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Ultrakurze Lichtimpulse - Fakultät 06 - Hochschule München

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2a il t 2 (16) In

2a il t 2 (16) In einem solch linear gechirpten Puls ändert sich die Frequenz linear mit der Zeit. Eine frequenzabhängige Phase kann entscheidenden Einfluss auf die Pulsstruktur haben. Zur besseren Veranschaulichung folgt nun eine qualitative Darstellung der ersten Chirpordnungen. Die nullte Ordnung ( ( ) ) verursacht eine globale Phasenverschiebung, verschiebt somit die Trägerschwingung relativ zu seiner Einhüllenden. Bemerkbar macht sich das jedoch fast ausschließlich bei den äußerst kurzen, nur wenigen Oszillationszyklen langen few-cycle-pulses. Auf die Gruppengeschwindigkeit des Pulses hat die erste Ordnung ( '( ) ) Einfluss, indem sie den Puls als Ganzes zeitlich verzögert. Die Form des Pulses ändert sich dabei jedoch nicht, diese Ordnung ist also weitestgehend unproblematisch. Abbildung A1: Effekte der Dispersion nullter Ordnung auf einen wenige Femtosekunden langen Puls mit einer Trägerkreisfrequenz von 500 Thz. Die gestrichelte e-Feld Oszillation stellt den Originalpuls dar, welcher bei t=0 die maximal mögliche Intensität erreicht. Hierfür ist es Konvektion von einem sogenannten Cosinuspuls zu sprechen. Die rote Oszillationskurve ist gegenüber um den Cosinuspuls um φ(ω)=π/2 (Sinuspuls) verschoben. Es ist klar, dass solch ein Puls eine geringere Intensität erreicht und durch die beiden gleichstarken, entgegengesetzten Auslenkungen für single-Puls-Anregungen ungeeignet ist. Seite | 11

Abbildung A3: Eine Dispersion erster Ordnung φ‘(ω) verzögert den Puls lediglich als Ganzes, er läuft als seinem unbehandelten (gestrichelter Puls) nach, hier um 10 fs. Die Pulsform und –dauer wird dabei nicht beeinflusst. Die zweite Ordnung ( ''( ) ) hingegen sorgt für den bereits angesprochenen Chirp. Es folgt nicht nur, dass der Puls eine Substruktur aufweist, sondern auch, dass sich der Puls verbreitert. Aufgrund der Dispersion zweiter Ordnung folgt, dass die verschiedenen, in einem ultrakurzen Puls enthaltenen Frequenzen eine zueinander unterschiedliche Gruppengeschwindigkeit besitzen. Der Puls läuft quasi auseinander. Für normale oder positive Dispersion ( ''( ) 0 ) laufen die niederen Frequenzen der Zentralfrequenz voraus, bei negativer Dispersion ( ''( ) 0 ) sind die höheren Frequenzen schneller. Der Puls erscheint also mit einem Farbeindruck, bei dem z. B. bei normaler Dispersion der Anfang des Pulses rotverschoben ist, das Ende hingegen die bläulicheren Anteile enthält. Es ist klar, dass der Puls dabei länger wird und die Spitzenintensität abnimmt. In vielen Bereichen genügt es, die Dispersion bis zur dritten Ordnung zu behandeln ( '''( ) , häufig auch bekannt als third order dispersion, TOD), welche zu einer nichtlinearen Frequenzabhängigkeit von der Zeit führt. Auch die TOD verbreitert den Puls, sorgt jedoch durch Interferenzeffekte zusätzlich zu einem Vor- '''( ) 0 beziehungsweise Nachpulsen '''( ) 0 . Seite | 12

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