DE102011016441A1

DE102011016441A1 - Verfahren und Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung, insbesondere von Mehrzyklenpulsen einer Laserstrahlung

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Publication number: DE102011016441A1
Application number: DE102011016441A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Paulus Gerhard Georg; Dr. Sayler Arthur Maxwell; Tim Rathje; Max Möller; Dominik Hoff
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-11
Also published as: CN103733036B; CN103733036A; WO2012136197A1; US20140023099A1; JP2014510289A; EP2694934A1; US9194753B2

Abstract

Aufgabe war es, eine schnelle CE-Phasenauswertung der Laserpulse, insbesondere in Echtzeit, auch für Mehrzyklenpulse zu ermöglichen. Vorschlagsgemäß sind eine Polarisations-Gating-Stufe (8) zur Veränderung der in der Phase auszuwertenden Laserpulse (7) sowie eine nachfolgende Phasenauswertestufe (15) zur Messung der Phasenlage der veränderten Laserpulse vorgesehen. Die Erfindung findet beispielsweise Anwendung in der Lasertechnik zur Erzeugung und Kontrolle von Einzelzyklenpulsen

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung insbesondere von Mehrzyklenpulsen einer Laserstrahlung.
Die absolute Phase ist definiert als die Verschiebung zwischen dem Maximum der Pulseinhüllenden und dem nächstgelegenen Maximum der Trägerwelle des elektrischen Feldes eines Laserpulses. Häufig wird die absolute Phase auch als carrier-envelope Phase (CEP) bezeichnet. Damit ist sie eine Größe, die zur Beschreibung des exakten Verlaufs des elektrischen Feldes von Laserpulsen jeglicher Art benötigt wird. Insbesondere bei Laserpulsen, deren Pulseinhüllenden nur eine Halbwertsdauer von wenigen optischen Zyklen haben, sogenannte few-cycle pulses oder Einzelzyklenpulse, spielt die CEP eine zentrale Rolle, da das elektrische Feld dieser Pulse besonders große CEP-abhängige Asymmetrien aufweist. Allerdings werden auch bei Experimenten mit Mehrzyklenpulsen CEP-Abhängigkeiten beobachtet.
Die Erzeugung von Einzelzyklenpulsen ist seit 1997 möglich (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). Seitdem sind diese Laserpulse und ihre Wechselwirkung mit Materie ein Forschungsgebiet von zentralem Interesse und werden ausführlich studiert.
2001 wurden Effekte der absoluten Phase erstmals bei der Photoionisation von Edelgasen direkt 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 wurden die CEP-abhängigen Asymmetrien der Einzelzyklenpulse in Form von räumlich asymmetrisch emittierten Photoelektronen beobachtet. Zur Verwendung kamen dabei zwei sich gegenüberstehende Flugzeitspektrometer (Stereo-Flugzeitspektrometer).
Seitdem wurden auch andere Vorrichtungen zur CEP-Messung vorgeschlagen und zum Teil verwirklicht. In der Regel war es dabei erforderlich, über die durch hunderte oder tausende von Laserpulsen induzierten Effekte zu mitteln, um die CEP der Laserpulse zu bestimmen. Ebenso funktioniert die Mehrzahl dieser Verfahren in der Regel nur, wenn die Laserpulse kürzer als ca. zwei optische Zyklen (Halbwertsbreite) sind (ca 6 fs bei 800 nm Zentralwellenlänge des Lasers). (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. Dömer, H. Gimpel, K. Zrost, T. Ergler, R. Moshammer, U. Morgner, J. Ullrich, H. G. Roskos: Determination of the carrierenvelope 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: Measurement of the Phase of few-cycle laser Pulses, Phys. Rev. Let., 2003, Vol 91, Issue 25.)
2009 gelang es erstmals, die CEP von Einzelzyklenpulsen mit hoher Genauigkeit mit der obengenannten Stereo-Flugzeitspektrometer Anordnung im Einzelschussbetrieb zu bestimmen (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). Auch dieser Aufbau ist nur für die Vermessung der CEP von Einzelzyklenpulsen mit einer Halbwertdauer von weniger als 8 fs geeignet.
2010 wurde eine weitere Methode demonstriert, welche die Vermessung der CEP von ultrakurzen Pulsen mit Pulsdauern von 38 fs im Einzelschussbetrieb ermöglichte (P. Tzallas, E. Skantzakis, and D. Charalambidis: Measuring the absolute carrier-envelope phase of many-cycle laser fields, PHYSICAL REVIEW A 82, 061401(R), 2010). Dabei wird ein Laserpuls mit zeitabhängiger Polarisation in Wechselwirkung mit einem Edelgas zur Erzeugung von Strahlung im extremen ultra-violetten Bereich, sogenannter hoher Harmonischer, verwendet. Aus der genauen Vermessung des Verlaufs der spektralen Intensität der extrem ultravioletten Strahlung kann die CEP des ultrakurzen Pulses bestimmt werden. Diese Methode ist allerdings nur mit sehr hohen Pulsenergien (größer 50 mJ) realisierbar und benötigt einen vergleichsweise hohen Apparateaufwand. Außerdem erfordert die Methode einen hohen Aufwand beim Datentransfer und der Berechnung der CEP, sodass die Pulsrepetitionsrate limitiert ist. Somit ist mit dieser Methode weder eine Bestimmung der CEP noch eine Einflussnahme auf die CEP oder eine Korrelation der CEP Messung mit der Messung anderer physikalischer Größen in Echtzeit möglich. Insbesondere die Notwendigkeit sehr hoher Pulsenergien lässt dieses Verfahren als Basis für eine Regelung der CEP oder eine Korrelation der CEP-Messung mit der Messung anderer physikalischer Größen in Echtzeit (CEP-Tagging) nur für Lasersysteme zu, die niedrige Pulsrepetitionsraten und Pulsenergien von mehreren 10 mJ zur Verfügung stellen.
Es wurde auch bereits eine Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung von Einzelzyklenpulsen vorgeschlagen ( DE 10 2010 019 814.5 ), die basierend auf dem Prinzip des Stereo-Flugzeitspektrometers die CEP Bestimmung deutlich verbessern konnte. Diese Vorrichtung lässt die Einzelschussbestimmung der CEP von Einzelzyklenpulsen in Echtzeit bei Wiederholraten im kHz Bereich zu. Gleichzeitig wird der für die CEP Messung erforderliche Apparateaufwand erheblich vermindert und es wird eine hohe Genauigkeit der CEP Messung im Bereich unterhalb von 200 mrad erreicht, während dabei vergleichsweise moderate Pulsenergien im Bereich einiger 10 μJ benötigt werden. Damit kann diese Vorrichtung als Basis für eine Regelung der CEP oder eine Korrelation der CEP-Messung (CEP-Tagging) mit der Messung anderer physikalischer Größen in Echtzeit dienen (A. M. Sayler, Tim Rathje, Walter Müller, Klaus Rühle, R. Kienberger, G. G. Paulus: Precise, real-time, every-single-shot, carrier-envelope phase measurement of ultrashort laser Pulses, OPTICS LETTERS Vol. 36, No. 1, 2011), wenngleich für die CEP-Bestimmung nachteilig ist, dass sich der ausgegebene Radius-Parameter r beim Übergang von Einzelzyklenpulsen zu Mehrzyklenpulsen verringert, während die Streuung Δr weitestgehend konstant bleibt (A. M. Sayler, Tim Rathje, W. Müller, Ch. Kürbis, Klaus Rühle, Gero Stibenz, and G. G. Paulus: Real-time pulse length measurement of few-cycle laser Pulses using above-threshold ionization, Optics Express Vol. 19, Iss. 5, 2011, 4464–4471). Da sich die Unsicherheit der CEP Messung Δϕ ungefähr wie Δr/r verhält (Δϕ ~ Δr/r), führt dies zu zwei wesentlichen Problemen für die CEP Bestimmung in Echtzeit und Einzelschussbetrieb:

1) Die Unsicherheit der CEP Bestimmung steigt mit der der Pulsdauer, da der Radius-Parameter r, mit steigender Pulsdauer sinkt, und es gilt: Δϕ ~ Δr/r.
2) Die CEP Messung ist nicht mehr durchführbar, wenn Δr die Größenordnung von r erreicht, weil die Unsicherheit der CEP Bestimmung zu groß wird. Diese Grenze liegt typischerweise bei 8 fs (bei einer zentralen Wellenlänge von 800 nm).

Es ist auch bekannt, dass Laserpulse mit zeitabhängig veränderlicher Polarisationsrichtung bei der Untersuchung und Optimierung der Wechselwirkung von Laserpulsen mit Materie angewendet werden. Die Erzeugung von Laserpulsen mit zeitabhängig veränderlicher Polarisationsrichtung erfolgt in einer sogenannten Polarisation-Gating-Stufe, die auf verschiedene Weise verwirklicht werden kann. (O. Tcherbakoff, E. Mével, D. Descamps, J. Plumridge, and E. Constant: Time-gated high-order harmonic generation, PHYSICAL REVIEW A 68, 2003, 043804; G. Sansone, E. Benedetti, F. Calegari, C. Vozzi, L. Avaldi, R. Flammini, L. Poletto, P. Villoresi, C. Altucci, R. Velotta, S. Stagira, S. De Silvestri, M. Nisoli: Isolated Single-Cycle Attosecond Pulses, Science 314, 2006, 443; P. Tzallas, E. Skantzakis, C. Kalpouzous, E. P. Benis, G. D. Tsakiris, D. Charalambidis: Generation of intense continuum extreme-ultraviolet radiation by many-cycle laser fields, Nature Physics, Vol 3, 2007; P. B. Corkum, N. H. Burnett, M. Y. Ivanov: Subfemtosecond Pulses, Optics Letters, Vol. 19, No 22, 1994).
Eine spezielle Möglichkeit ist die Verwendung verschiedener doppelbrechender Quarzplatten unterschiedlicher Dicken in Kombination mit einem oder mehreren Brewster-Fenstern (S. Gilbertson, Y. Wu, S. D. Khan, M. Chini, K. Zhao, X. Feng, and Z. Chang: Isolated attosecond pulse generation using multicycle Pulses directly from a laser amplifier, PHYSICAL REVIEW A 81, 2010, 043810). Bislang wurden diese Techniken zur Erzeugung von Attosekunden-Laserpulsen benutzt. Eine Verwendung dieser Techniken für eine schnelle CE-Phasenauswertung ist nicht bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine schnelle CE-Phasenauswertung der Laserpulse, insbesondere in Echtzeit, auch für Mehrzyklenpulse zu ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur schnellen Phasenauswertung insbesondere von Mehrzyklenpulsen einer Laserstrahlung, indem Laserimpulse erzeugt werden mit zumindest jeweils einem Bereich annähernd linearer Polarisation und zumindest jeweils einem Bereich nichtlinearer Polarisation, wobei die Phase von dem jeweils zumindest einem Bereich annähernd linearer Polarisation gemessen wird.
In einem speziellen Fall werden zur Generierung unterschiedlich polarisierter Pulsbereiche von jedem linear polarisierten Laserimpuls zum Zweck dessen Phasenauswertung jeweils zumindest ein zweiter zeitverzögerter sowie den originalen Impuls teilweise überlappender Impuls erzeugt, wobei von den Laserpulskombinationen aus jeweils erstem und jeweils zugehörigem zumindest zweitem zeitverzögertem Impuls jeweils der überlappende Impulsbereich eine annähernd linearer Polarisation aufweist, deren Phase jeweils gemessen wird.
Eine Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung insbesondere von Mehrzyklenpulsen einer Laserstrahlung, besteht aus einer Polarisation-Gating-Stufe zur Veränderung der in der Phase auszuwertenden Laserpulse sowie einer an die Polarisation-Gating-Stufe angeschlossenen Phasenauswertestufe zur Messung der Phasenlage der veränderten Laserpulse.
Die Polarisations-Gating-Stufe und die Phasenauswertestufe können dabei durch unterschiedliche optische bzw. elektronische oder rechentechnische Anordnungen realisiert sein. In den Unteransprüchen und Beispielen sind Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung angeführt.
Mit den aktuell bekannten Möglichkeiten ist es nur möglich, für Einzelzyklenpulse die CE-Phase im Einzelschussbetrieb in Echtzeit zu bestimmen. Mit der Erfindung kann dagegen die CE-Phase auch von Mehrzyklenpulsen in Echtzeit und im Einzelschussbetrieb mit einer hohen Präzision ermittelt werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: Schematisch dargestellter Laserpuls
2: Schematisch dargestellter Laserpuls mit überlappender zeitlich versetzter Kopie desselben
3: Polarisation des Laserpulses
4: Schema einer möglichen Anordnung zur schnellen Phasenauswertung ultrakurzer Laserpulse. Die Laserpulse werden vor der Wechselwirkung mit einem Gas hinsichtlich ihrer Polarisationsrichtung zeitabhängig durch eine Polarisations-Gating-Stufe verändert.
In 1 ist in schematischer Darstellung der Intensitätsverlauf eines bekannten Laserpulses 1 gezeigt. In 2 ist hinter dem ersten Laserpuls 1 ein zu diesem zeitversetzter zweiter Laserpuls 2 als Kopie des ersten Laserpulses 1 gestrichelt dargestellt, wobei sich die beiden Laserpulse 1, 2 teilweise überlappen. Es entsteht ein überlagerter Laserpuls 3. Dieser überlagerte Laserpuls 3 ist in seinem mittleren Pulsbereich 4 linear polarisiert, in seinen beiden äußeren Pulsbereichen 5, 6 elliptisch polarisiert.
3 zeigt einen Verlauf 16 der elliptischen Polarisation in den beiden äußeren Pulsbereichen 5, 6. Die Polarisation ist im Bereich 4 nur für ca. zwei optische Zyklen linear.
4 zeigt eine mögliche Ausführung der Erfindung als Anordnung zur schnellen Phasenauswertung ultrakurzer Laserpulse. Ein Laserpulszug 7 trifft zur zeitabhängigen Veränderung seiner Polarisation zunächst auf eine Polarisations-Gating-Stufe 8, bestehend aus einer Apertur 9, einer Vollwellenplatte 10 aus Quarzglas, einem oder mehreren Brewster-Fenstern 11 sowie einer abschließenden Viertelwellenplatte 12 nullter Ordnung.
In der Polarisations-Gating-Stufe 8 passiert der Laserpulszug 7 zunächst die kreisförmige Apertur 9 variablen Durchmessers zur manuellen Regulierung der Pulsenergie. Der Intensitätsverlauf eines einzelnen Laserpulses ist in 1 dargestellt (vgl. Laserpuls 1).
Im Strahlengang des Laserpulszuges 7 ist hinter der Apertur 9 die im Winkel α = 45° zur linearen Eingangspolarisation orientierte Vollwellenplatte 10 aus Quarzglas angeordnet, die jeweils senkrecht aufeinander stehende Pulskopien (vgl. Laserpulse 1, 2 in 2) mit gleicher Amplitude erzeugt, deren Pulszentren allerdings gegeneinander verzögert sind. Die erzeugte Verzögerung hängt von der Dicke 1 der Vollwellenplatte 10 ab, die so gewählt wird, dass die erzeugte Verzögerung einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer bei der zentralen Wellenlänge T₀, des ultrakurzen Laserpulses 1 entspricht. Eine Verzögerung von genau einer Periodendauer wird bei einer Dicke von ca. l₀ = 88,6 μm erreicht (bei einer zentralen Wellenlänge von 800 nm). Daraus lässt sich die Dicke der Vollwellenplatte 10 für größere Ordnungen der Verzögerung über l= n l₀ berechnen, wobei n die Ordnung der Vollwellenplatte 10 bezeichnet. Die resultierende Verzögerung zwischen den Pulszentren der Laserpulse 1, 2 ergibt sich zu δ = n T₀. Andere Winkel α verändern das Verhältnis zwischen den Amplituden der Pulskopien und ihre Polarisationsrichtung in Bezug auf die Achsen des Laborkoordinatensystems x und y. Damit kann α dazu verwendet werden, die Polarisationsrichtung auf die Achse der in der DE 10 2010 019 814.5 vorgeschlagenen Vorrichtung zu optimieren.
Anschließend passieren die gegeneinander verzögerten Pulskopien das oder die ultradünnen Brewster-Fenster 11, die in Abhängigkeit ihrer Orientierung zur vertikalen Achse des Laborkoordinatensystems, angegeben durch den Winkel γ, einen Teil der horizontalen Feldkomponenten reflektieren und damit das Verhältnis zwischen den horizontalen und vertikalen Feldkomponenten verändern. Dies bewirkt eine Änderung der Elliptizität in den Pulsbereichen 5, 6 des überlagerten Laserimpulses 3 außerhalb des Überlappbereichs der Laserpulse 1, 2.
Die optische Achse der im Strahlengang des Laserpulszuges 7 nachfolgend angeordneten Viertelwellenplatte 12 nullter Ordnung schließt mit der horizontalen Achse des Laborkoordinatensystems einen Winkel von β = 0° ein. Dies generiert eine Verzögerung von T₀/4 zwischen den horizontalen Feldkomponenten gegenüber den vertikalen Feldkomponenten und erzeugt damit eine lineare Polarisation im Überlappbereich (vgl. Pulsbereich 4 in 2 sowie 3). Außerhalb des Überlappbereichs sind die Pulskopien elliptisch polarisiert (vgl. Pulsbereiche 5, 6 in 2 sowie 3).
Nach Passieren der Polarisations-Gating-Stufe 8 werden die nunmehr erzeugten überlagerten Laserpulse 3 des Laserpulszugs 7 durch einen ebenen Spiegel 13 reflektiert und mittels eines Fokussierspiegels 14 auf eine Phasenauswertestufe 15 zur Messung der Phasenlage der veränderten Laserpulse des Laserpulzugs 7 gelenkt. Die Phasenauswertestufe 15, realisiert vorzugsweise durch die in der DE 10 2010 019 814.5 vorgeschlagene Anordnung, gibt Winkel-Parameter θ und einen Radius-Parameter r aus (siehe 3).
Die Wechselwirkung des überlagerten Laserpulses 3, der somit eine zeitabhängige Polarisationsrichtung aufweist, mit einem Gas während der Ionisation unterscheidet sich von der Wechselwirkung von Laserpulsen mit zeitunabhängiger Polarisationsrichtung. Elektronen hoher kinetischer Energie werden nur bei hinreichend konstanter Polarisationsrichtung effizient erzeugt. Gleichzeitig weist die Erzeugungsrate dieser hochenergetischen Elektronen die höchste CEP-Abhängigkeit auf. Infolge dessen werden diese besonders CEP sensitiven Elektronen ausschließlich während des Zeitraums nahezu konstanter Polarisationsrichtung erzeugt, also im Zentrum des Überlappbereichs der beiden Pulskopien.
Damit wird eine Situation verwirklicht, die eine ähnliche CEP-Sensitivität aufweist wie ein Einzelzyklenpuls. Entsprechend weisen die Photoelektronenverteilungen, die durch Laserpulse mit zeitabhängiger Polarisationsrichtung erzeugt wurden, Asymmetrien auf, die mit denen vergleichbar sind, die von Einzelzyklenpulsen erzeugt werden. Damit würde der Radius-Parameter r, der von der besagten bereits vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß DE 10 2010 019 814.5 ausgegeben wird, erhöht werden.
Durch diese Vergrößerung des Radius-Parameters r bei nahezu gleichbleibender Streuung Δr, erhöht sich die Genauigkeit der Vorrichtung. Der nutzbare Anwendungsbereich wird damit auf Laserpulse bis zu einer Dauer von ca. 12 fs erweitert (bei 800 nm zentraler Wellenlänge).
Alternativ zu der in 3 gezeigten Polarisations-Gating-Stufe 8 könnte deren Funktion beispielsweise auch durch einen (nicht in der Zeichnung dargestellten) interferometrischen Aufbau realisiert werden (z. B. P. Tzallas, E. Skantzakis, C. Kalpouzous, E. P. Benis, G. D. Tsakiris, D. Charalambidis: Generation of intense continuum extreme-ultraviolet radiation by many-cycle laser fields, Nature Physics, Vol 3, 2007) oder auch durch einen (ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellten) Aufbau, der die Schwebung senkrecht aufeinander linear polarisierter Laserpulse mit leicht unterschiedlicher Mittenfrequenz verwendet (z. B. P. B. Corkum, N. H. Burnett, M. Y. Ivanov: Subfemtosecond Pulses, Optics Letters, Vol. 19, No 22, 1994).
Bezugszeichenliste

1: Laserpuls
2: Laserpuls (zeitlich versetzte Kopie des Laserpulses 1)
3: überlagerter Laserpuls
4: mittlerer Pulsbereich (des überlagerten Laserimpulses 3)
5, 6: äußerer Pulsbereich (des überlagerten Laserimpulses 3)
7: Laserpulszug
8: Polarisations-Gating-Stufe
9: Apertur
10: Vollwellenplatte
11: Brewster-Fenster
12: Viertelwellenplatte nullter Ordnung
13: ebener Spiegel
14: Fokussierspiegel
15: Phasenauswertestufe
16: Verlauf der elliptischen Polarisation in den äußeren Pulsbereichen 5, 6
r: von der Phasenauswertestufe 15 ausgegebener Radius-Parameter
θ: von der Phasenauswertestufe 15 ausgegebener Winkel-Parameter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010019814 [0008, 0027, 0030, 0032]

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 [0003]
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 [0004]
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 [0005]
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 [0005]
M. Kreß, T. Löffler, M. D. Thomson, R. Dömer, H. Gimpel, K. Zrost, T. Ergler, R. Moshammer, U. Morgner, J. Ullrich, H. G. Roskos: Determination of the carrierenvelope Phase of few-cycle laser Pulses with terahertz-emission spectroscopy, Nature Physics Let., 2006, Vol 2, 327–331 [0005]
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 [0005]
G. G. Paulus, F. Lindner, H. Walther, A. Baltuska, E. Goulielmakis, M. Lezius, F. Krausz: Measurement of the Phase of few-cycle laser Pulses, Phys. Rev. Let., 2003, Vol 91, Issue 25. [0005]
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 [0006]
P. Tzallas, E. Skantzakis, and D. Charalambidis: Measuring the absolute carrier-envelope phase of many-cycle laser fields, PHYSICAL REVIEW A 82, 061401(R), 2010 [0007]
A. M. Sayler, Tim Rathje, Walter Müller, Klaus Rühle, R. Kienberger, G. G. Paulus: Precise, real-time, every-single-shot, carrier-envelope phase measurement of ultrashort laser Pulses, OPTICS LETTERS Vol. 36, No. 1, 2011 [0008]
A. M. Sayler, Tim Rathje, W. Müller, Ch. Kürbis, Klaus Rühle, Gero Stibenz, and G. G. Paulus: Real-time pulse length measurement of few-cycle laser Pulses using above-threshold ionization, Optics Express Vol. 19, Iss. 5, 2011, 4464–4471 [0008]
O. Tcherbakoff, E. Mével, D. Descamps, J. Plumridge, and E. Constant: Time-gated high-order harmonic generation, PHYSICAL REVIEW A 68, 2003, 043804 [0009]
G. Sansone, E. Benedetti, F. Calegari, C. Vozzi, L. Avaldi, R. Flammini, L. Poletto, P. Villoresi, C. Altucci, R. Velotta, S. Stagira, S. De Silvestri, M. Nisoli: Isolated Single-Cycle Attosecond Pulses, Science 314, 2006, 443 [0009]
P. Tzallas, E. Skantzakis, C. Kalpouzous, E. P. Benis, G. D. Tsakiris, D. Charalambidis: Generation of intense continuum extreme-ultraviolet radiation by many-cycle laser fields, Nature Physics, Vol 3, 2007 [0009]
P. B. Corkum, N. H. Burnett, M. Y. Ivanov: Subfemtosecond Pulses, Optics Letters, Vol. 19, No 22, 1994 [0009]
S. Gilbertson, Y. Wu, S. D. Khan, M. Chini, K. Zhao, X. Feng, and Z. Chang: Isolated attosecond pulse generation using multicycle Pulses directly from a laser amplifier, PHYSICAL REVIEW A 81, 2010, 043810 [0010]
Tzallas, E. Skantzakis, C. Kalpouzous, E. P. Benis, G. D. Tsakiris, D. Charalambidis: Generation of intense continuum extreme-ultraviolet radiation by many-cycle laser fields, Nature Physics, Vol 3, 2007 [0034]
P. B. Corkum, N. H. Burnett, M. Y. Ivanov: Subfemtosecond Pulses, Optics Letters, Vol. 19, No 22, 1994 [0034]

Claims

Verfahren zur schnellen Phasenauswertung insbesondere von Mehrzyklenpulsen einer Laserstrahlung, indem Laserimpulse erzeugt werden mit zumindest jeweils einem Bereich annähernd linearer Polarisation und zumindest jeweils einem Bereich nichtlinearer Polarisation, wobei die Phase von dem jeweils zumindest einem Bereich annähernd linearer Polarisation gemessen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem linear polarisierten Laserimpuls zum Zweck dessen Phasenauswertung jeweils zumindest ein zweiter zeitverzögerter sowie den originalen Impuls teilweise überlappender Impuls so erzeugt wird, dass von den Laserpulskombinationen aus jeweils erstem und jeweils zugehörigem zumindest zweitem zeitverzögertem Impuls jeweils der überlappende Impulsbereich mit annähernd linearer Polarisation generiert wird und dass jeweils die Phase des überlappenden Pulsbereiches gemessen wird.
Vorrichtung zur schnellen Phasenauswertung insbesondere von Mehrzyklenpulsen einer Laserstrahlung, bestehend aus einer Polarisations-Gating-Stufe (8) zur Veränderung der in der Phase auszuwertenden Laserpulse (7) sowie einer an die Polarisations-Gating-Stufe (8) angeschlossenen Phasenauswertestufe (15) zur Messung der Phasenlage der veränderten Laserpulse.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Gating-Stufe (8) durch einen doppelbrechenden Kristall (10) sowie einen weiteren doppelbrechenden Kristall (12) realisiert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Gating-Stufe (8) durch einen doppelbrechenden Kristall (10), durch ein teilweise polarisierendes Fenster (11) und einen weiteren doppelbrechenden Kristall (12) realisiert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Gating-Stufe (8) durch einen interferometrischen Aufbau realisiert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Gating-Stufe (8) durch einen Aufbau realisiert ist, der auf der Schwebung senkrecht aufeinander linear polarisierter Laserpulse mit leicht unterschiedlicher Mittenfrequenz basiert.