This thesis set out to extend and improve the capabilities of supercontinuum laser light sources and to survey the potential of the new white-light laser setup in the optimal control of small metal clusters. A new white-light laser setup, incorporating twofold filamentation in air for spectral broadening, ultrabroadband chirped mirrors for dispersion management and a pulse shaper setup has been developed. The twofold filamentation in air leads to a very stable spectral broadening, supplying a significant contribution in the visible (VIS) range, leading to an output spectrum spanning from 550 nm to 900 nm at 10 % of the maximum intensity. By offset-phase correction with the pulse shaper, this spectrum is compressed to 4.9 fs pulses spanning from 510 to 950 nm, with pulse energies of up to 60 µJ and a peak power of 12 GW. These supercontinuum few-cycle pulses serve as a starting point for the tailoring of near-arbitrary supercontinuum pulses with few-cycle subpulses. The tailoring of near-arbitrary amplified supercontinuum pulses is demonstrated for the first time. A home-built TG-FROG apparatus allows for the characterization of pulse forms that endure several hundreds of femtoseconds with few-cycle substructures. This highly versatile white-light laser setup has been successfully deployed for the optimal control of the fragmentation during charge reversal of two small metal clusters, the copper trimer anion and the aluminum tetramer anion. The (Cu2+ / Cu3+) product cation ratio was chosen as an objective for an evolutionary optimization, and was optimized by factors of up to three when compared to the cation yields obtained with a short 7 fs pulse. The obtained nontrivial optimal pulse shapes suggest a complex excitation mechanism involving a multitude of electronic states, in which the subpulses act in a cooperative manner, such that a higher fragmentation ratio is achieved. The obtained subpulse delays on the order of 10 fs are too fast to be probing vibrational dynamics, and thus likely are the signature of the initiation and probing of electronic wavepackets. CID experiments suggest that the fragmentation into Cu2+ occurs in an excited state of the neutral Cu3 cluster, as neither Cu3+ nor Cu3- clusters fragment when irradiated with 7 fs pulses with wavelengths shorter than 540 nm blocked. Interestingly, Cu3- anions fragment into Cu- anions, when irradiated with 7 fs pulses containing the wavelengths shorter than 540 nm, which could be the result of a decaying Cu-Cu2+ ion pair state. To test the broad applicability of the experimental technique and to see whether the results obtained for the copper trimer reproduce for a markedly different model system, the optimal control of the photofragmentation of Al4- cluster anions during charge reversal was studied. The (Al+ / Al4+) product cation ratio was chosen as an objective for optimization, yielding optimization factors of up to 3.4. As for the copper trimer, the obtained optimal pulses are very complex and feature subpulse delays on the order of 10 fs, which likely are the signature of electronic wavepackets. In general, the high optimization factors, obtained for two markedly different model systems, demonstrate the high selectivity in populating specific points on the potential energy surface attainable by the presented method.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Fähigkeiten von Superkontinuums- Laserlichtquellen verbessert und erweitert werden, um im Anschluss das Potential des neu entwickelten Weißlicht-Lasersetups in der Optimalen Kontrolle kleiner Metallcluster zu erkunden. Ein neues Weißlicht-Lasersetup wurde entwickelt, welches auf zweimaliger Filamentierung in Luft basiert. Die zweimalige Filamentierung in Luft bewirkt eine sehr stabile spektrale Verbreiterung, so dass ein Spektrum, welches von 550 bis 900 nm, bei 10 % der maximalen Intensität, reicht, erzeugt wird. Durch eine Phasenkorrektur im Pulsformer wird dieses Spektrum zu 4.9 fs kurzen Pulsen mit einer Energie von 60 µJ und einer Spitzenleistung von 12 GW komprimiert. Diese Pulse fungieren als Ausgangspunkt für die Erzeugung von nahezu beliebigen Weißlichtpulsen mit Subpulsen von wenigen optischen Zyklen. Erstmalig wurde die Erzeugung beinahe beliebiger, verstärkter Weißlichtpulse demonstriert. Ein selbst konstruierter transient-grating frequency-resolved optical gating (TG-FROG)-Aufbau erlaubt die Charakterisierung von Pulsformen, die mehrere hundert Femtosekunden andauern, und Subpulse mit wenigen optischen Zyklen haben. Dieses vielseitige Weißlicht-Lasersetup wurde erfolgreich in der Optimalen Kontrolle der Fragmentation während der Ladungsumkehr von zwei kleinen Metallclustern, dem Kupfer-Trimer und dem Aluminium-Tetramer, eingesetzt. Das Verhältnis zweier Produkt-Kationen (Cu2+ / Cu3+) wurde als Ziel für eine evolutionäre Optimierung ausgewählt und relativ zu einem 7 fs Puls, um den Faktor drei verbessert. Die erzeugten, nichttrivialen optimalen Pulsformen deuten auf einen komplexen Anregungsmechanismus hin, der eine Vielzahl elektronischer Zustände einbezieht. Die beobachteten Subpulsverzögerungen in der Größenordnung von 10 fs sind zu kurz um vibrationelle Dynamik abzufragen und weisen daher auf die Anregung und Abfrage elektronischer Wellenpakete hin. Kollisionsinduzierte-Dissoziationsexperimente lassen darauf schließen, dass die Fragmentation in Cu2+ in einem angeregten Zustand des neutralen Cu3-Clusters auftritt. Werden Cu3- Anionen mit Pulsen, die Wellenlängen kürzer als 540 nm enthalten, bestrahlt, entstehen Cu- Anionen, was auf den Zerfall eines Cu-Cu2+ Ionenpaar-Zustandes deuten könnte. Um die breite Anwendbarkeit der vorgestellten experimentellen Methode zu testen, und um zu prüfen, ob sich die für den Kupfer-Trimer erhaltenen Resultate für ein sehr unterschiedliches Modellsystem reproduzieren lassen, wurde im folgenden die Fragmentation während der Ladungsumkehr von Al4- untersucht. Das Verhältnis (Al+ / Al4+) wurde als Ziel für eine Optimierung gewählt und konnte um Faktoren bis zu 3,4 verbessert werden. Wie schon beim Kupfer Trimer, sind die erhaltenen optimalen Pulse sehr komplex und Subpulsabstände in der Größenordnung von 10 fs deuten auf die Abfragen elektronischer Wellenpakete hin. Im Allgemeinen demonstrieren die hohen Optimierungsfaktoren, die für zwei sehr unterschiedliche Systeme erreicht wurden, die hohe Selektivität bei der Bevölkerung spezifischer Punkte auf der Potentialfläche, die mit der vorgestellten Methode erreicht werden kann.