Development and characterization of an intense attosecond pulse source for XUV-pump-XUV-probe experiments

Abstract

Many scientific areas in technology and basic research (atomic-molecular and solid state physics, chemistry, biology) will derive tremendous benefit from the investigation of the light-matter interaction in temporal scales of the atomic unit of time. Also, real time studies of several fundamental processes in the microscopic scale involve characteristic times of the order of the period of the nuclear and electron motion in molecules or atoms. Few-femtosecond (fsec) (1 fsec=10-15 sec) and attosecond (asec) (1 asec=10-18 sec) temporal resolution is required in order to obtain snapshots of their evolution. Tools for such studies are light pulses with duration in the asec time scale in the extreme ultraviolet regime (XUV). Intense asec pulses will be beneficial for such investigations since they can induce non-linear processes in a target system and hence can be used for ultra-fast dynamics studies in an XUV-pump-XUV-probe configuration. The aim of my thesis is the development and characterization of a table-top XUV asec source with the highest ever reported XUV intensity and the implementation of this source for XUV-pump-XUV-probe studies in the non-linear XUV regime. The work took place in the Attosecond Science and Technology (AST) laboratory in FORTH-IESL.

Πολλοί επιστημονικοί τομείς στην τεχνολογία και τη βασική έρευνα (ατομική-μοριακή και στερεάς κατάστασης φυσική, χημεία, βιολογία) θα αποκομίσουν τεράστιο όφελος από τη διερεύνηση της αλληλεπίδρασης φωτός-ύλης σε χρονικές κλίμακες της ατομικής μονάδας του χρόνου. Επίσης, οι μελέτες σε πραγματικό χρόνο αρκετών θεμελιωδών διαδικασιών στη μικροσκοπική κλίμακα περιλαμβάνουν χαρακτηριστικούς χρόνους της τάξης της περιόδου της πυρηνικής κίνησης και της κίνησης ηλεκτρονίων σε μόρια ή άτομα. Για την μελέτη τέτοιων διαδικασιών απαιτείται χρονική ανάλυση λίγων-φεμπτοδευτερολέπτων (fsec) (1 fsec = 10-15 sec) και αττοδευτερολέπτων (asec) (1 asec = 10-18 sec) για να ληφθούν στιγμιότυπα της εξέλιξής τους. Εργαλεία για τέτοιες μελέτες είναι οι παλμοί φωτός με διάρκεια στην κλίμακα χρόνου asec στο ακραίο υπεριώδες (XUV). Οι ισχυροί παλμοί asec θα είναι επωφελείς για τέτοιες έρευνες δεδομένου ότι μπορούν να προκαλέσουν μη γραμμικές διεργασίες σε ένα ατομικό ή μοριακό σύστημα και ως εκ τούτου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μελέτες δυναμικής εξαιρετικά γρήγορης σε μια διαμόρφωση ανιχνευσης με την μέθοδο XUV-pump-XUV probe. Ο στόχος της διατριβής μου είναι η ανάπτυξη και ο χαρακτηρισμός μιας ισχυρής πηγής XUV asec με την υψηλότερη ένταση XUV που έχει αναφερθεί ποτέ και την εφαρμογή αυτής της πηγής για μελέτες ανιχνευτών XUV-pump-XUV στο μη γραμμικό οπτικές διαδικασίες στην περιοχή του XUV. Οι εργασία πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Attosecond Science and Technology (AST) στο ΙΤΕ-IESL.