Advanced

A high-order harmonic pump-probe setup using annular-beam interferometers

Wikmark, Hampus LU (2016) FYSM60 20151
Department of Physics
Atomic Physics
Abstract
Demands are specified for an interferometer setup capable of supporting attosecond resolution pump-probe experiments, as well as molecular alignment experiments. A design for two interferometers fulfilling these demands is presented.

As the presented setup relies on annular beams for discrimination, high-order harmonic generation is attempted using annular beams. The success of these experiments as well as calculations performed indicate that this setup will function as intended.
Popular Abstract (Swedish)
Att elektroner kretsar runt atomkärnan i bestämda banor vet kanske de flesta nuförtiden - men hur hamnar de där? Hur rör de sig mellan banorna? När atomer förs samman i molekyler, vad händer med elektronerna då?

Tidigare så har fysiker och kemister nödgats se elektroner med statistiska glasögon; de rör sig så snabbt över så korta avstånd att inga instrument hann med att fånga deras rörelser.

Detta förändrades på 80-talet, när längden på den kortaste laserpulsen rörde sig under en pikosekund, i riktning mot femtosekunder (0.000000000000001 sekund). Detta är tidsskalan på vilken kemiska reaktioner sker, och blev känt för allmänheten när Ahmed Zewail fick Nobelpriset i kemi 1999 för att ha ”filmat” kemiska reaktioner med... (More)
Att elektroner kretsar runt atomkärnan i bestämda banor vet kanske de flesta nuförtiden - men hur hamnar de där? Hur rör de sig mellan banorna? När atomer förs samman i molekyler, vad händer med elektronerna då?

Tidigare så har fysiker och kemister nödgats se elektroner med statistiska glasögon; de rör sig så snabbt över så korta avstånd att inga instrument hann med att fånga deras rörelser.

Detta förändrades på 80-talet, när längden på den kortaste laserpulsen rörde sig under en pikosekund, i riktning mot femtosekunder (0.000000000000001 sekund). Detta är tidsskalan på vilken kemiska reaktioner sker, och blev känt för allmänheten när Ahmed Zewail fick Nobelpriset i kemi 1999 för att ha ”filmat” kemiska reaktioner med femtosekund-laserpulser.

Utvecklingen av dessa lasrar revolutionerade kemin – så vad kan vi göra om pulserna blir ytterligare 100 gånger kortare? I så kallad övertongenerering så kan starka lasrar användas för att producera blixtar av attosekundpulser. Förhållandet mellan en attosekund och en sekund är som förhållandet mellan en sekund och universums ålder, och attosekunder används för att beskriva förlopp som de innersta elektronernas och kärnpartiklarnas rörelser.

En metod som används bland annat för att mäta längden på attosekundpulser, men som också kan användas för att mäta andra fenomen, är ”pump-probe”(pump-sond)-experiment, där pulsen kombineras med en längre laserpuls och tillsammans med den påverkar ett atom-eller molekylmål.

I den här uppsatsen så beskriver jag planeringen och utformningen av ett mätinstrument som ska kunna utföra pump-probe-experiment på attosekund-tidsskalan. Instrumentet ger förutom denna otroliga tidsupplösning även möjlighet att utföra experiment i så kallad molekylär riktning, där en laserpuls används för att rikta alla molekyler i ett prov åt samma håll, vilket kan hjälpa till att visa var laddningarna befinner sig i molekylen och hur de rör sig.

Instrumentet förlitar sig på användningen av ringformade laserstrålar, och därför så utförs ett antal experiment med övertongenerering med dessa ringformade strålar för att visa att utformningen är vetenskapligt och ingenjörsmässigt sund. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Wikmark, Hampus LU
supervisor
organization
course
FYSM60 20151
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
High-order harmonic generation, pump-probe experiments, attosecond science, molecular alignment
language
English
id
8887865
date added to LUP
2016-08-08 16:13:56
date last changed
2016-08-08 16:13:56
@misc{8887865,
  abstract     = {Demands are specified for an interferometer setup capable of supporting attosecond resolution pump-probe experiments, as well as molecular alignment experiments. A design for two interferometers fulfilling these demands is presented.

As the presented setup relies on annular beams for discrimination, high-order harmonic generation is attempted using annular beams. The success of these experiments as well as calculations performed indicate that this setup will function as intended.},
  author       = {Wikmark, Hampus},
  keyword      = {High-order harmonic generation,pump-probe experiments,attosecond science,molecular alignment},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {A high-order harmonic pump-probe setup using annular-beam interferometers},
  year         = {2016},
}