Inhalt 1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, 2. Quantenradierer, Delayed Choice 3. Doppelspaltversuche mit Teilchen: 1. Elektronen 2. Atome, Moleküle 4. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission 5. Beispiel H2 6. Quantenkryptographie 7. Lichtgitter 2. Wechselwirkung mit Atomen 1. Photon-Atom Wechselwirkung 1. Einige Photonenquellen 2. Elastische Streuung 3. Photoeffekt im Überblick 4. Wirkungsquerschnitt als Funktion der Photonenergie 5. Zeitabhängigkeit des Photoeffektes 6. Elektronenergieverteilung 7. Elektronenwinkelverteilung 8. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und Winkelverteilungen 9. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse 2. Atome in starken Laserfeldern 1. 2. 3. Erinnerung an Einstein Woher kommen die Intensitäten Eigenschaften und Größenordnungen monochromatic light 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel 1900 Lenard ee- ee- A - max. electron energy independent of intensity I high intensity low intensity - 0 + Potential Energy 0 “BIG Photon” E>Ebind 24.6 eV + 54.4 eV 79 eV Energy 0 “Small Photon” 1.5eV (800nm) 24.6 eV + 54.4 eV 79 eV Energy 0 53 photons @800 nm 24.6 eV + 54.4 eV 79 eV Viele interessante Fragen: • Extrem nichtlineare Prozesse von Störungstheorie • (Elektronische)Materie unter extremen Bedingungen • Extrem kurz Zeiten “Attosekunden” “Elektronenbewegung sichbar machen” Ziel: 1015 W/cm2 ????? Laser: 1 W, 800nm Räumliche Kompression: 5 cm Brenweite: 5mm -> 5 um focus Zeitliche Kompression: 1kHz, 220 fsec (10-15) Faktor 106 Faktor 1010 100um 50 um 5um Lichtgeschosse: •3*3*3 m3 •30 ... 6 femto Sekunden •Lichtgeschwindigkeit •Leistungsdichte 1016W/cm2 •0.2 milli Joule •1.25 106 GeV •2*1015 Photonen (a 1.5 eV) •Elektrische Felder > 1011 V/m Photo: S.Voss Inhalt 1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, 2. Quantenradierer, Delayed Choice 3. Doppelspaltversuche mit Teilchen: 1. Elektronen 2. Atome, Moleküle 4. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission 5. Beispiel H2 6. Quantenkryptographie 7. Lichtgitter 2. Wechselwirkung mit Atomen 1. Photon-Atom Wechselwirkung 1. Einige Photonenquellen 2. Elastische Streuung 3. Photoeffekt im Überblick 4. Wirkungsquerschnitt als Funktion der Photonenergie 5. Zeitabhängigkeit des Photoeffektes 6. Elektronenergieverteilung 7. Elektronenwinkelverteilung 8. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und Winkelverteilungen 9. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse 2. Atome in starken Laserfeldern 1. Erinnerung an Einstein 2. Woher kommen die Intensitäten 3. Eigenschaften und Größenordnungen Inhalt 1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 2. Wechselwirkung mit Atomen 1. Photon-Atom Wechselwirkung 1. Einige Photonenquellen 2. Elastische Streuung 3. Photoeffekt im Überblick 4. Wirkungsquerschnitt als Funktion der Photonenergie 5. Zeitabhängigkeit des Photoeffektes 6. Elektronenergieverteilung 7. Elektronenwinkelverteilung 8. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und Winkelverteilungen 9. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse 2. Atome in starken Laserfeldern 1. Erinnerung an Einstein 2. Woher kommen die Intensitäten 3. Eigenschaften und Größenordnungen 4. Beobachtungsgrössen RATE Sättigung 5. Physikalische Bilder: Photonen versus Feld 6. Quantenmechanische Rechnungen 7. Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische, hochenergetische Elektronen, Doppelionisat 8. Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien Volumen in dem vollständig Ionisiert wird wächst Sättigung: Wahrscheinlichkeit 1 im Fokus Zentrum Walker et al. PRL 73(1994)1227 Laser Intensity Walker et al. PRL 73(1994)1227 50 um 100um 5um Inhalt 1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 2. Wechselwirkung mit Atomen 1. Photon-Atom Wechselwirkung 1. Einige Photonenquellen 2. Elastische Streuung 3. Photoeffekt im Überblick 4. Wirkungsquerschnitt als Funktion der Photonenergie 5. Zeitabhängigkeit des Photoeffektes 6. Elektronenergieverteilung 7. Elektronenwinkelverteilung 8. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und Winkelverteilungen 9. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse 2. Atome in starken Laserfeldern 1. Erinnerung an Einstein 2. Woher kommen die Intensitäten 3. Eigenschaften und Größenordnungen 4. Beobachtungsgrössen RATE Sättigung 5. Physikalische Bilder: Photonen versus Feld 6. 7. 8. Quantenmechanische Rechnungen Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische, hochenergetische Elektronen, Doppelionisat Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien Quantenperspektive: Multiphotonen Absorbtion Semiklassiche Perspektive: Tunnelionisation Tunnel Multiphoton Tunneln Typical ATI spectrum Absorbed Photons 18 20 22 0.2 ħω ATI peaks 0.1 ponderomotive energy 16 0 Ionization potential Electrons/eV E n ( I p U p ) 14 0.3 ħω P. H. Bucksbaum PRA 37 3615 (1988) 12 0 5 10 15 20 Energy (eV) 25 Helium I= 2.3 x 1014 W/cm2 =8 ps, 532 nm 30 •continuous E •high L Multi Photon (>16) <1014W/cm2 Polarization Quantenperspektive: Multiphotonen Absorbtion Semiklassiche Perspektive: Tunnelionisation <1 >1 <1014W/cm2 Polarization Density plot of the electron monenta along and perpendicular to the laser polarization for different wavelengths Energy Vs Angle 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Θ (deg) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 640nm 400nm 590nm 680nm 800nm 615nm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 E (eV) Argon dip 400 nm peak Multiphoton I = 1.7 x 1014 W/cm2 0.6 I = 3.9 x 1014 W/cm2 ~ 1.76 ~ 1.13 0 0 P|| (a.u.) 0.5 0.5 1 10 0 0.3 0.3 0.6 10 fs -1 -0.5 0 0.5 P|| (a.u.) 1 -1 -0.5 0 P|| (a.u.) 0.5 1 Argon dip 800 nm Tunneling peak I = 1.8 x 1014 W/cm2 ~ 0.85 0.3 0.6 ~ 0.89 0 0 0.5 0.5 1 0 1 0 0.3 0.6 I = 1.65 x 1014 W/cm2 10 fs -1 -0.5 0 P|| (a.u.) 0.5 1 -1 -0.5 0 P|| (a.u.) 0.5 1 Inhalt 1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 2. Wechselwirkung mit Atomen 1. Photon-Atom Wechselwirkung 1. Einige Photonenquellen 2. Elastische Streuung 3. Photoeffekt im Überblick 4. Wirkungsquerschnitt als Funktion der Photonenergie 5. Zeitabhängigkeit des Photoeffektes 6. Elektronenergieverteilung 7. Elektronenwinkelverteilung 8. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und Winkelverteilungen 9. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse 2. Atome in starken Laserfeldern 1. Erinnerung an Einstein 2. Woher kommen die Intensitäten 3. Eigenschaften und Größenordnungen 4. Beobachtungsgrössen RATE Sättigung 5. Physikalische Bilder: Photonen versus Feld 6. 7. 8. Quantenmechanische Rechnungen Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische, hochenergetische Elektronen, Doppelionisat Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien Zeitabhängige Schrödingergleichung: V(x,t) = 1/x + E sin t -Endliches Gitter (Rand, reflektionen, Zeit) -3 dim -Endliche Maschenweite (Impuls)