DE102010019814A1 - Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung von Einzelzyklenpulsen - Google Patents

Abstract

Es soll eine schnelle Phasenauswertung der Laserpulse, möglichst in Echtzeit, geschaffen werden, um die Pulsfolge der Einzelzyklenpulse zu kontrollieren und im Bedarfsfall beeinflussen zu können. Erfindungsgemäß sind jedem Detektor jeweils mindestens zwei Integratoren zur Erfassung unterschiedlicher Flugzeitbereiche der detektierten Photoelektronen nachgeschaltet, deren Ausgänge mit einer Auswerteeinheit zur Berechnung der Phase der Einzelzyklenpulse in Verbindung stehen. Die Erfindung findet Anwendung in der Lasertechnik zur Erzeugung und Kontrolle von Einzelzyklenpulsen

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um Einzelzyklenpulse schnell in ihrer Phase auswerten zu können.
• Seit 1997 ist die Erzeugung von Laserpulsen möglich, die innerhalb ihrer Halbwertsbreite nur mehr aus wenigen optischen Zyklen bestehen (M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, S. Sartania, Z. Cheng, M. Lenzner, C. Spielmann, F: Krausz: A novel high energy pulse compression system: Generation of multigigawatt sub-5-fs pulses, Applied Physics B-Lasers And Optics, 1997, Vol. 65; 189–196). Diese Pulse sind als Einzelzyklen- oder few-cycle-Pulse (siehe 1) bekannt. Charakteristisch für Einzelzyklenpulse ist deren Asymmetrie, die umso stärker zutage tritt, je kürzer der Puls ist, d. h. aus je weniger optischen Zyklen der Puls besteht.
• Die Asymmetrie und damit der detaillierte Verlauf des elektrischen Feldes dieser Pulse werden durch die Phase der Trägerwelle, bezogen auf das Maximum der Pulseinhüllenden bestimmt. Diese Phase ist als absolute Phase oder carrier-envelope (CE) Phase bekannt. Insbesondere spricht man von cosinus-artigen Pulsen, wenn das Pulsmaximum mit einem Feldmaximum zusammenfällt und von sinus-artigen Pulsen wenn das Pulsmaximum auf einen Nulldurchgang des Feldes fällt.
• Nachdem die Wechselwirkung von Materie mit Laserpulsen im Allgemeinen vom Feld bestimmt wird, hat die absolute Phase eine erhebliche Bedeutung für unterschiedlichste wissenschaftliche und technische Anwendungen von Einzelzyklenpulsen.
• Nachdem der Stabilisierung der absoluten Phase technische Grenzen gesetzt sind und hohe Pulsrepetitionsraten für Anwendungen vorteilhaft sind, hat die Phasenmessung und deren Auswertung, insbesondere auch korreliert zu anderen Messdaten, eine hohe Relevanz.
• 2001 wurden Effekte der absoluten Phase erstmals bei der Photoionisation von Edelgasen nachgewiesen (G. G. Paulus, F. Grasbon, H. Walther, P. Villoresi, M. Nisoli, S. Stagira, E. Priori, S. De Silvestri: Absolute-phase phenomena in photoionization with few-cycle laser pulses, NATURE, 2001, Vol 414, 182–184). Dabei wurde die durch die asymmetrischen Pulse verursachte asymmetrische Photoelektronenverteilung mit zwei sich gegenüberstehenden Flugzeitspektrometern (Stereo-Flugzeitspektrometer) gemessen. 2 zeigt den an sich bekannten Prinzipaufbau eines solchen Stereo-Flugzeitspektrometers.
• Seitdem wurden Phaseneffekte auch mit einer Reihe anderer Anordnungen gemessen. In der Regel war es dabei erforderlich, die durch hunderte oder tausende Laserpulse induzierten Effekte zu mitteln, um die Phase dieser Pulse zu bestimmen. Voraussetzung war deshalb die Verfügbarkeit phasenstabilisierter Pulse (T. M. Fortier, P. A. Roos, D. J. Jones, S. T. Cundiff, R. D. R. Bhat, J. E. Sipe: Carrier-Envelope Phase-Controlled Quantum Interference of Injected Photocurrents in Semiconductors, Phys. Rev. Letters, 2004, Vol 92, No. 14; A. Apolonski, P. Dombi, G. G. Paulus, M. Kakehata, R. Holzwarth, Th. Udem, Ch. Lemell, K. Torizuka, J. Burgdörfer, T. W. Hänsch, F. Krausz: Observation of Light-Phase-Sensitive Photoemission from a Metal. Phys. Rev. Letters, 2004, Vol 92, No 7; M. Kreß, T. Löffler, M. D. Thomson, R. Dörner, H. Gimpel, K. Zrost, T. Ergler, R. Moshammer, U. Morgner, J. Ullrich, H. G. Roskos: Determination of the carrier-envelope phase of few-cycle laser pulses with terahertz-emission spectroscopy, Nature Physics Let., 2006, Vol 2, 327–331; C. A. Haworth, L. E. Chipperfield, J. S. Robinson, P. L. Knight, J. P. Marangos, J. W. G. Tisch: Half-cycle cutoffs in harmonic spectra and robust carrier-envelope phase retrieval, Nature Physics, 2007, Vol. 3, 52–57; G. G. Paulus, F. Lindner, H. Walther, A. Baltuska, E. Goulielmakis, M. Lezius, F. Krausz: Measurment of the phase of few-cycle laser pulses, Phys. Rev. Let., 2003, Vol 91, Issue 25).
• Es ist auch bekannt ( US 2010/0061411 A1 und US 2010/0040097 A1 ), Laserpulse auf eine Phase relativ zu einer gemittelten Phase aus vorherigen Pulsen zu stabilisieren. Die Beeinflussung der Phase ist somit nicht für den aktuellen Laserpuls, sondern nur für spätere Folgepulse möglich.
• 2009 gelang es erstmals, die absolute Phase von einzelnen Einzelzyklenpulsen mit hoher Genauigkeit im besagten Stereo-Flugzeitspektrometer (vgl. 2) zu messen (T. Wittmann, B. Horvath, W. Helml, M. G. Schatzel, X. Gu, A. L. Cavalieri, G. G. Paulus, R. Kienberger: Single-shot carrier-envelope phase measurement of few-cycle laser pulses, Nature Physics, 2009, Vol. 5; 357–362). Die Flugzeitspektren von mehreren tausend aufeinander folgenden Pulsen wurden dabei mit einem Digitaloszilloskop aufgezeichnet. Die Auswertung wurde dann später („offline”) vorgenommen. Damit war es nicht möglich, die Flugzeitspektren „online”, während das Experiment in Betrieb war, auszuwerten. Dadurch war auch keinerlei Einflussnahme auf die Impulse und deren Generierung möglich.
• In DE 10 2004 054 408 B4 wird die Messung der absoluten Phase von Laserpulsen beschrieben. Insbesondere sollen dabei an sich bekannte Nachteile, wie sehr hoher Mess- und Apparateaufwand, vermindert werden.
• Möglichkeiten einer schnellen Phasenauswertung, insbesondere in Echtzeit, um damit beispielsweise auf die Erzeugung der Laserpulse noch Einfluss nehmen zu können, werden nicht offenbart.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine schnelle Phasenauswertung der Laserpulse, insbesondere in Echtzeit, zu schaffen.
• Durch die schnelle Phasenauswertung soll insbesondere die Möglichkeit geschaffen werden, die Pulsfolge zu kontrollieren und im Bedarfsfall beeinflussen zu können. Außerdem soll die Korrelation der Phasenmessung mit der gleichzeitigen Messung anderer physikalischen Größen ermöglicht werden.
• Erfindungsgemäß ist den Detektoren wenigstens ein Integrator mit mindestens jeweils zwei Integrationsfunktionen zur Erfassung unterschiedlicher Flugzeitbereiche der detektierten Photoelektronen nachgeschaltet, welcher ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit zur Berechnung der Phase der Einzelzyklenpulse in Verbindung steht.
• Beispielsweise besteht der wenigstens eine Integrator mit jeweils zwei Integrationsfunktionen aus insgesamt vier den Flugzeitbereichen entsprechend unterschiedlich getriggerten einzelnen Integratoren, die paarweise den korrespondierenden Detektoren nachgeschaltet sind.
• Auf diese Weise werden die detektierten Signale jeweils zur Erfassung unterschiedlicher Flugzeitbereiche der detektierten Photoelektronen ohne erforderliche Zwischenspeicherung, beispielsweise mit schnellen gegateten Integratoren, wie BOXCAR-Integratoren, integriert, so dass ohne den nachteiligen Aufwand einer Vielzahl von Zwischenspeicherungen und erforderlicher nachträglicher Auswertungen unmittelbar die Phase der Laserpulsfolge in Echtzeit aus der Asymmetrie dieser Integrationswerte ermittelt werden kann. Mit dieser Echtzeitkontrolle kann beispielsweise im Bedarfsfall sofort auf die Generierung der Laserpulsfolge Einfluss genommen werden.
• Parallel zu einer beliebigen phasensensitiven Anwendung der besagten Laserpulse wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung für jeden Einzelzyklenpuls gleichzeitig dessen absolute Phase aus den detektierten Photoelektronen für unterschiedliche Flugzeitbereiche berechnet und somit für jeden Laserschuss erfasst. Aufgrund dieser Identifizierung können die einzelnen Messwerte der phasensensitiven Anwendung nach dem Kriterium der absoluten Phase sortiert werden.
• Daraus ergeben sich zwei weitere Vorzüge der Erfindung. Zum einen muss der Laser nicht mit phasenstabilisierenden Systemen betrieben werden, um phasensensitive Anwendungen durchzuführen, was den Messaufwand drastisch verringert, zum anderen wird die Auswertegenauigkeit wesentlich erhöht, da bei phasenstabilisierten Systemen sowohl Fehler bei der Phasenmessung, wie auch bei der Regelung, auftreten.
• Ein weiterer Nutzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der schnellen Abschätzung der Pulsdauer von Einzelzyklenpulsen. Die Asymmetrie der Photoelektronenspektren ist ein Maß für die Pulsdauer: je größer die Asymmetrie ist, desto kürzer ist die Pulsdauer. Mit der Vorrichtung ist daher gleichzeitig eine indirekte Auswertung der Pulsdauer im Einzelschussbetrieb des Lasers, und sogar in Echtzeit, möglich.
• Ebenso kann parallel zur Phasenauswertung anhand der Flugzeitspektren der detektierten Photoelektronen zusätzlich auch die Intensität des Laserpulses im Einzelschussbetrieb abgeschätzt werden.
• Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
• Es zeigen:
• 1: Darstellung von Einzelzyklenpulsen mit jeweils unterschiedlicher absoluter Phase
• 2: Prinzipaufbau eines an sich bekannten Stereo-Flugzeitspektrometers zur Messung der asymmetrischen Photoelektronenverteilung
• 3: analoges Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung von Einzelzyklenpulsen
• 4: analog/digitales Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung von Einzelzyklenpulsen
• 5: digitales Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung von Einzelzyklenpulsen
• In 1a bis 1c sind zur Veranschaulichung die elektromagnetischen Felder von an sich bekannten Einzelzyklenpulsen (few-cycle-Pulse) mit jeweils unterschiedlicher absoluter Phase φ an den Beispielen φ = 0 (kosinusartig 1a, c), φ = 0 (sinusartig 1b) dargestellt. Kosinusartige Pulse sind spiegelsymmetrisch um das Maximum der Einhüllenden, sinusartige Pulse sind inversionssymmetrisch. Bei der Bestrahlung von Atomen oder Molekülen hat dies jeweils eine charakteristische asymmetrische Emission von Photoelektronen zur Folge.
• 2 zeigt den ebenfalls bekannten Prinzipaufbau eines Stereo-Flugzeitspektrometers, mit dem die durch einen Laserstrahl 1 erzeugte asymmetrische Photoelektronenenergieverteilung gemessen wird. Zu diesem Zweck wird der Laserstrahl 1 durch einen Gaskanal 2 geleitet, sowie mittels (aus Übersichtsgründen nicht dargestellten) optischen Elementen in diesem, wie in 2 angedeutet, fokussiert. Der Gaskanal 2 weist beidseitig kleine Austrittsöffnungen 3, 4 auf, durch welche aufgrund der Gasionisation im Gaskanal 2 jeweils Photoelektronen 5, 6 freigesetzt werden. Die beidseitig des Gaskanals 2 freigesetzten Photoelektronen 5, 6 werden für die Messung der Flugzeit (FZ) durch einen linken Detektor 8 bzw. durch einen rechten Detektor 9 zur Phasenauswertung erfasst.
• In 3 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung der Einzelzyklenpulse des Laserstrahls 1 (vgl. 2) als rein analoge Variante dargestellt. Die beidseitig im Gas des Gaskanals 2 freigesetzten Photoelektronen 5, 6 werden in dem Stereo-Flugzeitspektrometer entsprechend 2 mittels der Detektoren 8, 9 als Flugzeitspektren (linkes bzw. rechtes FZ-Signal) registriert. Jedes dieser FZ-Signale wird jeweils an zwei Stromintegratoren 10, 11 bzw. 12, 13 geleitet. Zu diesem Zweck steht der Detektor 8 ausgangsseitig mit den Eingängen sowohl des Stromintegrators 10 mit einem Ausgangssignal L_s als auch des Stromintegrators 11 mit einem Ausgangssignal L₁ in Verbindung. In adäquater Weise ist der Detektor 9 mit dem Stromintegrator 12 (Ausgangssignal R_s) sowie mit dem Stromintegrator 13 (Ausgangssignal R₁) gekoppelt.
• Eine Photodiode 14, die am Ausgang vom Stereo-Flugzeitspektrometer aufgestellt ist, steht über zwei zeitverzögerte Triggerstufen 15, 16 jeweils paarweise mit zwei der Stromintegratoren 10, 11, 12, 13 in Verbindung, indem der Ausgang der Triggerstufe 15 jeweils auf einen Steuereingang (Gate) der Stromintegratoren 10, 12 und der Ausgang der Triggerstufe 16 jeweils auf einen Steuereingang der Stromintegratoren 11, 13 geführt sind. Mit dieser Torsteuerung der Stromintegratoren 10, 11, 12, 13 werden die Stromintegrationsintervalle (langsame und schnelle Flugzeit) für die mit den Detektoren 8, 9 erfassten Photoelektronen des Stereo-Flugzeitspektrometers (vgl. 2) gestartet und beendet. Die Ausgänge der Stromintegratoren 10, 11, 12, 13 sind mit einer analogen Auswerteeinheit 17 gekoppelt. Diese enthält zwei Auswertestufen 18, 19 mit dem Ausgabesignal x bzw. y zur Berechnung der Asymmetrie der auszuwertenden Einzelzyklenpulse der Laserstrahlung 1 (vgl. 1 und 2) sowie einer Auswertestufe 20, die eine Koordinatentransformation durchführt und damit die absolute Phase φ und den Radius R ausgibt.
• Der Ausgang der Stromintegratoren 10 und 12 steht jeweils mit einem Eingang der Auswertestufe 18 zur Berechnung der Asymmetrieparameter für schnelle Flugzeit (Ausgangssignal x) in Verbindung. Die Berechnung in der Auswertestufe 18 folgt der allgemeinen Formel (L_s – R_s)/(L_s + R_s). Der Ausgang der Stromintegratoren 11 und 13 ist jeweils auf einen Eingang der Auswertestufe 19 zur Berechnung der Asymmetrieparameter für langsame Flugzeit (Ausgangssignal y) geführt. Die Berechnung in der Auswertestufe 19 folgt der allgemeinen Formel (L₁ – R₁)/(L₁ + R₁). Die besagten Asymmetrieparameter für schnelle und langsame Flugzeit werden als analoge Ausgangssignale x und y in kartesischen Koordinaten ausgegeben. In der optionalen Auswertestufe 20 erfolgt zusätzlich eine Umrechnung der kartesischen Koordinaten x und y in radiale Koordinaten mit Radius R (stellt ein Maß für die Assymetrie dar) und dem Winkel φ (entspricht der absoluten Phase), die ebenfalls als analoges Signal ausgegeben werden.
• 3 zeigt vier (den Detektoren 8, 9 nachgeschaltete) einzelne Stromintegratoren 10, 12, 11, 13. Es wäre hingegen auch möglich (aus Übersichtsgründen nicht in der Zeichnung dargestellt), dass die einzelnen Stromintegratoren 10, 11, 12, 13 beispielsweise durch eine einzige Integratoreinheit realisiert werden, wobei diese Integratorstufe für jeden Detektorkanal jeweils mindestens zwei zeitlich verzögerte getriggerte Integrationsfunktionen (unterschiedliche Flugzeitbereiche) ausübt. In diesem Fall wären alle Integrationsfunktionen zur Auswertung der detektierten Photoelektronen des Stereo-Flugzeitspektrometers in lediglich beispielhaft einer Integratoreinheit als Bauelement vereinigt.
• Im Unterschied zu 3 zeigt 4 ein analog/digitales Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung der besagten Einzelzyklenpulse.
• Die Ausgangssignale L_s, L₁, R_s, R₁ werden, wie in 3 dargestellt, aus den FZ-Signalen der Detektoren 8, 9 mit Hilfe der über die Photodiode 14 und die Triggerstufen 14, 15 flugzeitgesteuerten Stromintegratoren 10, 11, 12, 13 analog generiert, gelangen aber über einen AD-Wandler 21 auf eine digitale Auswerteeinheit 22. Diese enthält digitale Auswertestufen 23, 24, 25 deren Funktionen vom Grundsatz jeweils den korrespondierenden und zu 3 beschriebenen Berechnungsfunktionen der analogen Auswertestufen 18, 19, 20 entspricht, mit dem Unterschied der digitalen Berechnung.
• Die digitalen Auswertestufen 23, 24, 25 werden vorzugsweise durch einen nicht explizit dargestellten Prozessor realisiert, welcher die genannten Asymmetrien berechnet sowie in radialen und kartesischen Koordinaten bereitstellt. Dabei ist es möglich, die berechneten Werte in Form von Signalamplituden auszugeben und/oder die Werte in Zeiten umzuwandeln, damit diese in Form von verzögerten Pulsen ausgegeben werden können.
• Die Ausgänge der digitalen Auswerteeinheit 21 mit den besagten funktionellen digitalen Auswertestufen 23, 24, 25 stehen mit einem DA-Wandler 26 in Verbindung, über welchen wiederum eine analoge Ausgabe der zu 3 beschriebenen Ausgangssignale x, y, R, φ erfolgt.
• 5 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur schnellen und rein digitalen Phasenauswertung der Einzelzyklenpulse.
• Die FZ-Signale (Flugzeitspektren) der Detektoren 8, 9 sowie das Signal der Photodiode 14 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch einen AD-Wandler 27 digitalisiert und einer digitalen Auswerteeinheit 28 zugeführt. Diese digitale Auswerteeinheit 28 enthält als Funktionsgruppen zwei Integratorstufen 29, 30 für die digitalisierten FZ-Signale der Detektoren 8, 9, zwei Auswertestufen 31, 32 für die besagte asymmetrische Berechnung nach der Funktion (L_s – R_s)/(L_s + R_s) bzw. nach der Funktion (L₁ – R₁)/(L₁ + R₁), welche von der Berechnungsfunktion den Auswertestufen 18, 19 aus 3 bzw. 23, 24 aus 4 entsprechen, sowie zwei digitale Auswertestufen 33, 34 zur digitalen Datenberechnung sowohl in kartesischen als auch in radialen Koordinaten, deren Signale über eine Ausgabestufe 35 digital abgegeben werden.
• Die zum besseren Verständnis als Funktionsgruppen dargestellten Integratorstufen 29, 30 und Auswertestufen 31, 32, 33, 34 sind wiederum zweckmäßig durch einen nicht explizit dargestellten Prozessor realisiert.
• Bezugszeichenliste

1

Laserstrahl

2

Gaskanal

3, 4

Austrittsöffnung des Gaskanals 2

5, 6

Photoelektronen

8, 9

Detektor

10, 11, 12, 13

Stromintegrator

14

Photodiode

15, 16

Triggerstufe

17

Auswerteeinheit (analog)

18, 19, 20

Auswertestufe (analog)

21, 27

AD-Wandler

22, 28

Auswerteeinheit (digital)

23, 24, 25

Auswertestufe (digital)

26

DA-Wandler

29, 30

Integratorstufe (digital)

31, 32, 33, 34

Auswertestufe (digital)

L_s, L₁, R_s, R₁

Ausgangssignal der Stromintegratoren 10, 11, 12, bzw. 13

x, y, γ

Ausgangssignal

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 2010/0061411 A1 [0008]
• US 2010/0040097 A1 [0008]
• DE 102004054408 B4 [0010]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, S. Sartania, Z. Cheng, M. Lenzner, C. Spielmann, F: Krausz: A novel high energy pulse compression system: Generation of multigigawatt sub-5-fs pulses, Applied Physics B-Lasers And Optics, 1997, Vol. 65; 189–196 [0002]
• G. G. Paulus, F. Grasbon, H. Walther, P. Villoresi, M. Nisoli, S. Stagira, E. Priori, S. De Silvestri: Absolute-phase phenomena in photoionization with few-cycle laser pulses, NATURE, 2001, Vol 414, 182–184 [0006]
• T. M. Fortier, P. A. Roos, D. J. Jones, S. T. Cundiff, R. D. R. Bhat, J. E. Sipe: Carrier-Envelope Phase-Controlled Quantum Interference of Injected Photocurrents in Semiconductors, Phys. Rev. Letters, 2004, Vol 92, No. 14 [0007]
• A. Apolonski, P. Dombi, G. G. Paulus, M. Kakehata, R. Holzwarth, Th. Udem, Ch. Lemell, K. Torizuka, J. Burgdörfer, T. W. Hänsch, F. Krausz: Observation of Light-Phase-Sensitive Photoemission from a Metal. Phys. Rev. Letters, 2004, Vol 92, No 7 [0007]
• M. Kreß, T. Löffler, M. D. Thomson, R. Dörner, H. Gimpel, K. Zrost, T. Ergler, R. Moshammer, U. Morgner, J. Ullrich, H. G. Roskos: Determination of the carrier-envelope phase of few-cycle laser pulses with terahertz-emission spectroscopy, Nature Physics Let., 2006, Vol 2, 327–331 [0007]
• C. A. Haworth, L. E. Chipperfield, J. S. Robinson, P. L. Knight, J. P. Marangos, J. W. G. Tisch: Half-cycle cutoffs in harmonic spectra and robust carrier-envelope phase retrieval, Nature Physics, 2007, Vol. 3, 52–57 [0007]
• G. G. Paulus, F. Lindner, H. Walther, A. Baltuska, E. Goulielmakis, M. Lezius, F. Krausz: Measurment of the phase of few-cycle laser pulses, Phys. Rev. Let., 2003, Vol 91, Issue 25 [0007]
• T. Wittmann, B. Horvath, W. Helml, M. G. Schatzel, X. Gu, A. L. Cavalieri, G. G. Paulus, R. Kienberger: Single-shot carrier-envelope phase measurement of few-cycle laser pulses, Nature Physics, 2009, Vol. 5; 357–362 [0009]

Claims (9)

1. Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung von Einzelzyklenpulsen mit einer gasangereicherten Unterdruckkammer, in welcher zwei links und rechts neben der Strahlrichtung der Einzelzyklenpulse befindliche Detektoren zur zeitaufgelösten Detektion von Photoelektronen angeordnet sind, die durch Emission bei der Gasionisation durch die Einzelzyklenpulse in der Unterdruckkammer entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass den Detektoren (8, 9) wenigstens ein Integrator mit mindestens jeweils zwei Integrationsfunktionen (10, 11 bzw. 12, 13) zur Erfassung unterschiedlicher Flugzeitbereiche der detektierten Photoelektronen nachgeschaltet ist und dass der den Detektoren (8, 9) nachgeschaltete wenigstens eine Integrator (10, 11, 12, 13) mit einer Auswerteeinheit (17, 21, 28) zur Berechnung der Phase der Einzelzyklenpulse in Verbindung steht.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Integrator durch jeweils mindestens zwei den Detektoren (8, 9) jeweils nachgeschaltete Integratoren (10, 11, 12, 13) zur Erfassung unterschiedlicher Flugzeitbereiche der detektierten Photoelektronen realisiert ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Integratoren (10, 11, 12, 13) gegatete Integratoren, wie BOXCAR-Integratoren, Verwendung finden.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (27, 28) vorgesehen sind, um die Signale der Detektoren (8, 9) erst in Echtzeit zu digitalisieren und dann die absolute Phase für jeden Einzelzyklenpuls in Echtzeit zu berechnen.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass optische Mittel (14) vorgesehen sind, welche über Triggerstufen (15, 16) die Integratoren (10, 11, 12, 13) für unterschiedliche Flugzeitbereiche der detektierten Photoelektronen steuern.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (18, 19, 20 bzw. 23, 24, 25, 26 bzw. 33, 34, 35) vorgesehen sind, um die berechneten Daten (x, y, R, φ) zur Phasenlage der Einzelzyklenpulse in kartesischen und/oder radialen Koordinaten auszugeben.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (26 bzw. 28 und 35) vorgesehen sind, um die berechneten Daten (x, y, R, φ) zur Phasenlage der Einzelzyklenpulse digital auszugeben.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (17) vorgesehen sind, um die berechneten Daten (x, y, R, φ) zur Phasenlage der Einzelzyklenpulse analog auszugeben.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (28) vorgesehen sind, um die berechneten Daten (x, y, R, φ) zur Phasenlage der Einzelzyklenpulse durch zeitverzögerte Pulse auszugeben.

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