 183902 (2011)
  Carsten Bree, Ayhan Demircan, and Günter Steinmeyer
  
• "Self-compression of 120fs pulses in a white-light filament". J. Opt. 13, 055203 (2011)
  Jens Bethge, Günter Steinmeyer, Gero Stibenz, Peter Staudt, Carsten Bree, Ayhan Demircan, Harald Redlin, and Stefan Düsterer
  
• 20th International Laser Physics Workshop, LPHYS 2011 (Sarajevo, Bosnia and Herzegovina, 2011-07). "Saturation of the all-optical Kerr effect"
  C. Bree, A. Demircan and G. Steinmeyer
  
• Ultrafast Optics VIII, (Monterey, CA, USA, 2011-09). "Saturation of the all-optical Kerr effect: a new paradigm in nonlinear optics?"
  G. Steinmeyer, A. Demircan and C. Bree