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Einfluss dynamischer Resonanzen auf die Wechselwirkung optischer Femtosekunden-Pulse mit transparenten Dielektrika
Hofmann, Michael
It is expected that during the linear interaction of a medium with an optical pulse the induced dielectric polarization follows the electric field instantaneously, if the fundamental wavelength is far away from any resonance. However, with increasing intensity - in the regime of nonlinear optics - unexpected resonances may occur through the generation of higher harmonics or by the ac Stark shift of the energy levels in the laser field. For this work I perform quantum mechanical simulations of titanium dioxide and atomic hydrogen which confirm the existence of dynamic resonances by variation of the laser field's wavelength or intensity. My numerical results corroborate the measurement of one of the shortest polarization delays in dielectric solids that were reported at near-infrared wavelengths. Furthermore, by considering the detected resonance effects the established phenomenological model of femtosecond filamentation in atomic gases can be extended by a quantum mechanically computed ionization rate.
Bei der linearen Wechselwirkung eines Mediums mit einem optischen Puls geht man davon aus, dass die induzierte, dielektrische Polarisation verzögerungsfrei dem elektrischen Feld folgt, falls die fundamentale Wellenlänge fernab einer Resonanz liegt. Bei höheren Intensitäten - im Bereich der nichtlinearen Optik - können jedoch durch die Erzeugung harmonischer Frequenzen oder durch die Stark-Verschiebung der Energieniveaus im Laserfeld unerwartete Resonanzen auftreten. Die von mir in dieser Arbeit durchgeführten, quantenmechanischen Simulationen für Titandioxid und atomaren Wasserstoff bestätigen solche dynamischen Resonanzen, die sich unter Variation der Wellenlänge bzw. der Intensität verschieben. Meine numerischen Ergebnisse untermauern die Messung einer der kürzesten, bisher nachgewiesenen Verzögerungen der Polarisation in transparenten Dielektrika. Des Weiteren kann unter Berücksichtigung von Resonanzeffekten das bisher gängige, phänomenologische Modell der Femtosekunden-Filamente in atomaren Gasen um eine quantenmechanisch berechnete Ionisierungsrate erweitert werden.
