Erzeugung und Kompression von ultrakurzen UV/VUV-Impulsen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In enger Kooperation mit experimentellen Untersuchungen am MBI wurden im Projekt neue Methoden zur Erzeugung von Femtosekunden Impulsen im Ultraviolett und Vakuum Ultraviolett Bereich theoretisch untersucht, wobei die physikalischen Bedingungen und Vorraussetzung für die Realisierung einer sehr kleinen Impulsdauer und einer hohen Impulsenergie studiert werden sollten. In Fortsetzung unserer vorangegangenen Arbeiten wurden in einem ersten Teil des Projekts die Impulsverkürzung von einzelnen Impulsen Im UV oder VUV Bereich in einer Pump-Probe Anordnung in einem mit Stickstoff gefüllten Hohlwellenleiter mittels einer Spektralverbreiterung durch eine Phasenmodulation von Rotationswellenpaketen untersucht. Dieser Teil des Projekts war mit konkreten Experimenten am MBI verbunden, deren Deutung eine Erweiterung unserer früheren Ergebnisse zur Impulsverkürzung durch Raman-Induzlerte Phasenmodulation auf den Fall der Beteiligung vieler Niveaus bei der Anregung von Rotationswellenpaketen erforderte. Dadurch konnten die Experimente interpretiert und theoretisch beschrieben werden. Der Schwerpunkt des Projekts war auf die Erzeugung ultrakurzer Impulse im UV/VUV Bereich mittels parametrischer Vien/vellenmischung in Hohlwellenleitern gerichtet, die mit einem Edelgas gefüllt sind. Diese Untersuchungen erfolgten ebenfalls in enger Kooperation mit experimentellen Untersuchungen am MBI, in denen synchronisierte Impulse bei 800nm und ihre dritte Harmonische bei 266 nm in den Wellenleiter eingekoppelt und 161nm Femtosekunden Signal Impulse durch Vierwellenmischung (5w = 3w+3w-w) erzeugt wurden. Zur Beschreibung der experimentellen Ergebnisse wurde von uns ein neues theoretisches Modell entwickelt, das auf die Näherungen der langsam veränderlichen Amplituden und einer Taylorentwicklung der Dispersion verzichtet und höhere transversale Moden, die Ionisation durch zwei Impulse mit verschiedenen Frequenzen und Plasma Effekte einbezieht. Zur Untersuchung des Potentials der FWM für die VUV Impulserzeugung mit wesentlich kleinerer Dauer (im sub-10fs Bereich) wurde von uns zunächst die FWM eines sehr kurzen 10fs Idler Impulses bei 800nm und eines längeren Pumpimpuls bei 267nm untersucht. Die Ergebnisse demonstrierten, dass unter diesen Bedingungen VUV Impulse mit eine Dauer von nur 2.5fs erzeugt werden können. Wegen der Aufspaltung der Signal Impulse in zwei Teile und der Begrenzung der Impulsenergie auf den nJ Bereich wurde danach eine Modifikation der Methode im Rahmen der gestreckten Vierwellenmischung untersucht, die äußerst vielversprechende Ergebnisse erbrachte. Dabei wurde die Wechselwirkung eines gestreckten (chirped) breitbandigen Idler Impulses bei 800nm und eines schmalbandigen Pumpimpulses bei 267nm in einem mit Argon gefüllten Hohlwellenleiter untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass mit Idler und Pump Impulsen mit einer Energie im Bereich von 1 mJ und einer Dauer von 1ps VUV Signal Impulse mit einer Energie bis zu 0.2mJ erzeugt werden können, die auf eine Dauer unterhalb von 10fs durch eine Schicht von MgF2 Glas mit normaler Dispersion verkürzt werden können. Für einen kleinen Wellenleiterdurchmesser von d = 100 pm kann die Energieeffizienz bis zu 30% erreichen. Durch kaskadete gestreckte FWM können sub-IOfs Impulse im Wellenlängen Bereich von 90-140nm und einer Energie von 1 pJ erzeugt werden. Zusätzlich zu den Projektaufgaben wurde die Superkontinuumstrahlung in einem Array gekoppelter nichtlinearer Wellenleiter untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Generation of sub-30 fs ultraviolet pulses by Raman induced molecular modulators". Optics Express 13, 2467 (2005)
F. Noack, O. Steinkeller, P. Tzankov, H-H Ritze, J. Herrmann and Y. Kida
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„Generation and compression of femtosecond pulses in the vacuum ultraviolet by chirped-pulse four-wave difference-frequency mixing", CLEO/QELS, Long Beach (2006)
P. Tzankov, J. Zheng, A. Husakou, J. Herrmann, W. Freyer, V. Petrov, F Noack
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"Frequency-selective self-trapping and supercontinuum generation in arrays of coupled nonlinear waveguides" Optics Express 15, 11978 (2007)
I. Babushkin, A. Husakou, J. Herrmann, Yu.S. Kivshar
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"Supercontinuum generation in waveguides with a slow nonlinearity". Workshop:" Nonlinear effects in photonic materials", Berlin, 2007
I. Babushkin, A. Husakou, J. Herrmann
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„High-power fifth-harmonic generation of femtosecond pulses in the vacuum ultraviolet using a Ti:sapphire laser". Optics Express 15, 6389(2007)
P. Tzankov, O. Steinkeller, J. Zheng, M. Mero, W. Freyer, A. Husakou, I. Babushkin, J. Herrmann, F. Noack
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„Supercontinuum generation in microstructure fibers, waveguides and waveguide arrays", SPIE Conference on Microelectronic, MEMS and Nanotechnology; Canberra (Australia) 12.04.2007
J. Herrmann, A. Husakou, I. Babushkin, Yu. Kivshar
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„Supercontinuum generation in nanowaveguides with slow nonlinearity", Metamaterials 2007, Rome (Italy), 22.10.2007
J. Herrmann, I. Babushkin, A. Husakou
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„Supercontinuum generation in nonlinear waveguide arrays", International workshop on nonlinear physics in periodic structures and metamaterials, Dresden 2007
J. Herrmann, I. Babushkin, A. Husakou, Yu. Kivshar
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"Generation of sub-5fs pulses in vacuum ultraviolet using four wave mixing in hollow waveguides", Opt. Lett. 33, 938 (2008)
I. Babushkin, F. Noack and J. Herrmann
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"High-energy sub-10fs pulse generation in vacuum ultraviolet using chirped four wave mixing in hollow waveguides", Opt. Exp.16, 17774(2008)
I. Babushkin and J. Herrmann
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"Sub-5fs pulse generation in vacuum ultraviolet using four wave mixing in hollow fibers", CLEO 2008, San Jose (USA)
I. Babushkin, F. Noack and J. Herrmann
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"Sub-5fs pulse generation in vacuum ultraviolet using four wave mixing in hollow fibers", Conference on Ultrafast Phenomena (UP2008), Stresa (Italy)
J. Herrmann, I. Babushkin, F. Noack
