dc.contributor.author
Weise, Fabian
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:35:09Z
dc.date.available
2010-11-12T11:06:28.048Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1294
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5496
dc.description.abstract
This work focuses on the developments of ultrafast laser pulse shaping
techniques and their application to diatomic molecular systems in order to
reveal fundamental effects in light matter interaction. It describes the
development of a new pulse shaper consisting of a sequence of four liquid
crystal arrays and a polarizer. This pulse shaper is the first non-
interferometric setup for unrestricted phase, amplitude, and polarization
shaping. Moreover, a parametric encoding of the electrical field was developed
which allowed for generating pulse sequences consisting of several sub-pulses.
Each sub-pulse can be controlled in its physically apparent parameters:
energy, position in time, phase, and chirps as well as state of polarization
with ellipticity, orientation, and helicity. The feasibility of the setup is
illustrated by systematic variations of single and double pulses, which are
experimentally generated and measured. In these series of pulses, one of the
pulses parameters is varied while the other parameters are kept constant. This
proves the precise control of the pulse shape. Further, more complex pulses
are shown to give an impression of the capabilities of this setup in
combination with the parameterization. For some fields of application, it
could be desirable to guide the phase, amplitude and polarization shaped
pulses through an optical fiber. For example, life science could benefit from
shaped pulses in the area of imaging and photodynamic therapy. In order to
make the shaped pulses available at the distal end of an optical fiber, the
effects of the fiber have to be compensated. In this work, the generation of
phase, amplitude, and polarization shaped pulses after transmission trough an
optical fiber is presented. This is demonstrated for two types of optical
fibers – a standard single-mode fiber and a microstructured hollow core
photonic crystal fiber. The procedure for the determined generation of
parametrically shaped pulses differs for both types of optical fibers. The
capabilities of parametrically shaped pulse sequences are – again –
illustrated by a series of example pulses. The parametrically shaped pulses
transmitted through the hollow core fiber are implemented in a coherent
control experiment. For this purpose, the potassium dimer produced in a
molecular beam serves as a test system. The multi-photon ionization is studied
by a closed feedback loop optimization and shaper-assisted pump-probe
spectroscopy. These experiments revealed the excitation path including the
vibrational dynamics in the first and second excited state. Further, the
relevance of the polarization control in the excitation process is
highlighted. Moreover, coherent control techniques are applied to investigate
the interaction of shaped femtosecond laser pulses with ultracold atoms and
molecules. The focus of these experiments is the control of the
photoassociation of a colliding atom pair to a bound molecule. This process is
investigated using two-color pump-probe spectroscopy. The molecular transients
are compared to theoretical calculations. The analysis of this data reveals
the interaction process which is discussed in the time and frequency domain.
In a second experiment, the multi-photon ionization of ultracold rubidium
dimers is optimized in a closed feedback loop. In this optimization, a
parameterization in the frequency domain is employed which extracts the
relevant transition frequencies. In combination with a complementary
experiment the excitation pathway was revealed.
de
dc.description.abstract
Kern dieser Arbeit ist die Manipulation von ultrakurzen Laserpulsen und deren
Anwendung auf molekulare Quantensysteme. Zwecks uneingeschränkter Formung der
Phase, Amplitude und Polarisation von Laserpulsen wurde ein neuer Pulsformer
entwickelt. In diesem nicht-interferometrischen Aufbau werden vier aufeinander
folgende Flüssigkristallarrays für die Modulation des Lichtfeldes verwendet.
Für die gezielte Kontrolle des geformten elektrischen Feldes wurde ein
Verfahren zur Erstellung von Pulssequenzen entwickelt. Die Unterpulse dieser
Sequenzen können in ihren physikalisch intuitiven Parametern Energie,
zeitliche Position, Phase, Chirps und der Polarisation, die durch die
Orientierung, die Elliptizität und die Helizität gegeben ist, individuell
kontrolliert werden. Die Funktionsweise des Pulsformers und der
Parametrisierung wird anhand von experimentell erstellten und
charakterisierten Pulsen veranschaulicht. Pulsformen von höherer Komplexität
bieten Einblicke in die Möglichkeiten und die Präzision der vorgestellten
Methoden. Für einige Anwendungsgebiete ist es wünschenswert, die geformten
Laserpulse durch optische Fasern zu transportieren. Insbesondere würde im
Bereich Biowissenschaften und Medizin von endoskopisch verfügbaren
Femtosekunden-Laserpulsen profitiert werden. In dieser Arbeit wird die
Erstellung von ultrakurzen Laserpulsen vorgestellt, die nach der Transmission
durch optische Fasern gezielt in Phase, Amplitude und Polarisation geformt
werden. Hierbei müssen die speziellen Eigenschaften der Faser berücksichtigt
werden. Dies wird exemplarisch für eine konventionelle Step-Index-Glasfaser
sowie für eine photonische Hohlkern-Kristall-Faser gezeigt. Aufgrund der
unterschiedlichen Eigenschaften dieser Fasern ist zur Erstellung parametrisch
geformter Pulse ein jeweils eigenständiges Verfahren notwendig. Ähnlich wie
bei der Vorstellung des Pulsformers werden die Möglichkeiten der Kontrolle der
Pulssequenzen mit Beispielpulsen belegt. Die durch die Faser transmittierten
und in Phase, Amplitude und Polarisation parametrisch geformten Pulse werden
zur Untersuchung der Moleküldynamik genutzt. Zu diesem Zweck wird die
Mehrphotonen-Ionisation des Kalium-Dimers in einem Molekularstrahl in einer
Rückkopplungsschleife unter Verwendung evolutionärer Algorithmen optimiert.
Ferner wird eine durch den Pulsformer erstellte Doppelpulssequenz für
zeitaufgelöste Pump-Probe-Messungen genutzt. Beide Experimente geben
Aufschluss über die Vibrationsdynamik und den Anregungsweg der Moleküle. Dabei
wird die Relevanz der Polarisationsänderung für den Prozess der Mehrphotonen-
Ionisation deutlich. In einem weiteren Experiment werden Methoden der
kohärenten Kontrolle angewendet, um die Wechselwirkung zwischen geformten
ultrakurzen Laserpulsen und ultrakalten Atomen und Molekülen zu untersuchen.
Die Kontrolle und Untersuchung der Photoassoziation eines ultrakalten atomaren
Sto"spaares zu einem gebundenen Molekül war hier von besonderem Interesse.
Dieser Prozess wurde mittels Zweifarben-Pump-Probe-Spektroskopie untersucht.
Die experimentell erhaltenen Transienten wurden mit theoretischen Berechnungen
verglichen. Deren Analyse gab Aufschluss über die Wechselwirkung, die in der
Zeit- und Frequenzdomäne diskutiert wird. Des Weiteren wird die Mehrphotonen-
Ionisation des ultrakalten Rubidium-Dimers in einer Rückkopplungsschleife
optimiert. Hierfür wurde zur Identifikation der für die Anregung relevanten
Frequenzen eine Parametrisierung des Pulses in der Frequenzdomäne genutzt. In
Verbindung mit den Ergebnissen eines komplementären Experiments konnte der
Anregungsprozess erfolgreich entschlüsselt werden.
en
dc.format.extent
VIII, 211 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
parametric polarization pulse shaping
dc.subject
coherent control
dc.subject
photoassociation
dc.subject
ultracold gases
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Parametric polarization pulse shaping methods and control of excitation
dynamics in ultracold rubidium
dc.contributor.contact
fabianweise@web.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Ludger Wöste
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Gerard Meijer
dc.date.accepted
2010-06-30
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000018789-0
dc.title.translated
Parametrische Methoden der Polarisationspulsformung und Kontrolle der
Anregungsdynamik in ultrakaltem Rubidium
de
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000018789
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000008560
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access