Steuerung der quantenmechanischen Phase in intensiven phasenmodulierten femtosekunden Laserpulsen

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In den Bereichen der nichtlinearen Optik, der Quanteninformation und der Steuerung chemischer Reaktionen ist man darauf angewiesen, atomare und molekulare Systeme auf dem Quantenniveau zu manipulieren. Der Schlüssel zur mikroskopischen Steuerung von Quantensystemen ist die Kontrolle der konstruktiven und destruktiven Interferenz von Materiewellen, d.h. der quantenmechanischen Phase, durch maßgeschneiderte Laserpulse. Die Prinzipien der Quantenkontrolle in schwachen Laserfeldern sind wohlbekannt. Obwohl spektakuläre Erfolge bei der Steuerung chemischer Reaktionen in starken Laserfeldern erzielt wurden, sind die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse weitgehend unverstanden. An einem einfachen Modellsystem sollen die Prinzipien der lichtinduzierten Dynamik in intensiven maßgeschneiderten (phasenmodulierten) Laserfeldern untersucht werden. In intensiven Laserfeldern wird die quantenmechanische Phase zusätzlich zur optischen Phase der Lichtpulse durch quantenmechanische Oszillationen (Rabi-Oszillationen) beeinflusst. Dadurch ergeben sich neuartige Freiheitsgrade zur Manipulation der quantenmechanischen Interferenzen. In dem vorgeschlagenen Experiment werden geformte intensive Laserpulse genutzt, um gleichzeitig Dynamik im Neutralsystem zu steuern und Ionisation auszulösen. Dadurch hinterlässt die quantenmechanische Phase einen charakteristischen Fingerabdruck im Photoelektronenspektrum. Dies ergibt die einzigartige Möglichkeit, die quantenmechanische Phase direkt zu beobachten und als Rückkopplungssignal für die Steuerung durch geformte Laserpulse zu verwenden. Als Perspektive sollen die gewonnenen Erkenntnisse auf größere Systeme übertragen und ihre Allgemeingültigkeit untersucht werden.