Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Above-Threshold Ionisation with Two-Colour Laser Fields

Petersson, Leon LU (2014) PHYM01 20141
Department of Physics
Atomic Physics
Popular Abstract (Swedish)
En atom består av en kärna och en eller flera elektroner. Den positivt laddade kärnan utgör atomens centrum och större delen av dess massa. Elektronerna är små, negativt laddade, partiklar i omloppsbana kring kärnan. För många applikationer (och inte minst för att studera atomstruktur) kan det vara interessant att kunna slita loss elektronerna ur sina banor -- att jonisera atomen.

Ett sätt att jonisera en atom är att använda en laser. En laser genererar en stråle av ljus, vilka slänger elektronerna de passerar upp och ner, likt en boj som guppar i havet. Oftast är ljusvågorna symmetriska: hälften av tiden dras elektronerna åt ena hållet, och hälften av tiden dras de åt det andra.

Om lasern är tillräckligt kommer elektroner att dras... (More)
En atom består av en kärna och en eller flera elektroner. Den positivt laddade kärnan utgör atomens centrum och större delen av dess massa. Elektronerna är små, negativt laddade, partiklar i omloppsbana kring kärnan. För många applikationer (och inte minst för att studera atomstruktur) kan det vara interessant att kunna slita loss elektronerna ur sina banor -- att jonisera atomen.

Ett sätt att jonisera en atom är att använda en laser. En laser genererar en stråle av ljus, vilka slänger elektronerna de passerar upp och ner, likt en boj som guppar i havet. Oftast är ljusvågorna symmetriska: hälften av tiden dras elektronerna åt ena hållet, och hälften av tiden dras de åt det andra.

Om lasern är tillräckligt kommer elektroner att dras loss från sina atomer och frigöras -- atomerna joniseras. De fria elektronerna kommer att slungas fram och tillbaka av ljusvågorna tills de antingen lämnar laserstrålen eller slungas tillbaka in i atomen av vågorna. De som slungas tillbaka kommer antingen att falla in i atomen eller att studsa ut igen.

Laserljus består nästan alltid av endast en våglängd, vilket är ett mått på färgen hos det ljus som genereras. Vad händer om man istället för att använda en använder två laserstrålar med olika färg? I det här examensarbetet undersöks vad som händer om man använder två lasrar, en stark och en svag, där den svaga laserns vågor gungar flera gånger snabbare än den starkas.

En illustration av detta ses i figur 1 nedan, där en pensel har satts fast på varje hjul av en cykel. Eftersom den blå penseln på det lilla hjulet fullbordar en rotation dubbelt så ofta som den röda penseln på det stora hjulet, kommer vågen som målas av det lilla hjulet svänga dubbelt så snabbt. Man säger att det lilla hjulet har två gånger högre \textit{frekvens} än det stora. Notera att en två gånger högre frekvens även leder till en hälften så lång våglängd.

När elektronerna är fria slängs de, som nämnt ovan, fram och tillbaka tills de lämnar laserstrålen. Deras acceleration är proportionell mot summan av laservågornas höjd. Här studerades endast fallet där fältet med högst frekvens är för svagt för att påverka accelerationen. Detta medför att elektronernas energi efter att de lämnar atomen inte påverkas av det svaga fältet i någon större utsträckning. Den högfrekventa lasern kan dock påverka sannolikheten för jonisation vid en viss tidpunkt, vilket illustreras i figur 2. Eftersom jonisationstillfället påverkar den frigjorda elektronens energi, påverar den högfrekventa lasern hur många elektroner som kommer uppmätas med en given energi.

Genom att observera sannolikheten för elektroner att ha olika energier, vet man sannolikheten för att de ska frigöras vid olika tidpunkter. Elektroner som frigörs när den starka lasern pekar uppåt åker uppåt och de som joniseras när den pekar neråt åker neråt. I de områden där jonisationen ökar hos de elektroner som åker uppåt (till exempel innan de positiva vågtopparna i figur 2), minskar den för de som åker neråt, och vice versa. Detta betyder att endast skillnaden mellan hur många elektroner som åker uppåt och nedåt med en viss energi behöver studeras. På detta sätt kan man få information om den relativa förskjutningen i tidled mellan vågorna, vilket ger en större förståelse för vad som händer i det fysiska systemet man studerar. Ett exempel på en annan relativ förskjutning ges i figur 3.

När vågornas frekvens skiljer sig med en udda faktor, såsom i figur 4, kommer lasern att accelerera lika många elektroner med samma energi både uppåt och nedåt. I detta fall kan inte systemets asymmetri undersökas. Istället kan endast det totala antalet elektroner joniserade med en viss energi studeras. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Petersson, Leon LU
supervisor
organization
course
PHYM01 20141
year
type
H1 - Master's Degree (One Year)
subject
keywords
symmetry, ATI, above threshold ionisation, above threshold ionization, phase, phase difference, phase metrology, phase measurement, phase measurements, two-colour, two colour, two-color, two color, asymmetry
language
English
id
4856377
date added to LUP
2015-04-28 19:45:24
date last changed
2015-04-28 19:45:24
@misc{4856377,
  author       = {{Petersson, Leon}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Above-Threshold Ionisation with Two-Colour Laser Fields}},
  year         = {{2014}},
}