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Atomare Ionisationsdynamik in hochintensiven Laserfeldern
Dammasch, Matthias
Die Erzeugung von kohärenter Strahlung mit immer höherer Intensität hat in den letzten 25 Jahren zur Entdeckung einer Reihe von Phänomenen bei der Wechselwirkung von Lichtquanten mit Atomen geführt, die nicht mehr mit der in der Quantentheorie so erfolgreichen Störungsrechnung vollständig korrekt beschrieben werden können: Ionisation über der Schwelle (ATI), die Generation Höherer Harmonischer (HHG) und auch die Erzeugung mehrfach geladener Ionen mit unerwartet hohen Ausbeuten. Das letztgenannte Phänomen ist Gegenstand der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen. Da bis zum heutigen Tage keine vollständige Theorie zur korrekten Beschreibung aller bei diesem Phänomen auftretenden Effekte existiert, umfassen die hier vorgestellten Ergebnisse sowohl numerische Simulationen der von anderen Arbeitsgruppen aufgenommenen Messdaten als auch eigene Experimente zur Vermessung bis dahin nicht zugänglicher atomarer, bzw.ionischer Mehrelektronensysteme. Die Simulationen beruhen dabei auf einer empirischen Formel für die simultane Tunnelionisation mehrerer Elektronen, mit der in Abänderung des aus der allgemein anerkannten ADK-Theorie stammenden Ausdrucks für die rein sequentielle Ionisationswahrscheinlichkeit einzelner Elektronen bei vergleichsweise geringem Aufwand an Rechenleistung eine bemerkenswert gute Übereinstimmung mit den experimentellen Resultaten erzielt wird. In den Experimenten wurden an zwei verschiedenen Messapparaturen sowohl im Intensitätsbereich unterhalb von 1 10 hoch 16 W/cm2 als auch bei Lichtintensitäten bis nahe 1 10 hoch 18 W/cm2 atomare und ionische Mehrelektronensysteme auf ihr intensitätsabhängiges Ionisationsverhalten hin untersucht. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Vermessung von Systemen mit heliumartiger Elektronenkonfiguration zu, da hier die Ionisationsdynamik an einem überschaubar auf zwei Elektronen reduzierten, stark korrellierten fundamentalen System besonders gut studiert werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden daher neben nicht helium-ähnlichem Krypton und Xenon8+ vor allem die Ionenausbeuten von Indium+, Neon6+ und Lithium+ erstmals experimentell untersucht. Desweiteren wurden im Zuge der Charakterisierung der zweiten Messapparatur die Erkenntnisse aus der Ionisationsdynamik messtechnisch eingesetzt, um eine direkte Bestimmung der erzielten Spitzenintensität im Strahlfokus durchzuführen. Dabei wurden erste Anzeichen von relativistischen Effekten auf die Dynamik des Ionisationsprozesses nachgewiesen, die bei Lichtintensitäten oberhalb von 1 10 hoch 18 W/cm2 den Mechanismus der Mehrelektronenionisation zunehmend beeinflussen.
