Umeå universitets logga

umu.sePublikationer
Driftstörningar
Det förekommer återkommande driftstörningar på några av sök-portalerna på grund av hög belastning. Vi arbetar på att lösa problemet, ni kan tillfälligt mötas av ett felmeddelande.
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Contrast improvement of sub-4 fs laser pulses using nonlinear elliptical polarization rotation
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik.ORCID-id: 0000-0002-4884-3336
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik.
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik.
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik.
Visa övriga samt affilieringar
2019 (Engelska)Ingår i: Optics Letters, ISSN 0146-9592, E-ISSN 1539-4794, Vol. 44, nr 16, s. 4028-4031Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Temporal-intensity contrast is crucial in intense laser-matter interaction to circumvent the undesirable expansion of steep high-density plasma prior to the interaction with the main pulse. Nonlinear elliptical polarization rotation in an argon filled hollow-core fiber is used here for cleaning pedestals/satellite pulses of a chirped-pulse-amplifier based Ti: Sapphire laser. This source provides similar to 35 mu J energy and sub-4-fs duration, and the process has >50% internal efficiency, more than the most commonly used pulse cleaning methods. Further, the contrast is improved by 3 orders of magnitude when measured after amplifying the pulses to 16 TW using non-collinear optical parametric chirped pulse amplification with a prospect to even further enhancement.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Optical Society of America, 2019. Vol. 44, nr 16, s. 4028-4031
Nationell ämneskategori
Atom- och molekylfysik och optik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:umu:diva-162848DOI: 10.1364/OL.44.004028ISI: 000481541400031PubMedID: 31415539Scopus ID: 2-s2.0-85070657097OAI: oai:DiVA.org:umu-162848DiVA, id: diva2:1349370
Anmärkning

Corrections

11 September 2019: A typographical correction was made to the acknowledgment.

Tillgänglig från: 2019-09-09 Skapad: 2019-09-09 Senast uppdaterad: 2024-03-27Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Non-linear attosecond physics at 100 eV
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Non-linear attosecond physics at 100 eV
2021 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Non-linear interactions between light and matter have nowadays a broad range of applications. They are used for frequency doubling in simple laser pointers as well as for a variety of purposes in complex laser systems like the one presented in this thesis. For the study of ultrafast phenomena, those non-linear interactions are crucial to trigger and observe events at the fastest timescale, which is currently the attosecond regime (10-15 – 10-18 s). As the duration of a single optical cycle of a visible light wave is longer than this timescale, these investigations necessitate the application of XUV and X-ray pulses. However, the generation of isolated attosecond light pulses sufficiently intense to initiate non-linear interactions with matter is restricted to photon energies below 50 eV. The aim of this thesis is to establish a new light source, which pushes this boundary further and thereby enables the observation of up to now unrevealed electron dynamics.

The presented new light source provides attosecond pulses with approximately hundred times more pulse energy than typical systems (up to 55 nJ in the spectral range from approximately 65 eV to 140 eV). This facilitates non-linear measurements at these photon energies. The achieved high energy stability (5 %) of this light source allows precise and time efficient measurements. These parameters are obtained via energy-upscaling of high-harmonic generation in gas medium. For the generation of well isolated attosecond pulses a unique laser, like the Light Wave Synthesizer 20, is necessary. This laser uses optical parametric synthesis to produce the most intense sub-5 fs, sub two-cycle laser pulses in the world (80 mJ, 4.5 fs).

Furthermore, an optimal focus of the XUV pulses is crucial to provide the necessary intensity for non-linear interactions. Therefore, different methods for focusing the XUV pulses are investigated. Moreover, the construction and characterization of a robust split and delay stage is presented, which is essential for time resolved measurements.

The detection of the non-linear interaction is realized via a spatially resolved ion time-of-flight detector, the ion microscope. This allows for a quantitative measurement of different ionization states. With the combination of this detector and the new light source the non-linear generation of Xe4+ and Xe5+ at photon energies around 100 eV is demonstrated. This enables the determination of the two-photon ionization cross-sections, which could up to now only be measured with much longer pulses at large scientific infrastructures. This paves the way towards time-resolved XUV pump – XUV probe measurements at 100 eV.

Abstract [sv]

Icke linjära interaktioner mellan ljus och materia har idag ett brett användningsområde. De kan användas för frekvensdubbling i enkla laserpekare och för en mängd olika syften i komplexa lasersystem som det som presenteras i denna avhandling. För forskning om ultrasnabba fenomen är dessa icke-linjära interaktioner avgörande för att utlösa och observera händelser i den snabbaste tidsskalan, vilket för närvarande är den så kallade attosekundregimen (10-15 - 10-18 s). Eftersom varaktigheten av en optisk cykel, i det synliga spektrumet är längre än denna tidsskala, kräver dessa undersökningar användningen av XUV och röntgenpulser. Genereringen av isolerade attosekundljuspulser som är tillräckligt intensiva för att ge upphov till icke-linjära interaktioner med materia är dock begränsad till fotonenergier under 50 eV. Syftet med denna avhandling är att etablera en ny ljuskälla som flyttar denna gräns ytterligare framåt och därmed möjliggör observation av hittills outforskad elektrondynamik.

Den nya ljuskällan ger attosekundpulser med ungefär hundra gånger mer pulsenergi än för typiska system (upp till 55 nJ i spektralområdet från cirka 65 eV till 140 eV). Detta underlättar icke-linjära mätningar vid dessa fotonenergier. Den höga energistabiliteten (5%) som uppnås med denna ljuskälla möjliggör exakta och tidseffektiva mätningar. Dessa egenskaper erhålls via energiuppskalning av övertonsgenerering (high-harmonic generation på engelska) i gasmedium. För att generera välisolerade attosekundpulser är en specialbyggd laser, som Light Wave Synthesizer 20, nödvändig. Denna laser använder optisk parametrisk syntes för att producera de mest intensiva sub-5 femtosekunder, sub-två cykel laserpulsarna i världen (80 mJ, 4,5 fs).

Vidare, är ett optimalt fokus för XUV-pulserna avgörande för att ge den nödvändiga intensiteten för icke-linjära interaktioner. Därför undersöks olika metoder för att fokusera XUV-pulserna. Dessutom så presenteras konstruktionen och karaktäriseringen av ett robust split- och fördröjningssteg (split and delay stage på engelska), vilket är viktigt för tidsupplösta mätningar.

Detekteringen av den icke-linjära interaktionen görs med en rumsligt upplöst jondetektor som mäter propageringstid genom detektorn, det så kallade jonmikroskopet. Detta möjliggör en kvantitativ mätning av olika joniseringstillstånd. Genom att kombinera denna detektor med den nya ljuskällan kan vi påvisa icke-linjär generation av Xe4+ och Xe5+ vid fotonenergier runt 100 eV. Detta möjliggör bestämning av de två-fotonjoniseringstvärsnitten, som hittills bara kunde mätas med mycket längre pulser vid stora forskningsanläggningar. Detta lägger grunden för tidsupplöst XUV pump – XUV probe mätningar vid 100 eV.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Umeå: Umeå University, 2021. s. 155
Nyckelord
extreme ultraviolet (XUV), non-linear XUV – matter interaction, high-harmonic generation, photoionization, attosecond physics, isolated attosecond pulses, attosecond XUV pump – XUV probe spectroscopy
Nationell ämneskategori
Atom- och molekylfysik och optik
Forskningsämne
fysik
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-182773 (URN)978-91-7855-571-0 (ISBN)978-91-7855-570-3 (ISBN)
Disputation
2021-06-04, KBE301, KBC-huset, Linnaeus väg 10, Umeå, 13:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Kempestiftelserna, JCK-1825Kempestiftelserna, JCK-1658Vetenskapsrådet, 2016-05409,Vetenskapsrådet, 2019-02376Vetenskapsrådet, 2020-05111
Tillgänglig från: 2021-05-12 Skapad: 2021-05-04 Senast uppdaterad: 2021-05-10Bibliografiskt granskad
2. A sub-5 fs 100 TW optical parametric synthesizer
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>A sub-5 fs 100 TW optical parametric synthesizer
2022 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Alternativ titel[sv]
En sub-5 fs 100 TW optisk parametrisk synthesizer
Abstract [en]

State-of-the-art ultrashort light sources in the visible and near-infrared spectral regions provide direct access to the femtosecond realm, thereby enabling understanding and control of electronic processes within matter. On the other hand, ultra-intense light pulses lead to the emergence of relativistic electron motion and many related phenomena, such as electron & ion acceleration and high-order harmonic generation in plasmas. The generation and amplification techniques for those intense short light pulses were developed over the last 60 years. Nowadays, they are unique scientific research tools and the basis of commercial applications. The driving forces behind many of these new optical technologies are second and third order nonlinear ultrashort processes. Optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) is currently the most interesting of these techniques and promises in particular high single-pass gain, broad gain bandwidth, scalability, good high-dynamic range temporal contrast, and tunability. However, OPCPA comes also with a bundle of challenges. The aim of this thesis, by utilizing the advantages and facing these challenges, is to boost a sub-two cycle optical parametric synthesizer (OPS), a two-color-pumped OPCPA, to an unprecedented parameter regime in respect of energy, intensity, contrast and stability.

The presented sub-2-optical cycle OPS – the light wave synthesizer (LWS) - is a worldwide unique system, amplifying a spectral bandwidth in three pairs of OPCPA stages. One pair of these stages sequentially amplifies and coherently combines two complementary spectral ranges to an almost octave spanning bandwidth. The amplified spectrum ranges from 580 nm to 1000 nm, which makes Fourier limited pulses with 4.6 fs possible. The present system is a fundamental reconstruction and extension of a former version of LWS that provided peak powers of up to 16 TW. By carefully redesigning of the former OPCPA stages, implementing a new front end and adding two nominally 2.3 J Nd:YAG amplifiers, harmonic generation setups and a third pair of OPCPA stages, the pulse energy has been raised up to 450-500 mJ while keeping the spectral bandwidth. After compression, this corresponds to about the aspired 100 TW peak power.

Focus was also laid on various important parameters for such ultra-short and ultra-intense light pulses, such as the temporal contrast, the carrier-envelope phase (CEP) and energy stability. Analysis and optimization of the 16 TW LWS version operation parameters made it possible to optimize the LWS-100 root mean square energy stabilities down to 0.3-0.5% over 100 s, which is significantly lower than previously reported for the former version. For the first time, the CEP-stability for this full system has been demonstrated. Currently, it is limited by slow drifts, but an active feedback system could suppress this to 400 mrad. The influences on the temporal contrast were investigated and prepulses identified and eliminated. Furthermore, hardware and software control for easy handling and reliable operation have been implemented.

The LWS-100 pushes the limits for few-cycle laser technology even further. It enables the generation of intense and isolated attosecond pulses beyond 100 eV photon energy, acceleration of attosecond electron bunches to relativistic energies, measurement of nonlinear processes of inner shell electrons via XUV pump-probe experiments and generation of isolated attosecond pulses on plasma mirrors. 

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Umeå: Umeå University, 2022. s. 138
Nyckelord
Optical parametric amplification (OPA), optical parametric synthesizer (OPS) optimization, energy stability, carrier envelop phase stability, temporal intensity contrast, saturation, fewcycle, tera watt
Nationell ämneskategori
Atom- och molekylfysik och optik
Forskningsämne
fysik
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-199273 (URN)978-91-7855-885-8 (ISBN)978-91-7855-886-5 (ISBN)
Disputation
2022-10-10, NAT.D.450, Naturvetarhuset, Umeå, 13:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2022-09-19 Skapad: 2022-09-10 Senast uppdaterad: 2025-01-08Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextPubMedScopus

Person

Fischer, PeterMuschet, AlexanderSalh, RoushdeyVeisz, Laszlo

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Smijesh, N.Fischer, PeterMuschet, AlexanderSalh, RoushdeyVeisz, Laszlo
Av organisationen
Institutionen för fysik
I samma tidskrift
Optics Letters
Atom- och molekylfysik och optik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
pubmed
urn-nbn
Totalt: 719 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf