Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Attofizyka Jacek Matulewski 10 listopada 2011 O oddziaływaniu układów atomów z krótkimi i silnymi impulsami lasera.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Attofizyka Jacek Matulewski 10 listopada 2011 O oddziaływaniu układów atomów z krótkimi i silnymi impulsami lasera."— Zapis prezentacji:

1 Attofizyka Jacek Matulewski 10 listopada 2011 O oddziaływaniu układów atomów z krótkimi i silnymi impulsami lasera

2 Attosekunda atto

3 Zapowiedź Skala czasu, wielkości i energii w attofizyce –rozwój nauki o procesach ultraszybkich –zwiększanie mocy laserów MPI, ATI, HHG, OTBI i inne zjawiska Generowanie impulsów attosekundowych Attosekundowa kamera smugowa Stabilizacja w silnych polach laserów attosek.

4 Attofizyka Relacja z lektury m.in.: F. Krausz, M. Ivanov Attosecond physics Rev. Mod. Phys. 81, 163 (2009) A. Scrinzi, M. Ivanov, R. Kienberger, D.M. Villenueve Attosecond physics J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 39, R1 (2006) P.B. Corkum, Zenghu Chang The Attosecond Revolution Optics and Photonics News, Październik 2008 Strona:

5 Skala czasowa Zjawiska attofizyczne są na skali czasu tak samo odległe od codzienności, jak wielki wybuch Źródło: Jacek Matulewski, Wiedza i Życie, Nieskończenie długa sekunda, 05/2007

6 Mikroświat Źródło: Ferenc Krausz, Misha Ivanov, Rev. Mod. Phys., Vol. 81, j.a. czasu = 24 as = 2.41· s 1 j.a. długości = 0.53 Å = · m 0 = 1 j.a. odpowiada I = 3.51·10 16 W/cm 2 = 35.1 PW/cm 2 = 1 j.a. odpowiada = 45 nm (XUV / X), T = 150 as Atom: Laser:

7 Ewolucja ultrafast science

8 Ultra silne pola zaburzenie

9 Ultra silne pola zaburzenie

10 Ultra silne pola konieczne podejście nieperturbacyjne Symulacje numeryczne ab initio

11 Ultra silne pola Pole wewnętrzne atomu: 0 = 1 a.u. (I 0 = 3.51·10 16 W/cm 2 ) Prawie wolny elektron (wpływ potencjału wiążącego to jedynie zaburzenie): 0 równe co najmniej a.u. Natężenie pola obecnych laserów: I = PW/cm 2 = W/cm W/cm 2 (50 j.a.) Lasery attosekundowe: I = W/cm 2 Granica relatywistyczna…

12 Ultra silne pola Źródło: Reiss, Phys. Rev (2000)

13 Ultra silne pola Granica relatywistyczna dla = 1: 0 = 15 a.u. Od tego natężenia należy uwzględniać wpływ pola magnetycznego (np. magn. dryf). Granica od której konieczny opis w pełni relatywistyczny (r. Diraca) dla = 1: >50 a.u. Szybka inicjacja fuzji jądrowej (fast ignition of nuclear fusion): I 0 = 5·10 20 W/cm 2 ( 0 = 100 a.u.)

14 Ultra silne pola

15 Narodowy Zakład Zapłonu (NIF, LLNL) W Europie podobne projekty: HiPER (Węgry), LMJ (Francja), inny projekt w Czechach

16 Shorter, more intense. G Mourou, T Tajima Science 2011;331:41-42 Published by AAAS

17 Jonizacja i rekombinacja Powrót: rekombinacja lub absorpcja dodatkowych fotonów HHG i ATI Optyka nieliniowa Moment jonizacji (narodziny) determinuje dynamikę elektronu

18 Optyka nieliniowa Rekombinacja promienista (RR) elektronu i emisja wyższej harmonicznej (HHG) Jonizacja ponadprogowa (ATI) Wybicie innego elektronu (NSDI - niesekwencyjna podwójna jonizacja)

19 Jonizacja ponadprogowa (ATI) Widmo fotoelektronów

20 Wyższe harmoniczne (HHG) Rekombinacja promienista (RR) elektronu i emisja wyższej harmonicznej (HHG) 3.17U p

21 Jak liczyć HHG na komputerze? Symulacje kwantowomechaniczne (TDSE) Zależna od czasu funkcja falowa Widmo dipolowe to transformata Fouriera oczekiwanego położenia elektronu: Wyższe harmoniczne (HHG)

22 Już 1993 r.: 109-ta harmoniczna 7.5 nm, T = 25as, = 6 a.u. Źródło: J.J. Macklin et al.. Phys. Rev. Lett., 70 (1993) 766

23 Stabilny laser femtosekundowy (widmo widzialne, np. = 0.1) w zjawisku generacji wyższych harmonik (HHG) tworzy serię impulsów lasera attosekundowego (widmo XUV/X, np. = 1)

24 Kontrola kształtu fali lasera Kontrola impulsów laserów femtosekundowych CEP – carrier-envelope phase, CEO – CE offset Technika f-2f (interferencja, dudnienie): Kontrolowana jest także amplituda i częstość powtarzania Sprzężenie zwrotne z sygn. interferometru f-2f Stabilność rzędu 200 mrad na dziesiątki minut

25 Sposób produkcji impulsów attosekundowych (rekombinacja): makroskopowa ilość atomów oddziałuje ze skupionym promieniem lasera femtosekund Potrzebna kontrola fazy (przebiegu) impulsów femtosekundowych Różne języki –opis półklasyczny ( ) –opis kwantowy (fotony) Re-collision (backscattering)

26 Moc lasera attosekundowego Problem rozmiaru próbki (makroskopowa) Phase matching: prędkość fazowa impulsów femto- i attosekundowego są takie same. Ponadto propagacja w tym samym kierunku Stopniowo generowany impuls kumuluje się W pewnym zakresie moc lasera zależy proporcjonalnie od ilość atomów

27 Attosecond puls train (APT) Co okres rekombinacja => seria impulsów Attosecond Pulse Train (APT) Stabilność APT: te same parametry impulsów

28 Attosecond puls train (APT) Co okres rekombinacja => seria impulsów Attosecond Pulse Train (APT) Stabilność APT: te same parametry impulsów Podobieństwo do laserów z synchr. modów Rüdriger Paschotta, Encyclopedia of Laser Physics and Technology (http://www.rp-photonics.com/)

29 Attosecond puls train (APT) Co okres rekombinacja => seria impulsów Attosecond Pulse Train (APT) Stabilność APT: te same parametry impulsów Podobieństwo do laserów z synchr. modów Problemem jest uzyskanie jednego impulsu: –Użycie częstości z pobliża odcięcia widma HHG –Późniejsze izolowanie piku (polaryzacja) –Duża szerokość widma jednego impulsu!!

30 Charakterystyka krótkich impulsów Google: ang. few-cycle laser pulses Problem z szerokością widma (XUV/X-Ray) Załamanie lasera monochromatyczny

31 Kamera smugowa Źródło: Ferenc Krausz, Misha Ivanov, Rev. Mod. Phys., Vol. 81, 2009 klasyczna

32 Kamera smugowa attosekundowa

33 Kamera smugowa Co obserwujemy? Sam impuls attosekundowy lub pole, które jest efektem jego interakcji z gazem atomowym Laser femtosekundowy jest na tyle słaby, że nie bierze udziału w procesach fizycznych, które są obserwowane – tylko odbiera elektrony i odchyla ich tor (czas => przestrz.)

34 Metoda ultraszybkich pomiarów Bramkowanie (gating) Pole elektryczne Bramka czasowaMierzony sygnał np. Frequency-Resolved Optical Gating (FROG)

35 Metoda ultraszybkich pomiarów Bramkowanie (gating) Complete Reconstruction of Attosecond Bursts (CRAB) Rozkład uwalniania elektronów Pole elektryczne Bramka czasowaMierzony sygnał Bramka czasowa

36 Metoda ultraszybkich pomiarów Interferometria widmowa Spectral Phase Interferometry for Direct Electric field Reconstruction (SPIDER) Transformata Fouriera impulsu lasera Kopia z przesuniętym odrobinę widmem i opóźnieniem Z tego fazę ( ), a( ) – niezależnie: dostaniemy a(t)

37 Metoda ultraszybkich pomiarów Reconstruction of Attosecond Beating by Interference of two-photon Transition (RABBIT) Tą metodą można poznać czasową strukturę pojedynczej sekwencji, ale nie obwiednię. Na to pozwala FROG/CRAB. Badanie korelacji impulsu attosekundowego i femtosekundowego. Oba oświetlają atomowy gaz, tak jak w kamerze smugowej, z którego impuls attosekundowy uwalnia elektrony. Impuls femtosekundowy użyty do pomiaru może być tym samym, który służył do wygenerowania impulsu attosekundowego.

38 Kamera smugowa Pierwszy pomiar przebiegu impulsu lasera Goulielmakis i in. Science 317 (2004)

39 Kamera smugowa Pierwszy pomiar przebiegu impulsu lasera Goulielmakis i in. Science 317 (2004)

40 Kamera smugowa Badania procesów biologicznych (filmowanie zmian w białkach) Badanie procesów chemicznych (również pomiary zależne od czasu) Badanie ruchu atomów w molekułach Zakusy do badania procesów atomowych

41 Przyszłe zastosowania (??) Obrazowanie procesów atomowych (4D) Sterowanie procesami atomowymi (ruchem elektronu w układach atomowych) - inżynieria attosekundowa Przechowywanie informacji w atomach Szybka inicjacja fuzji jądrowej (trzeba dostarczyć 10 kJ do rdzenia w 10 ps)

42 Zjawisko stabilizacji jonizacji w ultra-silnych polach lasera attosekundowego ( 0 = 1-5 j.a., = 1 j.a.)

43 Zastępujemy zależny od czasu potencjał przez potencjał KH (zerowy element rozw. Fouriera): Zależne od czasu równanie Schrödingera (potencjał jawnie zależy od czasu) Ultra silne pola - stabilizacja Zależne od czasu równanie Schrödingera (laboratoryjny układ współrzędnych) Stabilizacja jako dynamiczna lokalizacja pakietu falowego

44 Stabilizacja w jonizacji Jonizacja: wpływ osobliwości w 1D

45 Stabilizacja w jonizacji Dynamika w różnych skalach czasowych: Sekwencja jonizacji i rekombinacji Wolny dryf Trwała jonizacja

46 Stabilizacja w jonizacji Jonizacja: wpływ osobliwości w 3D W 3D: kluczowy jest kształt impulsu (niemożliwe jest jego modelowanie)

47 Stabilizacja w jonizacji Jonizacja: wymiar i detale potencjału

48 Prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w pobliżu studni (100 a.u.) with dipole app. without dipole app. Ryabikin, Sergeev, Optics Express 417, 7 12 (2000) Stabilizacja w jonizacji Stabilizacja jako niemonotoniczność poziomu jonizacji od natężenie pola lasera

49 Stabilizacja w jonizacji Magnetyczny dryf – wyjście poza przybliżenie dipolowe

50 Stabilizacja w rekombinacji odpowiednik stabilizacji dynamicznejpo użyciu met. kompensacji wolnego dryfu

51 Symulacje numeryczne - CUDA Model karty graficznejIlość rdzeni CUDA Częst. rdzeni [MHz] Teoretyczna wydajność (GFLOP), podwójna precyzja Teoretyczna wydajność (GFLOP), pojedyncza precyzja FermiPrzyspieszenie 1024x 1024 pojed. precyzja 1024x 1024 podwój. precyzja 2048x 128 pojedyn. precyzja 2048x 128 podwój. precyzja GeForce 8400M GS Quadro FX 570M GeForce GT 130M GeForce GT 240M GF 8800 GTS Quadro (?) Quadro FX (?) GeForce GTX (?) GeForce GTX (?) Implementacja z użyciem CUDA przygotowana przez Tomasza Dziubaka

52 Do zapamiętania: Fizyka attosekundowa (lightwave electronics) to kontrola i pomiary procesów attosekundowych, zarówno strumienia elektronów, jak i fotonów (światła) Potrzebna technologia femtosekundowa (kontrola amplitudy i fazy impulsów fs) Kamera smugowa i attosekundowy FROG Inny schemat: spektroskopia attosekundowa (rentgenowskie pump/probe) Przyszła technologia sterowania elektronami


Pobierz ppt "Attofizyka Jacek Matulewski 10 listopada 2011 O oddziaływaniu układów atomów z krótkimi i silnymi impulsami lasera."

Podobne prezentacje


Reklamy Google