Παραγωγή υψηλών αρμονικών απο υπερβραχείς παλμούς λέιζερ με τσιρπ.

Abstract

Σε αυτή τη μεταπτυχιακή διατριβή μελετήσαμε πειραματικά τα αποτελέσματα της επαγωγής μιας γραμμικής συνάρτησης τσιρπ στο ηλεκτρικό πεδίο ενός λέιζερ υψηλής ισχύος. Το αντικείμενο αυτής της μελέτης ήταν να διερευνήσει τη διαφορετική συμπεριφορά της υψηλής αρμονικής ακτινοβολίας που παράγεται από τους παλμούς του λέιζερ υψηλής ισχύος. Τα πειράματα διεξήχθησαν στις εγκαταστάσεις IPPL του Μεσογειακού Πανεπιστημίου Κρήτης. Η πειραματική εγκατάσταση επικεντρώθηκε γύρω από τη δέσμη ανιχνευτή ενός συστήματος λέιζερ υψηλής ισχύος Ti:sa με μέγιστη ενέργεια 0,9 mJ και μας επέτρεψε να επιτύχουμε εντάσεις παλμών 1014 W/cm2. Οι παλμοί που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα ήταν της τάξης του femtosecond. Σε αυτά τα πειράματα προσπαθήσαμε να βελτιστοποιήσουμε τις διάφορες παραμέτρους που επηρεάζουν την απόδοση της παραγωγής υψηλών αρμονικών, όπως η διάμετρος της ίριδας και η πίεση του αερίου. Με αυτή τη βελτιστοποίηση καταφέραμε να απομονώσουμε την παράμετρο chirp του παλμού του λέιζερ και να εστιάσουμε στον έλεγχό του. Επιπλέον, έγινε μια ολοκληρωμένη πειραματική έρευνα για τον προσδιορισμό των επιδράσεων των παλμών που κελαηδούν στη δημιουργία υψηλής αρμονικής ακτινοβολίας, η οποία μας επέτρεψε να μελετήσουμε τους μηχανισμούς με τους οποίους το κελάηδημα επηρεάζει τη συμπεριφορά της υψηλής αρμονικής ακτινοβολίας. Κατά συνέπεια, μπορέσαμε να παρατηρήσουμε την αρμονική διάσπαση, καθώς και τη διαφορετική απόκλιση της μικρής και της μεγάλης τροχιάς, λόγω της αλληλεπίδρασης των φαινομένων διάδοσης και της απόκρισης ενός ατόμου. Έτσι, ρυθμίζοντας την παράμετρο chirp, μπορέσαμε να επιλέξουμε μια συγκεκριμένη τροχιά ελέγχοντας τα μοτίβα διαχωρισμού και την απόκλιση τους. Αυτή η επιλογή είναι υψίστης σημασίας, γιατί μας επιτρέπει να επιλέξουμε τη σύντομη τροχιά και να τη χρησιμοποιήσουμε για διάφορες εφαρμογές όπως η νανο-απεικόνιση.

In this master thesis we experimentally studied the effects of the induction of a linear chirp function into the electric field of a high-power laser. The scope of this study was to explore the different behaviour of high harmonic radiation generated by the chirped pulses of the high-power laser. The experiments were conducted in the IPPL facility of the Mediterranean university of Crete. The experimental set up was centred around the probe beam of a high powered Ti:sa laser system with 0.9mJ peak energy, and allowed us to achieve pulse intensities of 1014 W/cm2. The pulses utilized in the experiments were of the femtosecond order. In these experiments we tried to optimize the different parameters affecting the efficiency of the high harmonic generation, such as the iris diameter and the gas pressure. By this optimization we managed to isolate the chirp parameter of the laser pulse and focus on its control. Furthermore, a comprehensive experimental work was done in order to determine the effects of the chirped pulses on the generation of high harmonic radiation, this enabled us to study the mechanisms by which the chirp influences the behaviour of high harmonic radiation. Consequently, we were able to observe the harmonic splitting, as well as the different divergence of the short and long trajectory, due to the interplay of the propagation effects and the single atom response. So, by tuning the chirp parameter, we were able to select a specific trajectory by controlling its splitting patterns and divergence. This selection is of the outmost importance, because it allows us to select the short trajectory and use it for various applications such as nano-imaging.