DE10252889A1 - Converting fundamental wavelength laser pulses into high harmonic wave pulses involves superimposing shorter wavelength laser pulses in non-linear medium; relative pulse time positions can be adjusted - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konversion von Laserpulsen einer Grundwellenlänge in Laserpulse hoher Harmonischer dieser Grundwellenlänge, bei dem durch die Wechselwirkung zwischen einem Laserpuls einer Grundwellenlänge mit einem nichtlinearen Medium, insbesondere einem Gas, Laserpulse hoher Harmonischer der Grundwellenlänge erzeugt werden. Mit derartigen Verfahren und Vorrichtungen kann kohärente kurzwellige Strahlung, insbesondere weiche Röntgenstrahlung erzeugt werden.The invention relates to a method and a device for converting laser pulses of a fundamental wavelength into laser pulses high harmonic of this fundamental wavelength, due to the interaction between a laser pulse of a fundamental wavelength with a nonlinear one Medium, especially a gas, high harmonic laser pulses Fundamental wavelength be generated. With such methods and devices coherent Short-wave radiation, especially soft X-rays, are generated.
Laser sind ein sehr nützliches Werkzeug in vielen Bereichen des täglichen Lebens geworden, es fehlt allerdings an Quellen für kohärente kurzwellige Strahlung, insbesondere im UV- bis weichen Röntgenbereich. Eine besondere Eigenschaft der kohärenten Strahlung ist, dass sie besonders gut fokussiert werden kann und somit hohe Intensitäten erreicht werden können.Lasers are a very useful one Has become a tool in many areas of daily life, it is missing however at sources for coherent short-wave radiation, especially in the UV to soft X-ray range. A special property of coherent radiation is that it can be focused particularly well and thus achieves high intensities can be.
Zwei Wellenlängenbereiche sind besonders interessant für technische Anwendungen. Es ist der Bereich um 13 nm, der für die nächste Generation der Lithographie verwendet werden kann und benutzt werden kann um Computerchips zu schreiben. Als zweites ist der Bereich von 2,3 bis 4,4 nm (Wasserfenster) interessant für biologische Untersuchungen in Flüssigkeiten. In diesem Bereich ist Wasser transparenter als Kohlenstoff und es können daher z.B. kontrastreiche Röntgenbilder ohne starke Belastung des Gewebes gemacht werden.Two wavelength ranges are particularly interesting for technical Applications. It is the 13 nm range for the next generation of lithography can be used and can be used to create computer chips write. Second is the range from 2.3 to 4.4 nm (water window) interesting for biological investigations in liquids. In this area, water is more transparent than carbon and it can therefore e.g. high contrast x-rays can be made without heavy strain on the tissue.
Eine Möglichkeit zur Erzeugung kurzwelliger Strahlung, insbesondere kohärenter Röntgenstrahlung ist die Fokussierung eines linear polarisierten Laserstrahls mit Intensitäten zwischen 1014 und 1016 W/cm2 in ein Gas.One possibility for generating short-wave radiation, in particular coherent X-radiation, is to focus a linearly polarized laser beam with intensities between 10 14 and 10 16 W / cm 2 in a gas.
Die Atome reagieren bei diesen Intensitäten stark nichtlinear und geben hohe Harmonische der Laserfrequenz bis zur 300-ten Ordnung ab. Die Harmonischen werden in einem laserartigen Strahl mit einigen mrad Divergenz erzeugt und befinden sich somit, insbesondere koaxial im Inneren des treibenden Laserstrahls. Der Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer kann folgendermassen verstanden werden:
- 1. Ein Elektron verlässt durch Ionisation, insbesondere Tunnelionisation das Atom.
- 2. Das Elektron wird im elektrischen Feld des Lasers beschleunigt und gewinnt somit kinetische Energie.
- 3. Das Elektron wird auf das Atom zurückgetrieben und rekombiniert in den Grundzustand, wobei es seine Energie in einem Photon abgibt.
- 1. An electron leaves the atom through ionization, especially tunnel ionization.
- 2. The electron is accelerated in the electrical field of the laser and thus gains kinetic energy.
- 3. The electron is driven back to the atom and recombines into the ground state, releasing its energy in a photon.
Die maximale Energie des Photons ist E = Ip + 3.2Up, wobei Ip die Ionisationsenergie des Gases und Up die mittlere kinetische Energie eines Elektrons im Laserfeld ist. Durch die Energie der energiereichsten Photonen ist die maximale Ordnung der hohen Harmonischen der Grundwellenlänge bzw. -frequenz bestimmt.The maximum energy of the photon is E = Ip + 3.2Up, where Ip is the ionization energy of the gas and Up the average kinetic energy of an electron in the laser field is. By the energy of the most energetic photons is the maximum Order of the high harmonics of the fundamental wavelength or frequency determined.
Das Problem dieser eigentlich sehr einfachen Technik ist die geringe Effizienz mit der die Konversion stattfindet. Die bisherigen Verbesserungen versuchten hauptsächlich durch verbessertes Phasematching der Laserfrequenz und der Harmonischen die Effizienz zu erhöhen. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem man die Gasdüse an verschieden Positionen relativ zum Laserfokus bringt oder indem die Gasdüse durch eine Hohlfaser, die mit Gas gefüllt ist, ersetzt wird.The problem of this is actually very simple technology is the low efficiency with which the conversion takes place. The improvements so far have mainly tried through improved phase matching of laser frequency and harmonics Increase efficiency. This can be achieved, for example, by turning the gas nozzle on differently Bring positions relative to the laser focus or by the gas nozzle a hollow fiber filled with gas is replaced.
Eine weitere Möglichkeit ist, die Pulsdauer zu verkürzen und sehr kurze Pulse ( kürzer als 10 Femtosekunden) zu verwenden. Dieser Weg ist allerdings nicht einfach, da ein Lasersystem, das solche Pulsdauern erzeugen kann, sehr empfindlich und kompliziert ist. Es ist daher für technische Anwendungen besser, unempfindlichere und einfachere Lasersysteme mit Pulsdauern z.B. um 100 fs zu verwenden.Another option is the pulse duration To shorten and very short pulses (shorter than 10 femtoseconds). However, this path is not simply because a laser system that can generate such pulse durations is very sensitive and complicated. It is therefore for technical Applications better, less sensitive and simpler laser systems with pulse durations e.g. to use 100 fs.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, mittels denen eine effiziente Konversion möglich wird.The object of the invention is a To provide methods and an apparatus by means of which one efficient conversion possible becomes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Laserpulse der Grundwellenlänge in einem nichtlinearen Medium, insbesondere einem Gas, mit Laserpulsen kürzerer Wellenlänge überlagert werden, wobei die relative zeitliche Lage der Pulse zueinander einstellbar ist und wobei insbesondere die Pulsdauer der kürzerwelligen Laserpulse geringer ist als die der Pulse der Grundwellenlänge.This object is achieved according to the invention solved, that the laser pulses of the fundamental wavelength in a nonlinear Medium, in particular a gas, overlaid with laser pulses of shorter wavelength be, the relative temporal position of the pulses to each other adjustable and in particular the pulse duration of the shorter-wave laser pulses is shorter is than that of the pulses of the fundamental wavelength.
Dies kann besonders bevorzugt erreicht werden, wenn schon die Laserpulse kürzerer Wellenlänge, in einem vorgeschalteten Konversionsschritt durch Bildung hoher harmonischer Laserpulse aus den Laserpulsen der Grundwellelänge erzeugt werden.This can be achieved particularly preferably if the laser pulses are of shorter wavelength, in an upstream conversion step by forming high harmonics Laser pulses are generated from the laser pulses of the fundamental wavelength.
Der neue Ansatz bei der bevorzugten Ausführung zu Steigerung der Effizienz liegt in den zeitlichen Eigenschaften der hohen Harmonischen Strahlung. Sie bilden automatisch aufgrund der hohen Nichtlinearität des Prozesses einen Pulszug von kurzwelligen Pulsen, insbesondere um UV-Bereich, mit Dauern unterhalb der Pulsdauer der treibenden Pulse, z.B. im Bereich von 250 Attosekunden bei einer Pulsdauer der Grundwellenlänge von ca. 30 Femtosekunden, wobei die einzelnen Pulse durch die halbe Schwingungsdauer (1,35 fs) des treibenden Lasers getrennt sind.The new approach to the preferred execution to increase efficiency lies in the temporal characteristics the high harmonic radiation. They form automatically based on the high non-linearity the process a pulse train of short-wave pulses, in particular around the UV range, with durations below the pulse duration of the driving pulses, e.g. in the range of 250 attoseconds with a pulse duration of the basic wavelength of approx. 30 femtoseconds, with the individual pulses through half Vibration period (1.35 fs) of the driving laser are separated.
Betrachtet man den Ionisationsprozess näher, so gibt es eine wesentliche Bedingungen, die erfüllt sein muss, damit das Elektron zum Atom zurückkehrt und Harmonische erzeugen kann.If you look at the ionization process closer, so there is an essential condition that must be met for the electron returns to the atom and can generate harmonics.
Das Elektron sollte bevorzugt ionisiert werden, nachdem das elektrische Feld des Lasers sein Maximum erreicht hat und vor dem nachfolgenden Nulldurchgang. Die Erklärung dafür ist, dass das Elektron nach der Ionisation durch das elektrische Feld des Lasers vom Atom wegbeschleunigt wird. Die Beschleunigung des Elektrons hört im Nulldurchgang des elektrischen Feldes auf. Das Elektron wird im weiteren abgebremst und wird vor dem nächsten Maximum zum Stillstand kommen und zurückbeschleunigt werden. Es gewinnt im folgenden Bereich zwischen Maximum und Nulldurchgang Energie und wird im Bereich zwischen Nulldurchgang und Maximum das Atom wieder erreichen, wo es rekombinieren kann. Dies ist allerdings nicht möglich, falls das Elektron am Anfang zu lange vom Atom wegbeschleunigt wird und sich zu weit vom Atom entfernt hat.The electron should preferably be ionized after the electrical field of the laser has reached its maximum and before the subsequent zero crossing. The explanation for this is that after ionization, the electron is accelerated away from the atom by the electric field of the laser. The acceleration of the electron stops at zero electrical field. The electron is then slowed down and will come to a standstill before the next maximum and be accelerated back. It gains energy in the range between maximum and zero crossing and in the range between zero crossing and maximum it will reach the atom again where it can recombine. However, this is not possible if the electron is initially accelerated away from the atom for too long and has moved too far away from the atom.
Durch die Laserpulse kürzerer Wellenlänge, insbesondere der erzeugten harmonischen Pulse, kann bewirkt werden, dass eine Ionisation des nichtlinearen Mediums entweder direkt oder indirekt über kombinierte Prozesse stattfindet. Durch die Einstellbarkeit der zeitlichen Lage der Pulse zueinander kann die effiziente Rekombination des flüchtenden Elektron erreicht werden, wenn bevorzugt die relative Lage der Pulse derart eingestellt wird, dass ein Puls der kürzeren Wellenlänge zeitlich in einem Bereich hinter dem Maximum des elektrischen Feldes eines Pulses der Grundwellenlänge liegt. Dies ist besonders einfach möglich, wenn wie genannt, der kurzwelligere Laserpuls eine Harmonische des Grundwellenpulses ist.Due to the laser pulses of shorter wavelength, in particular of the harmonic pulses generated, a Ionization of the nonlinear medium either directly or indirectly via combined Processes taking place. Due to the adjustability of the time position the pulses to each other can efficiently recombine the fleeing electron can be achieved if the relative position of the pulses is preferred it is set that a pulse of the shorter wavelength is temporal in a range behind the maximum of the electric field of a pulse the fundamental wavelength lies. This is particularly easy if, as mentioned, the short-wave laser pulse is a harmonic of the fundamental wave pulse.
Da eine Ionisation durch ein Photon im allgemeinen nicht gerichtet stattfindet, sondern in alle Richtungen ist die Ausbeute der rekombinierenden Elektronen üblicherweise sehr gering.Because ionization by a photon generally not directed, but in all directions is the yield of the recombining electrons usually very low.
Eine besonders effiziente Konversion kann jedoch stattfinden, wenn das Elektron bei der Ionisation entweder keinen Impuls oder nur einen Impuls in Richtung des elektrischen Feldes des Grundwellen-Lasers besitzt. Falls es einen geringfügig anderen Impuls besitzt, kann es seitlich am Atom vorbeifliegen und möglicherweise nicht in den Grundzustand rekombinieren. Durch die Kontrolle der Ionisationsrichtung des Elektrons kann somit die Effizienz gesteigert werden.A particularly efficient conversion can, however, take place when the electron ionizes either no pulse or just a pulse towards the electrical Field of the fundamental wave laser. If there is a slightly different one Has momentum, it can fly past the atom and possibly do not recombine into the basic state. By controlling the The ionization direction of the electron can thus increase efficiency become.
Dies kann erreicht werden, wenn die Energie der Photonen in den Laserpulsen kürzerer Wellenlänge kleiner ist als die Ionisationsenergie des nichtlinearen Mediums, insbesondere des Gases, und wenn diese zusammen mit dem treibenden Laserpuls zur Konversion verwendet werden, insbesondere in das Gas fokussiert werden. Das elektrische Feld des ursprünglichen Lasers verzerrt und senkt das Coloumbpotential des Atoms in Richtung der linearen Polarisation so stark, dass die Elektronen durch die Harmonischen gerichtet ionisiert werden können. Die Elektronen werden gerichtet freigesetzt, da der "Potentialtrichter" durch den Atomkern nur in einer Richtung heruntergebogen wird und die Elektronen durch die Photonen der kürzerwelligen Laserpulse bis unter die normale Ionisationsschwelle, aber über die abgesenkte Barriere angeregt werden, so dass sie in dieser Richtung aus dem Potentialtopf flüchten können.This can be achieved if the Energy of the photons in the laser pulses of shorter wavelength is smaller is than the ionization energy of the nonlinear medium, in particular of the gas, and when this along with the driving laser pulse be used for conversion, especially focused in the gas become. The electric field of the original laser is distorted and lowers the colum potential of the atom in the direction of linear polarization so strong that the electrons ionized directed by the harmonics can be. The electrons are released in a directional manner because the "potential funnel" passes through the atomic nucleus is only bent down in one direction and the electrons through the Short-wave photons Laser pulses below the normal ionization threshold, but above that lowered barrier to be excited so that in that direction escape from the potential well can.
Folglich ist ein Laserstrahl mit Harmonischen, die zeitlich hinter dem Maximum des elektrischen Feldes liegen und eine Energie besitzen, die unterhalb der Ionisationsenergie des Gases liegt, optimal zur Erzeugung der Harmonischen geeignet.Consequently, a laser beam is included Harmonics that are temporally behind the maximum of the electric field lie and have an energy that is below the ionization energy of the gas is optimally suited for generating the harmonics.
In dem neuen Verfahren werden bevorzugt erst Harmonische erzeugt, um mit diesen nocheinmal Harmonische zu erzeugen. Dies ist für einen Prozess mit geringer Effizienz nicht gut, da man zweimal eine geringe Effizienz hat. Es ist also im ersten Moment nicht einzusehen, warum dies die Effizienz steigern sollte.In the new process, preference is given to first Generates harmonics to generate harmonics again. This is for a process with low efficiency is not good because you have two low processes Has efficiency. So it is hard to see why at first this should increase efficiency.
Der Schlüssel hierzu liegt in der sehr verschiedenen Effizienz der einzelnen Gase. Die verschiedenen Gase habe verschiedene Ionisationspotentiale und Polarisierbarkeiten. Die Effizienz steigt mit der Polarisierbarkeit an, so dass die schweren Gase viel bessere Effizienzen besitzen. Auf der anderen Seite ist die maximale Ordnung der Harmonischen sehr stark von der Ionisationsenergie des Gases abhängig, so dass die harte Strahlung nur in den leichten Gasen erzeugt werden kann. Dies ist damit zu erklären, dass je höher die Harmonische ist, desto mehr Energie muss das Elektron aus dem Laserfeld beziehen und somit wird mehr Intensität benötigt. Die Atome mit kleinen Ionisationspotentialen werden bei hohen Intensitäten ionisiert und es gibt keine Möglichkeit, dass die Elektronen rekombinieren.The key to this lies in the very different efficiency of each gas. The different gases have different ionization potentials and polarizabilities. The efficiency increases with the polarizability, so that the heavy gases have much better efficiencies. On the other hand is that maximum order of the harmonics very much from the ionization energy depending on the gas, so the hard radiation is only generated in the light gases can. This can be explained by that the higher is the harmonic, the more energy the electron needs from the Refer to the laser field and therefore more intensity is required. The atoms with little ones Ionization potentials are ionized at high intensities and there are none Possibility, that the electrons recombine.
Mit Xenon kann effzient Strahlung um 50 Nanometer (22 eV) erzeugt werden (Effizienz 4 × 10–5). Allerdings ist es nicht möglich, mit Xenon harte Strahlung um 13 nm zu erzeugen, da das elektrische Feld des Lasers das Atom sofort ionisieren würde und es keine Möglichkeit zur Rekombination gibt.Xenon can efficiently generate radiation around 50 nanometers (22 eV) (efficiency 4 × 10 -5 ). However, it is not possible to generate hard radiation around 13 nm with xenon, since the electric field of the laser would ionize the atom immediately and there is no possibility of recombination.
Die oben beschriebenen zwei interesssanten Wellenlängenbereiche sind nur mit Neon (13 nm) und Helium (13 nm + Wasserfenster) zu erreichen. Allerdings liegt die Effzienz von Helium um 13 nm bestenfalls bei 10–8 und im Wasserfenster bei 10–12 bis 10–14.The two interesting wavelength ranges described above can only be achieved with neon (13 nm) and helium (13 nm + water window). However, the efficiency of helium around 13 nm is at best 10 –8 and in the water window 10 –12 to 10 –14 .
Mit einem Laserstrahl mit überlagerten Harmonischen aus einer ersten Konversion in Xenon ist es möglich die Effizienz um 13 nm in der folgenden Konversion in Helium, falls nur jedes 100-te Photon einen Prozess auslöst, auf 1.6 × 10–6 zu steigern. Hier zeigt sich, dass auch bevorzugt in einem vorgeschalteten Konversionsschritt ein anderens nichtlineares Medium eingesetzt werden kann, als in dem folgenden Konversionsschritt.With a laser beam with superimposed harmonics from a first conversion in xenon, it is possible to increase the efficiency by 13 nm in the following conversion in helium, if only every 100th photon triggers a process, to 1.6 × 10 –6 . This shows that a nonlinear medium other than in the following conversion step can also preferably be used in an upstream conversion step.
Im genannten Beispiel liegt die Effizienz um den Faktor 16 höher als alles, was bisher bei 13 nm gezeigt wurde (10–7 in Neon mit einem Lasersystem mit 7 fs Pulsdauer). Ausserdem ist es möglich, dass die Effizienz noch besser wird, da in Helium nicht so viele freie Elektronen erzeugt werden, wie in Neon bei der gleichen Intensität. Die freien Elektronen sind das grösste Problem beim Phasematching, so dass die effektive Erzeugung in Neon nur in einem sehr kleinen Bereich um den Laserfokus geschehen kann. Dieser Bereich kann bei Helium vergrössert werden und somit die Anzahl N der Atome, die an der Erzeugung beteiligt sind, was wünschenswert ist, da die Intensität der Harmonischen proportional zu N2 ist. Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, indem man das Gas kühlt und somit mehr Atome bei gleichem Druck in den Fokus bringen kann.In the example mentioned, the efficiency is 16 times higher than anything that has previously been shown at 13 nm (10 -7 in neon with a laser system with a pulse duration of 7 fs). It is also possible that the efficiency will be even better, since helium does not generate as many free electrons as neon with the same intensity. The free electrons are the biggest problem in phase matching, so that the effective generation in neon can only take place in a very small area around the laser focus. This range can be increased for helium, and thus the number N of atoms involved in the generation, which is desirable because the intensity of the harmonic is proportional to N 2 . A further improvement can be achieved by cooling the gas and thus bringing more atoms into focus at the same pressure.
Bevorzugt werden aus den hohen harmonischen Laserpulsen aus dem vorgeschalteten Konversionsschritt diejenigen Laserpulse mit einer Photonenenergie größer als die Ionisationsenergie des nichtlineraren Mediums (des weiteren Konversionsschrittes) wenigstens teilweise herausgefiltert. So können hierfür die Laserpulse der harmonischen und der Grundwellenlänge vor der weiteren Erzeugung hoher harmonischer Laserpulse das nichtlineare Medium (des zweiten Konversionsschrittes), insbesondere in einem divergierenden Strahlenbündel, durchlaufen.High harmonics are preferred Laser pulses from the upstream conversion step Laser pulses with a photon energy greater than the ionization energy of the nonlinear medium (the further conversion step) at least partially filtered out. So can therefor the laser pulses of the harmonic and the fundamental wavelength the further generation of high harmonic laser pulses the nonlinear Medium (of the second conversion step), in particular in one divergent beams, run through.
Besonders im divergierenden Strahlenbündel kann sichergestellt werden dass die Intensitäten derart gering bleiben, dass nichtlineare Prozess ausbleiben und lediglich die Absorption signifikant ist.Especially in the divergent beam ensure that the intensities remain so low, that non-linear process fail and only absorption is significant.
So kann beispielsweise die höchste Effizienz mit der Kombination aus Xenon im ersten Konversionsschritt und Helium im zweiten Konversionsschritt erreicht werden, indem man erst in Xenon Harmonische erzeugt. Die Harmonischen, die in der Lage sind, Helium zu ionisieren, werden herausgefiltert, indem man den aufgeweiteten Puls durch Helium leitet, wo ungerichtete Ionisation stattfindet. Man erhält damit eine Kombination des treibenden Laserpulses und einen Pulszug aus UV-Strahlung lediglich bis zu der 15-ten Harmonischen, welche eine Energie von 22,8 eV hat. Die Energie ist somit unterhalb der Ionisationsenergie von Helium (24,6 eV), so dass die Absorption der UV-Strahlung kein Problem darstellt.For example, the highest efficiency with the combination of xenon in the first conversion step and helium can be achieved in the second conversion step by first in Xenon creates harmonics. The harmonics that are able Ionizing helium are filtered out by looking at the expanded one Helium conducts pulse where undirected ionization takes place. You get a combination of the driving laser pulse and a pulse train from UV radiation only up to the 15th harmonic, which has an energy of 22.8 eV. The energy is therefore below that Ionization energy of helium (24.6 eV), so that the absorption UV radiation is not a problem.
Technisch realisiert werden kann dies in einer Vorrichtung, die ein erstes und ein zweites Konversionsvolumen aufweist, zwischen denen eine Verzögerungsstrecke angeordnet ist, mittels der die relative zeitliche Lage zwischen den Laserpulsen der Grundwellenlänge und den Laserpulsen der im ersten Konversionsvolumen erzeugten Harmonischen der Grundwellenlänge innerhalb des zweiten Konversionsvolumens einstellbar ist. Hierbei werden die Laserpulse bevorzugt innerhalb der Konversionsvolumina fokussiert, um genügent hohe Intensitäten zu erzeugen.Technically can be realized this in a device that has a first and a second conversion volume between which a delay line is arranged, by means of the relative temporal position between the laser pulses the fundamental wavelength and the laser pulses of the harmonics of the generated in the first conversion volume Fundamental wavelength is adjustable within the second conversion volume. in this connection the laser pulses are preferred within the conversion volumes focused to suffice high intensities to create.
Diese genannten UV-Pulse werden nach der Erzeugung im ersten Konversionsvolumen nun durch eine Verzögerungsstrecke in die richtige Position relativ zum ursprünglichen Laserpuls gebracht, um erneut im zweiten Konversionsvolumen Harmonische erzeugen zu können.These UV pulses are called after the generation in the first conversion volume by a delay line placed in the correct position relative to the original laser pulse, to generate harmonics again in the second conversion volume can.
Die Konversionsvolumina befinden sich bevorzugt in Gasstrahlen, die in einer Vakuumkammer angeordnet ist, um ausserhalb der Strahlen die Teilchenanzahl und somit die Absorption der harmonischen Strahlung gering zu halten.The conversion volumes are located preferred in gas jets arranged in a vacuum chamber is to get the number of particles outside the rays and thus the Keep absorption of harmonic radiation low.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Konversionsvolumen, insbesondere in einem Bereich divergent verlaufender Laserpulse, kann ein Absorptionsvolumen angeordnet sein zur Absorption von Laserpulsen mit Photonenenergien oberhalb des Ionisationspotentials des im zweiten Konversionsvolumen verwendeten Gases. In diesem Volumen kann das Gas des zweiten Konversionsprozesses als Absorber eingesetzt werden.Between the first and the second Conversion volume, especially divergent in one area Laser pulses, an absorption volume can be arranged for absorption of laser pulses with photon energies above the ionization potential of the gas used in the second conversion volume. In this volume the gas from the second conversion process can be used as an absorber become.
Die Verzögerungsstrecke kann einen Spiegel oder eine Spiegelanordnung umfassen, der/die eine, insbesondere einstellbare, Laufzeitverzögerung zwischen den Laserpulsen der harmonischen und der Grundwellenlänge erzeugt.The delay line can be a mirror or comprise a mirror arrangement, the one, in particular adjustable, delay time between the laser pulses of the harmonic and the fundamental wavelength.
Die Spiegelanordnung kann einen inneren Spiegelbereich und einen äußeren hierzu koaxial angeordneten Spiegelbereich umfassen, die zueinander verschiebbar angeordnet sind, wobei die Verschiebung bevorzugt durch einen piezogetriebenen Stellantrieb erfolgt.The mirror arrangement can have an inner mirror area and an outer one on this include coaxially arranged mirror area, which are mutually displaceable are arranged, the displacement preferably by a piezo-driven actuator he follows.
In diesem Fall kann z.B. der innere Teil im Vergleich zum äusseren mit Hilfe des Piezoantriebs mit einer Genauigkeit von 1 nm (7 as) verschoben werden kann.In this case e.g. the inner Part compared to the outside with the help of the piezo drive with an accuracy of 1 nm (7 as) can be moved.
Der Spiegel kann gleichzeitig als Hohlspiegel zum Fokusieren der Laserstrahlung und der UV-Strahlung in das zweite Gas ausgebildet sein und z.B. aus SiC, Wolfram, Diamand, B4C oder einer Multilayerstruktur dieser Materialien hergestellt werden. Der äussere Teil kann mit Dielelektrika oder Silber beschichtet, das den treibenden Puls reflektiert. Innerer und äusserer Spiegelteil können unterschiedliche Arten der Beschichtung aufweisen, um optimale Anpassung an die zu reflektierenden Wellenlängen zu erreichen. Dieses Verfahren ist prinzipiel mit allen Kombination von Gasen möglich.The mirror can at the same time be designed as a concave mirror for focusing the laser radiation and the UV radiation into the second gas and can be produced, for example, from SiC, tungsten, diamond, B 4 C or a multilayer structure of these materials. The outer part can be coated with Dielelektrika or silver, which reflects the driving pulse. The inner and outer mirror part can have different types of coating in order to achieve optimal adaptation to the wavelengths to be reflected. In principle, this process is possible with all combinations of gases.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the following illustrations. Show it:
Die
Der Laser
Die Vakuumpumpe
Im Fokus das Laserstrahls, der über der Gasdüse
Die Kombination aus ursprünglichem
Laserpuls und den Harmonischen wird durch eine Blende
Der Laserpuls
Die relative Lage der Harmonischen
Im Fokus der beiden Strahlen, der über der Gasdüse
Die
Ein Elektron kann somit durch die im ersten Konversionschritt erzeugten kurzwelligen Laserpulse bis knapp unter die Ionisationsschwelle IP angehoben werden und aufgrund der durch die Laserpulse der Grundwellenlänge abgesenkten Barriere wie durch den Pfeil P dargestellt ionisieren in Richtung der linearen Polarisation. Durch das elektrische Feld des Laserpulses der Grundwellenlänge wird das Elektron gerichtet vom Kern weg und wieder zurückbeschleunigt, so dass es rekombinieren kann und die überschüssige Energie als Harmonische abgibt.An electron can thus be raised to just below the ionization threshold I P by the short-wave laser pulses generated in the first conversion step and ionize in the direction of the linear polarization due to the barrier lowered by the laser pulses of the fundamental wavelength, as represented by the arrow P. Due to the electric field of the laser pulse of the fundamental wavelength, the electron is directed away from the nucleus and accelerated back again, so that it can recombine and release the excess energy as a harmonic.
Die Spektren der
In den
In der
In der
In der
Die Spektren belegen somit auch theoretisch, dass mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung eine effiziente Konversion von Laserpulsen zu hohen Harmonischen möglich ist.The spectra also theoretically prove that by means of the method according to the invention and the device efficient conversion of laser pulses high harmonics is possible.
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2003
- 2003-11-12 AU AU2003299291A patent/AU2003299291A1/en not_active Abandoned
- 2003-11-12 WO PCT/EP2003/012644 patent/WO2004044648A1/en not_active Application Discontinuation
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Optics Letters, Vol. 21, No. 1 (1996), Seiten 15 bis 17 * |
Physikalische Blätter 57 (2001), Nr. 7/8, Seiten 20 und 21 * |
Proceedings of the V International Symposium: Ultrafast Phenomena In Spectroscopy, Vilnius, 22. -25. August, 1987, Editors: Z. Rudzikas et al (Wo- rld Scientific Singapore 1988), Seiten, 207 bis 211 |
Proceedings of the V International Symposium: Ultrafast Phenomena In Spectroscopy, Vilnius, 22. -25. August, 1987, Editors: Z. Rudzikas et al (Wo-rld Scientific Singapore 1988), Seiten, 207 bis 211 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10252889A9 (en) | 2004-10-21 |
AU2003299291A1 (en) | 2004-06-03 |
WO2004044648A1 (en) | 2004-05-27 |
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