Časově-rozlišená spektroskopie širokopásových krystalů pomocí ultrakrátkých laserových pulzů se stabilní fází pole vůči obálce ve střední infračervené oblasti spektra
| Thesis title in Czech: | Časově-rozlišená spektroskopie širokopásových krystalů pomocí ultrakrátkých laserových pulzů se stabilní fází pole vůči obálce ve střední infračervené oblasti spektra |
|---|---|
| Thesis title in English: | Time-resolved spectroscopy of wide-bandgap crystals using mid-infrared few-cycle laser pulses with stable carrier-envelope phase |
| Key words: | Časově-rozlišená laserová spektroskopie, ultrakrátké pulzy, nelineární optika |
| English key words: | Time-resolved laser spectroscopy, ultrashort pulses, nonlinear optics |
| Academic year of topic announcement: | 2022/2023 |
| Thesis type: | diploma thesis |
| Thesis language: | |
| Department: | Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO) |
| Supervisor: | doc. RNDr. Martin Kozák, Ph.D. |
| Author: |
| Guidelines |
| Rozvoj laserové technologie umožnil v nedávné době generaci optických pulzů, které obsahují pouze několik kmitů elektromagnetického pole. Navíc je možné kontrolovat fázi pole vůči obálce s přesností desítek attosekund (1 as=10-18 s) a amplituda pole je srovnatelná či vyšší než elektrostatické pole působící mezi atomy v látkách. V případě slabých polí se interakce světla s látkou popisuje pomocí poruchového počtu, kde se elektromagnetické pole světla uvažuje jako malá porucha ve studovaném fyzikálním systému. Pokud ale amplituda pole překročí určitou mez, interakce se mění a je možné pozorovat kvantové tunelování elektronů z valenčního do vodivostního pásu během zlomku periody světelné vlny. Přechod mezi poruchovým a neporuchovým režimem interakce světla s různými krystaly širokopásových polovodičů a krystalů bude předmětem této diplomové práce.
Uchazeč se nejprve seznámí s principy generace ultrakrátkých laserových pulzů se stabilní fází vůči obálce. V experimentální části práce bude využito nové uspořádání generující pulzy ve střední infračervené oblasti pomocí nekolineární parametrické generace a generace rozdílové frekvence v nelineárních krystalech, které je čerpané pevnolátkovým femtosekundovým laserem s ytterbiem-dopovaným aktivním prostředím. Dynamika elektronů na časových škálách jednotek femtosekund bude studována pomocí aktivní kontroly fáze pulzu vůči obálce. K detekci populace excitovaných nosičů budou sloužit standardní metody ultrarychlé laserové spektroskopie (excitace a sondování, časově-rozlišená luminiscence) či měření generovaného fotoproudu. Jako studované materiály budou použity krystaly pevných látek se širokým zakázaným pásem. |
| References |
| R. Boyd, Nonlinear Optics, Academic Press 2003.
F. X. Kärtner: Few-Cycle Laser Pulse Generation and Its Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004. Rullière, Claude (Ed.): Femtosecond Laser Pulses: Principles and Experiments, Springer-Verlag, Berlin, 2005. J.-C. Diels, W. Rudolph: Ultrashort laser pulse phenomena, Elsevier, Heidelberg, 2006. C. D. Lin, Anh-Thu Le, Cheng Jin, Hui Wei: Attosecond and Strong-Field Physics: Principles and Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2018. J. Shah: Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductor Nanostructures, Springer, Berlin, 1996. |
| Preliminary scope of work |
| Rychlost současné elektroniky je omezena maximální frekvencí (několik GHz), na které mohou křemíkové transistory v mikročipech pracovat. Základní výzkum v oblasti interakce ultrakrátkých světelných pulzů s látkou si klade za cíl najít metody umožňující kontrolovat elektrony v látkách na frekvencích optického záření (10^14-10^15 Hz) a na časových škálách jednotek femtosekund či kratších. Nové metody mohou v budoucnu přispět k významnému zrychlení optoelektronických součástek. |