Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

66 — Forschung Lehrstuhl für Nichtlineare Optik Prof. Dr. Gerhard G. Paulus Forschungsschwerpunkte Die Forschung des Lehrstuhls Nichtlineare Optik konzentriert sich auf ausgewählte Aspekte der Wech- selwirkung intensiver Laserstrahlung mit Materie. Projekte der vergangenen Jahre sind Photoionisation und -dissoziation in starken Laserfeldern, Erzeugung von XUV- und THz-Strahlung bei relativistischer Wechselwirkung mit Oberflächen, nanoskalige XUV-Bildgebung und Röntgen-Präzisionspolarimetrie einschließlich Anwendungen. Dieser Bericht konzentriert sich exemplarisch auf zwei Projekte aus der Starkfeld-Laserphysik und der XUV-Bildgebung. Unsere Arbeitsgruppe erforscht seit vielen Jahren die Wechselwirkung intensiver, ultrakurzer Pulse mit Atomen und Molekülen. 2018 feiert die Stark- feld-Laserphysik-Community mit Symposien und Sonderbänden das 25-jährige Jubiläum der Rück- streu-Physik, zu der die Entdeckung des Above- threshold-Ionisations- (ATI-) Plateaus durch den heutigen Lehrstuhlinhaber einen entscheidenden Beitrag geleistet hat. Heute stützen sich unsere Experimente auf wesentlich leistungsfähigere und komplexere Lasersysteme und Spektrometer als vor 25 Jah- ren, um einerseits bislang nicht erreichbare Para- meterbereiche und andererseits unerforschte atomare und molekulare Systeme zu untersu- chen. Unser Interesse gilt dabei speziell funda- mental bedeutenden Teilchen wie He + , H 2 + und HeH + . Fundamentale Aspekte der Ionisation mit sichtbarer und infraroter intensiver Laserstrah- lung können in einem zwei- oder drei-stufigen Modell verstanden werden, wobei der erste Schritt optische Feldionisation ist. Danach be- wegt sich das Photoelektron auf mehr oder weni- ger klassischen Trajektorien. Daraus ergibt sich fast zwangsläufig die offenbar nie alternde und stets kontroverse Frage nach der Tunnelzeit. Ein- deutige Antworten können darauf nur Experimen- te mit wasserstoff-ähnlichen Ionen geben. Die Fragmentierung von He + , H 2 + und HeH + in intensiven Laserfeldern entsprechenden Experimente mit unserer Ionen- strahlapparatur sind aufgrund der Komplexität der Anlage und niedrigen Ereignisraten außerordentlich mühsam, aber gleichwohl erfolgreich. Interessanter- weise kann die entsprechende Schrödingerglei- chung bei den relevanten Parametern mit der ver- fügbaren Rechentechnik noch nicht gelöst werden. Eine andere fundamental bedeutende Fragestellung betrifft die Fragmentation von Molekülen in starken Laserfeldern. Wir haben in den vergangenen Jahren durch Ionenstrahl-Experimente mit H 2 + wichtige Bei- träge leisten können. Heute wird die Vorstellung über die Fragmentations-Mechanismen bei H 2 + man- gels Alternativen auf alle anderen Molekülbindungen übertragen. Im Rahmen des DFG-Schwerpunktpro- gramms 1840: Quantendynamik in maßgeschneider- ten intensiven Strahlungsfeldern (QUTIF) haben wir begonnen, das der homonuklearen H 2 + -Bindung ge- genüberstehende Extrem HeH + zu untersuchen. Die Motivation speist sich dabei zusätzlich aus dem Zusammenspiel dieses asymmetrischen Moleküls mit den für Einzelzyklenpulsen typischen asymmet- rischen Wellenformen sowie der Verfügbarkeit von vier Isotopologen mit sehr verschiedenen Massever- hältnissen. Ionisation von He + -Ionen mit elliptisch polarisierter Laserstrahlung bei ca. 10 17 W/cm 2 . Gezeigt ist das Impulsspektrum der He 2+ -Ionen. Die leichte Verdrehung der Struktur in Richtung Uhrzeigersinn wird von einigen Autoren z.T. einer endlichen Tunnelzeit zugeschrieben.