High harmonic generation in silicon

• Thesis title in Czech: Generace vysokých harmonických frekvencí v křemíku
• Thesis title in English: High harmonic generation in silicon
• Key words: Vysoká harmonická generace|nelineární optika|HHG v křemíku
• English key words: High harmonic generation|Nonlinear optics|HHG in silicon
• Academic year of topic announcement: 2019/2020
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Supervisor: doc. RNDr. Martin Kozák, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 17.07.2019
• Date of assignment: 17.07.2019
• Confirmed by Study dept. on: 15.10.2019
• Date and time of defence: 27.09.2024 14:00
• Date of electronic submission: 13.08.2024
• Date of submission of printed version: 13.08.2024
• Date of proceeded defence: 27.09.2024
• Opponents: prof. Nadezhda Bulgakova, Ph.D.
• Advisors: prof. RNDr. Petr Malý, DrSc.

Guidelines

Disertační práce bude zaměřená na výzkum interakce ultrakrátkých laserových pulzů se stabilní fází vůči obálce (CEP z angl. carrier-envelope phase) se širokopásovými polovodiči a dielektriky. Cílem bude kontrolovat a měřit dynamiku elektronických excitací na časových škálách jednotek femtosekund či kratších. V první části se řešitel bude podílet na stavbě a optimalizaci zdroje ultrakrátkých pulzů se stabilním CEP na bázi nekolineárního parametrického zesilovače kombinovaného s generací rozdílové frekvence. Výsledné fázově-stabilní pulzy umožní při interakci světla s látkou dosáhnout režimu silného pole, kdy převládá excitace pomocí kvantového tunelování. Přesná kontrola CEP bude použita ke studiu koherentních jevů spojených s excitací v režimu silného pole (měření fázově-závislého elektrického proudu, generace vysokých harmonických frekvencí, dynamický Franz-Keldyshův jev). Cílem výzkumu budou dále nekoherentní jevy odehrávající se během interakce ultrakrátkých pulzů s vysokou amplitudou elektrického pole s látkou (ultrarychlé rozptyly, impaktní ionizace, atd.). Mezi studované materiály budou patřit zejména širokopásové polovodiče (diamant) a dielektrika (LiF, MgO, ZnO, Al2O3, a další). Součástí práce bude rovněž vývoj nových experimentálních technik v oblasti časově-rozlišené optické spektroskopie a nelineární optiky.

References

[1] Kärtner, F. X.: Few-Cycle Laser Pulse Generation and Its Applications, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2004
[2] Boyd, R. V.: Nonlinear Optics, Academic Press, San Diego, 1992
[3] Shah, J., Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductor Nanostructures, Springer Series in Solid-State Sciences (Springer, New York) 1999.
[4] Články v odborných časopisech

Preliminary scope of work in English

This thesis is focused on the research of the interaction of few-cycle laser pulses with stabilized carrier envelope phase (CEP) with wide bandgap semiconductors and dielectrics. The goal is to measure and control the electron dynamics on single-femtosecond or attosecond time scales. In the first part of the thesis, the setup for generation of few-cycle CEP stable pulses will be developed and optimized. The setup is based on noncollinear optical parametric amplification and subsequent difference frequency generation leading to sub-15 fs pulses in mid-infrared spectral region. These pulses will allow to reach the strong-field regime of electron excitation in solids via quantum tunneling. CEP control will be used for the research of coherent electron dynamics in the strong-field regime via detection of CEP-dependent electric current, high-harmonic generation and dynamic Franz-Keldysh effect. Further, ultrafast scattering mechanisms causing momentum dephasing of electrons (scattering on phonons and ionized impurities, impact ionizatin, etc.) will be studied. The studied materials will be mainly wide bandgap semiconductors (diamond) and dielectrics (LiF, MgO, ZnO, Al2O3, etc.). During the thesis, novel techniques of ultrafast laser spectroscopy will be developed.