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Methoden und Instrumentierung Poster: Mi., 14:00–16:30 M-P14
Konzept für pump-probe Experimente mit synchronisierten Laser- und
VUV-FEL Pulsen
Stefan Cunovic 3 , Markus Drescher 1 , Ulrike Frühling 4 , Rolf Früke 2 , Roland
Kalms 1 , Maria Krikunova 1 , Theophilos Maltezopoulos 4 , Norbert
Müller 3 , Marek Wieland 1 , Thomas Wilhein 2
1 Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, 22761
Hamburg – 2 Institut für X-Optik, FH Koblenz, Südallee 2, 53424 Remagen – 3 Fakultät
für Physik, Universität Bielefeld, Universitässtr. 25, 33615 Bielefeld – 4 HASYLAB,
DESY, Notkestr. 85, 22603 Hamburg
Die Kombination von hoher durchstimmbarer Photonenenergie, hoher Intensität und
kurzer Zeitstruktur macht den VUV-FEL FLASH am Hasylab, DESY besonders interessant
zur Realisierung zeitaufgelöster Experimente nach dem pump-probe Prinzip.
Photochemische Reaktionen können mit einem simultan angebotenen Laserpuls
in Gang gesetzt, und mit dem VUV-Puls abgefragt werden. Im Gegensatz zur konventionellen
Femtochemie lassen sich atomare Innerschalenzustände anregen und so
elementspezifische Informationen zur molekularen Dynamik gewinnen. Hierfür wird
eine Apparatur für pump-probe Experimente in der Gasphase und in Flüssigkeiten
aufgebaut.
Die derzeit mit diesem Konzept prinzipell erreichbare zeitliche Auflösung entspricht
allerdings noch nicht den Pulsbreiten der Laser- und FEL-Pulse von ca. 100 fs bzw. ca.
30 fs, sondern ist durch eine Puls-zu-Puls Variation der relativen Verzögerung beider
Pulse gegeben, die nach der in der Regel notwendigen Summation über viele Einzelpulse
eine zeitliche Unschärfe von mehreren 100 fs erwarten lässt. Der hier verfolgte
Lösungsansatz basiert auf der simultanen Messung dieser Verzögerung für jeden Puls
und die anschließende Sortierung der Daten des Pump-Probe Experiments gemäß dieser
Referenzmessung. Es wurde dazu ein Einzelschuß-Kreuzkorrelator aufgebaut, der
eine unmittelbare zeitliche Korrelation der Laser- und FEL Pulse erlaubt. Das physikalische
Prinzip fußt auf der atomaren Photoionisation in einem intensiven Laserfeld.
Ein räumlich/zeitlicher Überlapp beider Pulse in einem Edelgas führt zur Ausbildung
energetischer Seitenbänder im Spektrum der Photoelektronen. Durch eine spezielle
Geometrie wird die Zeitachse auf eine Ortskoordinate projeziert, so dass mit einem
abbildenden Elektronenspektrometer Information über die Dauer des FEL-Pulses sowie
seine zeitliche Lage relativ zum Laserfeld gewonnen werden kann. Die Wirksamkeit
des physikalischen Mechanismus sowie die Funktion des Kreuzkorrelators konnten
am FLASH nachgewiesen werden. Da der FEL-Strahl das Gasphasen-Target praktisch
ungemindert passiert, kann der Kreuzkorrelator in Serie mit einem absorbierenden
pump-probe-Experiment an einer Festkörperoberfläche oder einer Flüssigkeit betrieben
werden.