Schwerpunkt

Extrem harmonisch

Heutzutage lassen sich hohe Harmonische bis etwa zur 1000. Ordnung erzeugen.

  • Christian Spielmann und Helmut Zacharias
  • 11 / 2012 Seite: 37

In einem nichtlinearen Prozess können hohe Harmonische entstehen, die durch ihre ultrakurze Pulsdauer und hohe Photonenenergie neuartige Experimente und Anwendungen eröffnen. So lassen sich beispielsweise dynamische Vorgänge in der Elektronenhülle mit einer Zeitauflösung im Femtosekundenbereich verfolgen.

Verbesserte gepulste Laser ermöglichten es ab Mitte der 1980er-Jahre, Intensitäten bis 1014 W/cm2 zu erzielen. Bei der Wechselwirkung mit einem Edelgas tauchen in den Spektren ungeradzahlige Harmonische sehr hoher Ordnung auf, die den Vorhersagen der perturbativen nichtlinearen Optik widersprechen. Bemerkenswerterweise ist die Intensität dieser hohen Harmonischen über einen weiten Bereich bis zu einem klar definierten „cut-off“ nahezu kons­tant. Die bis dahin in der nichtlinearen Optik verwendete Störungstheorie zur Beschreibung der Frequenzvervielfachung kann die Erzeugung hoher Harmonischer (High Harmonic Generation, HHG) nicht erklären. Das ist nicht weiter erstaunlich, da das elektrische Feld bei den dafür notwendigen Intensitäten (> 1013 W/cm2) dieselbe Größenordnung erreicht wie das Feld, in dem das Elektron im Atom gebunden ist. Daher lässt sich die Wechselwirkung zwischen Licht und Atom nicht mehr störungstheoretisch beschreiben, sondern nur mit nicht-perturbativer nichtlinearer Optik.
Bei Intensitäten ab etwa 1018 W/cm2 beginnt der Bereich der relativistischen nichtlinearen Optik, in dem das elektrische Feld des Lichts die Elektronen so stark beschleunigt, dass diese nahezu Lichtgeschwindigkeit erreichen. Relativistische Optik spielt eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung von Elektronen und Ionen sowie bei der Erzeugung ultrakurzer Impulse im harten Röntgenbereich. Hier beschränken wir uns aber auf die nicht-perturbative nichtlineare Optik.
Die Erzeugung hoher Harmonischer lässt sich semi­klassisch mit dem Dreistufenmodell erklären – eine verblüffend einfache Theorie, die einen hochgradig nichtlinearen Effekt mit einfacher klassischer Physik beschreibt. Den Anstoß zu diesem Modell lieferten Corkum und Kulander Anfang der 90er-Jahre. Nach der Ionisation des Atoms propagiert das als frei anzusehende Elektron im Laserfeld. Schließlich entsteht bei der Rekombination des Elektrons Strahlung. ...

Share |
thumbnail image: Extrem harmonisch

Aktuelles Heft

Inhaltsverzeichnis
10 / 2017

thumbnail image: PJ 10 2017

Anomalien von Wasser

Ursprung des Lebens

Fraunhofer-Linien

Phänomenta

Zugang Physik Journal

Nur DPG-Mitglieder haben vollen Zugriff auf alle Hefte und Online-Inhalte des Physik Journal und müssen sich dafür mit ihrer Mitgliedsnummer registrieren » 

Erst wenn die Artikel des Physik Journal älter als drei Jahre sind, stehen sie kostenlos und frei zugänglich zur Verfügung

Als DPG-Mitglied erhalten Sie den Physik Journal Newsletter, wenn Sie sich dafür bei der DPG registrieren »

Mediadaten

Die Mediadaten für Werbe­mög­lich­kei­ten im Phy­sik Jour­nal finden Sie als PDFs hier:
2017 deutsch / eng­lisch
2018 deutsch / englisch

Webinar

Warum reale akustische Systeme nur multiphysikalisch simuliert werden können

  • 02. November 2017

In diesem Webi­nar wird ge­zeigt, warum man bei­spiels­weise schon bei der Simu­la­tion eines „ein­fachen“ Laut­spre­chers auf multi­phy­si­ka­li­sche Kopp­lung an­ge­wie­sen sein kann, wenn man ex­pe­ri­men­tel­le Er­geb­nis­se kor­rekt re­pro­du­zie­ren will.

Alle Webinare »

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer