Ultraschnelle kohärente Dynamik

Seminar zur Femtosekunden-Spektroskopie

In diesem Seminar werden theoretische und experimentelle Elemente der Femtosekundenspektroskopie behandelt. Die Studierenden wählen eines der u.g. Themen aus und bereiten zu diesem auf Basis angegebener Literatur selbstständig einen halbstündigen, präsentationsgestützten Vortrag vor, der vor den Teilnehmern des Seminars referiert wird.

 

Folgende Themen werden angeboten:

01 Grundlagen des Lasers

Literatur zum Einstieg:

  1. D. Meschede: "Optik, Licht und Laser", Springer (2008)
  2. W. Demtröder: "Laser Spectroscopy", Springer (2008)
  3. J. Eichler, H.-J. Eichler: "Laser: Bauformen, Strahlführung, Anwendungen", Springer (2010)
  4. Springer Handbook of Lasers and Optics, Springer (2012)
  5. O. Svelto: "Principles of Lasers", Springer (2010)
  6. M. Eichhorn: "Laser Physics", Springer (2014)

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Stimulierte Emission
  • Verstärkermedien
  • Resonatoren
  • Longitudinale Moden, cw-Betrieb, Q-Switch Betrieb, Modengekoppelter Betrieb (dieser wird im nächsten Vortrag ausführlich behandelt, deshalb hier nur kurz anreißen)
  • Transversale Moden
  • Gaußsche Strahlausbreitung

02 Ultrakurzpulslaser

Literatur zum Einstieg:

  1. C. Rulliere: "Femtosecond Laser Pulses", Springer (2005)
  2. Springer Handbook of Lasers and Optics, Springer (2012)
  3. M. Wollenhaupt, A. Assion and T. Baumert. „Short and Ultrashort Laser Pulses“ In: "Springer Handbook of Lasers and Optics", Springer (2012) 
  4. M. Wollenhaupt, T. Bayer and T. Baumert: "Control of ultrafast electron dynamics with shaped femtosecond laser pulses: from atoms to solids" In: "From atoms and molecules to clusters, nanostructures and solids. Recent research topics using novel light sources", Springer (Manusskript)
  5. O. Svelto: "Principles of Lasers", Springer (2010)
  6. Femto-Welt der Uni Würzburg
  7. G. Mourou, D. Umstadter: "Extrem intensive Laserblitze", Spektrum der Wissenschaft (2002)
  8. U. Keller: "Recent developments in compact ultrafast lasers", Nature 424 (2003) 831.
  9. A.M. Weiner: "Ultrafast Optics", Wiley (2009)

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Modenkopplung (Aktiv, Passiv)
  • Kerrlinse
  • Bandbreiteprodukt
  • Beispiele: Titan:Saphir und andere
  • Chirped Pulse Amplification (CPA)
  • Dispersionsmanagement (Prismensequenzen, Gitter, etc., werden ausführlich im nächsten Vortrag behandelt, deshalb reicht hier eine kurze qualitative Beschreibung)

03 Dispersionsmanagement und Pulsformung

Literatur zum Einstieg:

  1. C. Rulliere: "Femtosecond Laser Pulses", Springer (2005)
  2. M. Wollenhaupt, A. Assion and T. Baumert. "Short and Ultrashort Laser Pulses" In: "Springer Handbook of Lasers and Optics", Springer (2012) 
  3. M. Wollenhaupt, T. Bayer and T. Baumert: "Control of ultrafast electron dynamics with shaped femtosecond laser pulses: from atoms to solids" In: "From atoms and molecules to clusters, nanostructures and solids. Recent research topics using novel light sources", Springer (Manusskript)
  4. A.M. Weiner: "Femtosecond pulse shaping using spatial light modulators", Rev. Sci. Instrum. 71 (2000) 1929
  5. A.M. Weiner: "Ultrafast optical pulse shaping: A tutorial review", Opt. Comm. 284 (2011) 3669
  6. A.M. Weiner: "Ultrafast Optics", Wiley (2009)
  7. A. Monmayrant, S. Weber and B. Chatel: "A newcomer’s guide to ultrashort pulse shaping and characterization", J. Phys. B 43 (2010) 103001
  8. Vorlesungsskript Wollenhaupt "Ultrakurze Laserpulse: Grundlagen und Anwendungen" (im Stud.IP)

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Materialdispersion
  • Gruppengeschwindigkeitsdispersion
  • Winkeldispersion / Pulskompression / Gitterkompressor
  • Evtl. Praktikumsversuch „Virtuelles Femtolabor“ zur Illustration
  • Phasenmodulation / Phasenmasken
  • Experimentelle Realisierungen eines Phasen-, Amplituden- und Polarisationspulsformers (LC-SLM)
  • Alternativen (Dazzler)

04 Elemente der nichtlinearen Optik

Literatur zum Einstieg:

  1. Lehrbücher zur Laserphysik (siehe Themen 1 und 2)
  2. R.W. Boyd: "Nonlinear Optics", Academic Press, 2008
  3. G. Cerullo, A. Baltuska, O.D. Mücke and C. Vozzi: "Few-opitcal-cycle light pulses with passive carrier-envelope stabilization", Laser Phot. Rev. 5 (2011) 323

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Second Harmonic Generation (SHG)
  • Phasenanpassung
  • Selbstphasenmodulation (SPM) und Weisslichterzeugung
  • als aktuelles Beispiel zur Selbstphasenmodulation: Präkelt et al., Appl. Phys. Lett. 87 (2005) 121113 (auf ULTRA Homepage)
  • Stimulated Raman Scattering (SRS)
  • Vier-Wellen-Mischung (CARS)
  • Optical Parametric Amplification (OPA bzw. NOPA)

05 Puls-Charakterisierung

Literatur zum Einstieg: 

  1. R. Trebino: "Frequency resolved optical gating", Trebino homepage
  2. Springer Handbook of Lasers and Optics, Springer (2012)
  3. M. Wollenhaupt, A. Assion and T. Baumert. "Short and Ultrashort Laser Pulses" In: "Springer Handbook of Lasers and Optics", Springer (2012) 
  4. Vorlesung Wollenhaupt "Ultrakurze Laserpulse: Grundlagen und Anwendungen" (im Stud.IP)
  5. Praktikumsversuch "Virtuelles Femtolabor"
  6. A. Monmayrant, S. Weber and B. Chatel: "A newcomer’s guide to ultrashort pulse shaping and characterization", J. Phys. B 43 (2010) 103001
  7. I. A. Walmsley and C. Dorrer "Characterization of ultrashort electromagnetic pulses", Adv. Opt. Phot. 1 (2009) 308 

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Spektrum und Autokorrelation erster Ordnung
  • Autokorrelation zweiter Ordnung
  • Kreuzkorrelation
  • FROG (Frequency Resolved Optical Gating)
  • Spektrale Interferenz
  • SPIDER (Spectral Interference for Direct Electric-field Reconstruction)

06 Semiklassische Licht-Materie-Wechselwirkung

Literatur zum Einstieg:

  1. J.I. Steinfeld: "Molecules and Radiation", Dover Pubn Inc (2005)
  2. Elements of Quantum Optics, Springer (2007)
  3. Vorlesungsskript Wollenhaupt "Ultrakurze Laserpulse: Grundlagen und Anwendungen" (im Stud.IP)
  4. B.W. Shore: "The theory of coherent atomic excitation", Wiley (1990)
  5. B.W. Shore: "Coherent Manipulation of Atoms using Laser Light", Acta Phys. Slov. 58 (2008) 243
  6. B.H. Bransden, C.J. Joacain: "Physics of Atoms and Molecules", Prentice Hall (2003)
  7. L. Allen, J.H. Eberly: "Optical Resonance and Two-Level atoms", Dover (1975)
  8. I. Hertel, C.-P. Schulz: "Atoms, Molecules and Optical Physics 1", Springer (2015)
  9. I. Hertel, C.-P. Schulz: "Atoms, Molecules and Optical Physics 2", Springer (2015)

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Einstein’sche Ratengleichungen
  • Schrödinger-Gleichung
  • Störungsrechnung
  • Multiphotonen Prozesse
  • Zweizustandssysteme
  • Rabi-Oszillationen
  • Absorption / stimulierte Emission
  • Anregung mit geformten Laserpulsen (Vorbereitung auf Thema 8)
  • Kohärente Dynamik: Wellenpakete (ausführliche Behandlung im nächsten Thema 7, daher hier nur kurz anreißen)
  • Simulationen

07 Wellenpakete

Literatur zum Einstieg:

  1. B. Garraway, "Wave-packet dynamics: new physics and chemistry in femto time" Rep. Prog. Phys. 59 (1995) 365
  2. S. Brandt, H.D. Dahmen "The picture book of quantum mechanics" Springer (2012)
  3. M. Nauenberg: "Riesenatome - Grenzgänger der Quantenwelt", Spektrum der Wissenschaft (1994) 56
  4. www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1999/zewail-lecture.pdf
  5. A.H. Zewail (Nobelartikel) "Femtochemistry: Atomic-Scale Dynamics of the Chemical Bond", J. Phys. Chem. A 104 (2000) 5660
  6. Vorlesungsskript "Ultrakurze Laserpulse: Grundlagen und Anwendungen" (im Stud.IP)

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Schrödingergleichung
  • Elektronische Potentiale (harmonischer / anharmonischer Oszillator, Morse-Potential, Lennard-Jones, etc.)
  • Born-Oppenheimer-Näherung
  • Eigenzustände / Kohärente Superposition von Eigenzuständen
  • Schwingungswellenpakete (zur Illustration evtl.: A. Assion, M. Geisler, J. Helbing, V. Seyfried and T. Baumert: “Femtosecond Pump-Probe Photoelectron Spectroscopy: Mapping of Vibrational     Wave-Packet Motion”, Phys. Rev. A 54 (1996) R4605
  • Recurrence, Dephasing, Revival (zur Illustration evtl.: T. Baumert, V. Engel, C. Röttgermann, W.T. Strunz and G. Gerber: “Femtosecond pump probe study of the spreading and recurrence of a vibrational wave packet in Na2”, Chem. Phys. Lett. 191 (1992) 639
  • Franck-Condon-Prinzip
  • Optische Anregung von Wellenpaketen
  • Simulationen

08 Kohärente Kontrolle ultraschneller Dynamik

Literatur zum Einstieg:

  1. P. Brumer and M. Shapiro "Quantum Control of Molecular Processes", 2nd Edition, Wiley (2011)
  2. S.A. Rice and M. Zhao "Optical Control of Molecular Dynamics", Wiley (2000)
  3. D.J. Tannor: "Introduction to Quantum Mechanics: A Time-Dependent Perspective", University Science Books (2007)
  4. D. Goswami: "Optical pulse shaping approaches to coherent control", Phys. Rep. 374 (2003) 385 
  5. B.W. Shore: "Coherent Manipulations of Atoms using Laser Ligth", Acta Phys. Slov. 58 (2008) 243
  6. N.V. Vitanov, T. Halfmann B.W. Shore and K. Bergmann: "Laser-Induced Population Transfer by Adiabatic Passage Techniques", Annu. Rev. Phys. Chem. 52 (2003) 763
  7. H. Rabitz, R. de Vivie-Riedle, M. Motzkus and K. Kompa: "Whither the Future of Controlling Quantum Phenomena?", Science 288 (2000) 824

Stichworte zur Vorbereitung:

  • N-Level-Systeme: Ungestörte Zustände, Bekleidete Zustände, Bloch-Vektor (N = 2)
  • Schwachfeldkontrolle:
  • Brumer-Shapiro-Schema
  • Tannor-Kosloff-Rice-Schema
  • Spektrale Interferenz
  • Starkfeldkontrolle:
  • Rapid Adiabatic Passage (RAP)
  • Dynamic-Stark Control
  • Selective Population of Dressed States (SPODS)
  • Simulationen

09 Beobachtung Chemischer Reaktionen und experimentelle Techniken in der Gasphase

Literatur zum Einstieg:

  1. A.H. Zewail: Nobelartikel, J. Phys. Chem. A 104 (2000) 5660
  2. A.H. Zewail: "The birth of molecules" Scientific American, December 1990, S. 76
  3. Vorlesungsskript Wollenhaupt "Femtochemie" (im Stud.IP)
  4. I.V. Hertel and W. Radloff: "Ultrafast dynamics in isolated molecules and clusters", Rep. Prog. Phys. 69 (2006) 1897
  5. A. Stolow, A.E. Bragg and D.M. Neumark: "Femtosecond Time-Resolved Photoelectron Spectroscopy", Chem. Rev. 104 (2004) 1719

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Wellenpakete (Bitte mit Vortragendem von Thema 7 absprechen)
  • Beobachtung: Pump-Probe Technik
  • Nachweis: Fluoreszenz, Ionen, Photoelektronen – jeweils bitte mit einem ausgewählten Beispiel
  • Ggf. Simulationen

10 Steuerung Chemischer Reaktionen

Literatur zum Einstieg:

  1. T. Brixner, T. Pfeifer, G. Gerber, M. Wollenhaupt and T. Baumert  "Coherent Control of Atomic and Molecular Dynamics with Tailored Femtosecond Pulses" in "Femtosecond Laser Spectroscopy" Editor: P. Hannaford, Kluwer Series on Progress in Lasers , Kapitel 9 (2004) 229
  2. Vorlesungsskript Wollenhaupt "Ultrakurze Laserpulse: Grundlagen und Anwendungen" (im Stud.IP)
  3. P. Brumer and M. Shapiro: "Laser control of chemical reactions", Scientific American (1995) 34
  4. H. Rabitz, R. de Vivie-Riedle, M. Motzkus and K. Kompa: "Whither the Future of Controlling Quantum Phenomena?", Science 288 (2000) 824
  5. T. Brixner und G. Gerber "Laser-optimierte Femtochemie", Physikalische Blätter, 57 (2001) 33
  6. S.A. Rice and M. Zhao "Optical Control of Molecular Dynamics", Wiley (2000)  
  7. P. Brumer and M. Shapiro "Quantum Control of Molecular Processes", 2nd Edition, Wiley (2011)

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Wellenpakete (Bitte mit Vortragenden der Themen 7 bis 9 absprechen)
  • Bumer-Shapiro
  • Tannor-Kosloff-Rice
  • Adaptive / Rückkopplungsgesteuerte Kontrolle
  • Simulationen

11 Reaktionskontrolle in der flüssigen Phase

Literatur zum Einstieg:

  1. P. Nuernberger, G. Vogt, T. Brixner, and G. Gerber, "Femtosecond quantum control of molecular dynamics in the condensed phase", Phys. Chem. Chem. Phys. 9 (2007) 2470 und Referenzen darin
  2. J.L. Herek, W. Wohlleben, R. Cogdell, D. Zeidler and M. Motzkus: "Quantum control of energy flow in light harvesting", Nature 417 (2001) 533
  3. V.I. Prokhorenko, A.M. Nagy, S.A. Waschuk, L.S. Brown, R.R. Birge and R.J.D. Miller: "Coherent control of retinal isomerization in bacteriorhodopsin", Science 313 (2006) 1257
  4. J. Petersen, R. Mitric, V. Bonacic-Koutecky, J.P. Wolf, J. Roslund and H. Rabitz: "How shaped light discriminates nearly identical biochromophores", Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 073003
  5. J. Schneider et.al.: "Efficient and robust strong-field control of population transfer in sensitizer dyes with designed femtosecond laser pulses", Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 8733

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Emissions-Spektroskopie
  • Transiente Absorptionsspektroskopie
  • Ein Beispiel ausführlich

12 Ultraschnelle 2D-Spektroskopie

Literatur zum Einstieg:

  1. S. Mukamel: "Principles of Nonlinear Optics and Spectroscopy", Oxford University Press (1995)
  2. S. Mukamel: "Two-Dimensional Spectroscopy", Chapter 11 in: "Ultrafast Phenomena XII", Springer (2000)
  3. S. Mukamel: "Multidimensional Femtosecond Correlation Spectroscopies of Electronic and Vibrational Excitations", Annu. Rev. Phys. Chem. 51 (2000) 691
  4. P. Hamm and M. Zanni: "Concepts and Methods of 2D Infrared Spectroscopy", Cambridge University Press (2011)
  5. Y. Silberberg: "Quantum coherent control for nonlinear spectroscopy and microscopy", Annu. Rev. Phys. Chem. 60 (2009) 277
  6. D.M. Jonas: "Two-Dimensional Femtosecond Spectroscopy", Annu. Rev. Phys. Chem. 54 (2003) 425
  7. P. Hamm, J. Helbing and J. Bredenbeck: "Two-Dimensional Infrared Spectroscopy of Photoswitchable Peptides", Annu. Rev. Phys. Chem. 59 (2008) 291
  8. Ch. Kolano, J. Helbing, M. Kozinski, W. Sander and P. Hamm: "Watching Hydrogen-Bond Dynamics in a β-Turn by Transient 2D-IR Spectroscopy", Nature 444 (2006) 469
  9. P. Tian, D. Keusters, Y. Suzaki and W.S. Warren: "Femtosecond Phase-Coherent Two-Dimensional Spectroscopy", Science 300 (2003) 1553
  10. T. Brixner et al.: "Two-dimensional spectroscopy of electronic couplings in photosynthesis", Nature 434 (2005) 625

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Struktur von Molekülen (Freiheitsgrade: Rotation, Vibration, elektronische Anregung)
  • Vibrationsspektroskopie
  • IR-Spektroskopie
  • Raman-Spektroskopie (CARS, SRS, etc.)
  • Single Beam Techniken: Einsatz ultrakurzer Laserpulse und Pulsformungstechniken
  • Elektronische 2D-Spektroskopie
  • Anregung von- und Kopplung zwischen Schwingungsmoden bzw. elektronischen Zuständen

13 Laser-Mikroskopie

Literatur zum Einstieg:

  1. Allgemeine Lehrbücher der Optik und der Mikroskopie
  2. M. Müller "Introduction to confocal fluorescence microscopy", Shaker Publishing, 2002
  3. Lichtmann "Konfokale Mikroskopie" Spektrum der Wissenschaft, Oktober 1994, S. 78
  4. Wolschin "Lichtmikroskopie enthüllt dreidimensionale Genomstruktur" Spektrum der Wissenschaft, September 2000, S. 22
  5. Denk, Strickler, Webb "Two-Photon Laser Scanning Fluorescence Microscopy", Science 248 (1990) 73

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Lichtmikroskopie
  • Auflösungsvermögen
  • Point-Spread-Function (PSF)
  • Konfokale Mikroskopie
  • Farbstoffe
  • Zwei-Photonen-Mikroskopie
  • Evtl. STED Mikroskopie

14 Fs-Laser Materialbearbeitung an Dielektrika und Nanochirurgie

Literatur zum Einstieg:

  1. K. Sugioka, M. Meunier and A. Piqué: "Laser Precision Microfabrication", Springer (2010)
  2. Mao et al.: "Dynamics of femtosecond laser interactions with dielectrics", Appl. Phys. A 79 (2004) 1695
  3. Vogel et al.: "Mechanism of femtosecond laser nanosurgery of cells and tissues", Appl. Phys. B 81 (2005) 1015
  4. Kaiser et al.: "Microscopic processes in dielectrics under irradiation by subpicosecond laser pulses", Phys. Rev. B 61 (2000) 11437
  5. B. Rethfeld: "Free-electron generation in laser-irradiated dielectrics", Phys. Rev. B 73 (2006) 035101
  6. L. Englert, B. Rethfeld, L. Haag, M. Wollenhaupt, C. Sarpe-Tudoran and T. Baumert: "Control of ionization processes in high band gap materials via tailored femtosecond pulses", Opt. Expr. 15 (2007) 17855

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Multiphoton Ionization (MPI)
  • Tunnelionisation
  • Avalanche-Ionisation
  • Drude-Plasma

(Die Literaturangaben sollen lediglich helfen, das Feld zu motivieren – im Vortrag sollen die wesentlichen Ionisationsmechanismen erklärt werden)

15 Ultraschnelle Beugungsmethoden

Literatur zum Einstieg:

Zur Strukturaufklärung über Beugungsmethoden:

  1. Allgemeine Lehrbücher der Festkörperphysik

Zur ultraschnellen Elektronenbeugung:

  1. Srinivasan, Lobastov, Ruan and A.H. Zewail: "Ultrafast electron diffraction (UED) - A new Development for the  4D Determination of transient molecular structures", Helvetica Chimica Acta 86 (2003) 1763
  2. B. Siwick et al.: "An atomic-level view of melting using femtosecond electron diffraction", Science 302 (2003) 1382

Zur ultraschnellen Röntgenbeugung:

  1. M. Bargheer, N. Zhavoronkov, Y. Gritsai, J. C. Woo, D. S. Kim, M. Woerner, and T. Elsaesser: “Coherent atomic motions in a nanostructure studied by femtosecond x-ray diffraction”, Science 306 (2004) 1771

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Röntgenbeugung
  • Elektronenbeugung
  • Jeweils ein Beispiel zur zeitaufgelösten Röntgenbeugung und Elektronenbeugung diskutieren

16 Abbildende Photoelektronenspektroskopie

Literatur zum Einstieg:

  1. M. Krug, Diplomarbeit (2005) und Doktorarbeit (2011)
  2. C. Bordas, F. Pauling, H. Helm and D. L. Huestis: "Photoelectron imaging spectrometry: Principle and inversion method", Rev. Sci. Instrum. 67 (1996) 2257
  3. A.T.J.B. Eppink and D.H. Parker: "Velocity map imaging of ions and electrons using electrostatic lenses: Application in photoelectron and photofragment ion imaging of molecular oxygen", Rev. Sci. Instrum. 68 (1997) 3477
  4. R. Wiehle, B. Witzel, H. Helm and E. Cormier: "Dynamics of strong-field above-threshold ionization of argon: Comparison between experiment and theory", Phys. Rev. A 67 (2003) 063405-1
  5. B. Whitaker: "Imaging in Molecular Dynamics", Cambridge (2003)
  6. G.A. Garcia, L. Nahon and I. Powis: "Two-dimensional charged particle image inversion using a polar basis function expansion", Rev. Sci. Instrum. 75 (2004) 4989
  7. M. Wollenhaupt, M. Krug and T. Baumert: "Elektronenwellen nach Maß", Physik Journal 11 (2012) 37
  8. M. Wollenhaupt, C. Lux, M. Krug and T. Baumert: "Tomographic Reconstruction of Designer Free-Electron Wave Packets", ChemPhysChem 14 (2013) 1341
  9. M. Wollenhaupt, M. Krug, J. Köhler, T. Bayer, C. Sarpe-Tudoran and T. Baumert: "Photoelectron angular distributions from strong-field coherent electronic excitation", Appl. Phys. B 95 (2009) 245
  10. K.L. Reid: "Photoelectron angular distributions: developments in applications to isolated molecular systems", Mol. Phys. 110 (2012) 131
  11. K.L. Reid: "Photoelectron Angular Distributions", Annu. Rev. Phys. Chem. 54 (2003) 397

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Experimenteller Aufbau und Funktion
  • Abel Transformation / Inversion
  • Beispiele: z.B. Abbildung atomarer Wellenfunktionen
  • Ein physikalisches Experiment mit abbildender PES diskutieren (z.B. R. Wiehle et al. 2003 oder Wollenhaupt et al. 2009)

17 Photoelektronen Zirkulardichroismus

Literatur zum Einstieg:

  1. I. Powis: "Photoelectron Circular Dichroism in Chiral Molecules", Adv. Chem. Phys. 138 (2008) 267
  2. L. Nahon, G.A. Garcia, C.J. Harding, E. Mikajlo, I. Powis: "Determination of chiral asymmetries in the valence photoionization of camphor enantiomers by photoelectron imaging using tunable circularly polarized light", J Chem Phys 125  (2006) 114309
  3. I. Powis: "Photoelectron circular dichroism" In: Comprehensive chiroptical spectroscopy Wiley (2012)
  4. C. Lux, M. Wollenhaupt, T. Bolze, Q. Liang, J. Köhler, C. Sarpe: "Circular Dichroism in the Photoelectron Angular Distributions of Camphor and Fenchone from Multiphoton Ionization with Femtosecond Laser Pulses", Angew Chem Int Ed 51  (2012) 5001
  5. M. Pitzer, M. Kunitski, A.S. Johnson, T. Jahnke, H. Sann, F. Sturm: "Direct Determination of Absolute Molecular Stereochemistry in Gas Phase by Coulomb Explosion Imaging", Science 341   (2013) 1096
  6. M.H.M. Janssen, I. Powis: "Detecting chirality in molecules by imaging photoelectron circular dichroism", Phys Chem Chem Phys 16 (2014) 856
  7. C. Lux, M. Wollenhaupt, C. Sarpe, T. Baumert: "Photoelectron Circular Dichroism of Bicyclic Ketones from Multiphoton Ionization with Femtosecond Laser Pulses", ChemPhysChem 16 (2015) 115

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Chiralität (Beispiele in der Physik, Chemie, Biologie, Medizin)
  • Enantiomer
  • (Abbildende, Winkelauflösende) Photoelektronenspektroskopie (s. auch Thema 16)
  • Legendre Polynome
  • Synchrotron Strahlung (ausführliche Behandlung in Thema 20, hier nur anschneiden)
  • Multiphotonenionisation
  • PECD - Experimente (Kampher, Fenchon)

18 Few-cycle Laserpulse und CEP-Stabilisierung

Literatur zum Einstieg:

  1. Ye and S.T. Cundiff: "Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications", Springer (2005)
  2. H.R. Telle et al.: "Carrier-envelope offset phase control: A novel concept for absolute optical frequency measurement and ultrashort pulse generation", Appl. Phys. B 69 (1999) 327
  3. D.J. Jones et al.: "Carrier-envelope phase control of femtosecond mode-locked lasers and direct optical frequency synthesis", Science 288 (2000) 635
  4. Z. Wei et al, Measurement and Control of Carrier-Envelope Phase in femtosecond Ti:sapphire Laser, Chineses Academy of Sciences
  5. T. Brabec and F. Krausz, "Intense few-cycle laser fields: frontiers of nonlinear optics", Rev. Mod. Phys. 72 (2000) 545
  6. J. Rauschenberger: Phase-stabilized Ultrashort Laser Systems for Spectroscopy, PhD Thesis, LMU (2007)
  7. S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, G. Steinmeyer: "Direct frequency comb synthesis with arbitrary offset and shot-noise-limited phase noise", Nature Phot. 4 (2010) 462
  8. S. Baker, I.A. Walmsley, J.W.G. Tisch and J.P. Marangos: "Femtosecond to attosecond light pulses from a molecular modulator", Nature Phot. 5 (2011) 664
  9. G. Cerullo, A. Baltuska, O.D. Mücke and C. Vozzi: "Few-optical-cycle light pulses with passive carrier-envelope phase stabilization", Laser Photonics Rev. 5 (2011 ) 323

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Carrier-Envelope-Phase (CEP)
  • f-to-2f Interferometer / oktavbreite Spektren
  • Aktive CEP Stabilisierung
  • Passive CEP Stabilisierung (DFG: Difference Frequency Generation)
  • Lichtwellen-Synthesizer

19 Attosekunden-Laserpulse und ultraschnelle Elektronendynamik

Literatur zum Einstieg:

Reviews:

  1. P.B. Corkum and F. Krausz: "Attosecond Science", Nature Phys. 3 (2007) 381
  2. M.F. Kling and M.J.J. Vrakking: "Attosecond Electron Dynamics", Annu. Rev. Phys. Chem. 59 (2008) 463
  3. F. Krausz and M. Ivanov: "Attosecond physics", Rev. Mod. Phys. 81 (2009) 163
  4. Attosecond Science: Recent
  5. L. Gallmann, C. Cirelli and U. Keller: "Attosecond Science: Recent Highlights and Future Trends", Annu. Rev. Phys. Chem. 63 (2012) 447

Articles:

  1. P. Bucksbaum: „The Future of Attosecond Spectroscopy”, Science 317 (2007) 766
  2. E. Goulielmakis et al.: „Attosecond Control and Measurement: Lightwave Electronics”, Science 317 (2007) 769
  3. H. Kapteyn, O. Cohen, I. Christov and M. Murnane: „Harnessing Attosecond Science in the Quest for Coherent X-rays”, Science 317 (2007) 775
  4. A.N. Pfeiffer et al.: „ Attoclock reveals natural coordinates of the laser-induced tunnelling current flow in atoms”, Nature Phys. 8 (2012) 76
  5. P. Ranitovic et al.: “Attosecond vacuum UV coherent control of molecular dynamics”, PNAS 111 (2014) 912

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Starkfeld-Ionisation von Atomen und Molekülen
  • Keldysh-Parameter
  • MPI vs. Tunnel-Ionisation
  • 3-Stufen-Modell
  • Erzeugung hoher Harmonischer
  • Attosekunden-Streaking
  • Tomographie molekularer Orbitale
  • Elektronenlokalisation
  • Atto-clock
  • Stereo-ATI

20 Freie Elektronen Laser: Ultrakurze Röntgen-Pulse und ihre Anwendungen

Literatur zum Einstieg:

  1. How does it work?
  2. XFEL am SLAC
  3. H. Chapman et al.: "Femtosekond X-ray protein nanocrystallography", Nature 470 (2011) 73 
  4. Gijs v. d. Schot et al.: "Imaging single cells in a beam of live cyanobacteria with an X-ray laser", Nature Comm. 6 (2015) 5704 
  5. Luis F. Gomez et al: "Shapes and vorticities of superfluid helium nanodroplets", Science 345 (214) 906

Stichworte zur Vorbereitung:

  • Grundlagen von Freien Elektronen Lasern: SLAC, DESY, FLASH, Spring8 (Japan)
  • 2D-Beugung an Clustern und Biomolekülen (Tomographie)
  • Ultrafast Molecular Imaging (CUI am DESY)