XUV diagnostics tailored to resolve short-pulse-laserdriven ultrafast plasma dynamics

Hilbert, Vinzenz Johannes GND

Mit der Entwicklung Freier-Elektronen-Laser (FEL), die im Röntgen und extrem ultravioletten Bereich (XUV) arbeiten, erlebte die Erforschung von Materie unter extremen Bedingungen einen Schub. Es ist nun möglich, Plasmen mit Flüssigkeitsdichte beziehungsweise bis über Festkörperdichte hinaus zu erzeugen und zu untersuchen. Photonen im XUV kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, da sie in der Lage sind, dichte Plasmen zu durchdringen und so zur Erforschung des Plasmainneren beitragen können. Somit werden wichtige Erkenntnisse über Energietransport und -austausch zwischen Elektronen und Ionen in Plasmen gewonnen. Außerdem lassen sich Voraussagen von Simulationen experimentell überprüfen. XUV Strahlung kann auch in Emission angeregter Plasmen beobachtet werden, beispielsweise nach Laseranregung eines Festkörpers. Die ortsaufgelöste Analyse der Spektrallinien gewährt Aufschluss über Dichte, Temperatur und räumliche Ausdehnung des freien Elektronen Plasmas. Auch aufgrund seiner Kohärenzeigenschaften ist FEL Strahlung gut geeignet für Streu- und Beugungsexperimente. Die hohe Kohärenz erlaubt zudem den Einsatz interferometrischer Methoden, welche Aufschluss über dielektrische Eigenschaften, wie beispielsweise den Brechungsindex geben können. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Anwendung innovativer Instrumentierung an FELs zur Erforschung dichter Materie unter extremen Bedingungen und ihre Wechselwirkung mit intensiven Laserfeldern. Die Instrumentierung wird dabei speziell auf Quellgröße und zu erwartende Signal- und Repetitionsraten abgestimmt. In dieser Arbeit wird beschrieben, wie der experimentelle Aufbau und die Vorgehensweise für neuartige Grundlagenexperimente an Großforschungsanlagen an die Gegebenheiten vor Ort angepasst werden kann. Bei eventuellem Einsatz mehrerer Geräte werden diese miteinander abgeglichen. Die optisch relevanten Einzelteile solcher maßgeschneiderten Aufbauten werden dafür zunächst umfassend charakterisiert und kalibriert.

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Hilbert, Vinzenz: XUV diagnostics tailored to resolve short-pulse-laserdriven ultrafast plasma dynamics. Jena 2017.

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