dc.contributor.author
Hagemann, Franz Philip
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:28:50Z
dc.date.available
2016-02-29T10:48:24.854Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/3893
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-8093
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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.
de
dc.format.extent
vi, 108 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
supercontinuum, white light
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::539 Moderne Physik
dc.title
Supercontinuum Pulse Shaping for the Optimal Control of Photo-Induced
Processes
dc.contributor.contact
franz.hagemann@gmx.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Ludger Wöste
dc.contributor.furtherReferee
PD Dr. Christian Frischkorn
dc.date.accepted
2015-12-14
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000101437-5
dc.title.translated
Supercontinuums-Pulsformung zur Optimalen Kontrolle Photoinduzierter Prozesse
de
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000101437
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FUDISS_derivate_000000018749
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open access