Az anyag attoszekundumos dinamikája ultraintenzív lézerterekben optikai cikluson belülii időbeli és hullámhosszon belüli, nanométeres térbeli tartományokban = Attosecond dynamics of matter in ultra-high laser fields with sub-cycle temporal and sub-wavelength, nanometer-scale spatial resolution

摘要

Bebizonyítottuk, hogy az elektronok intenzív kvantált sugárzási térrel való kölcsönhatása fotonszám-fázis minimális bizonytalanságú, különleges statisztikájú fotonállapotok kialakulását eredményezi. Elemeztük a foton-elektron összefonódást, a Hanbury Brown és Twiss (HBT) típusú korrelációk extrém (attoszekundumos) fényjelek diagnosztikájában való alkalmazhatóságát, és általunk bevezetett „attoszekundumos sörétzaj” szerepét. A felületeken (pl. vékony fémrétegen, plazmarétegen és grafénen) lejátszódó intenzív lézer-anyag kölcsönhatásoknál elemeztük az ún. vivő-burkoló fázis szerepét különböző nemlineáris folyamatokban. Kifejlesztettük az elektronok kétdimenziós kinematikájának Wigner-függvényes leírását. Az ultrarövid fényimpulzusok grafénen történő szóródásának elemzése során általunk előrejelzett „relativisztikus levágás” optikai négyszögimpulzusok generálását teheti lehetővé. Kísérletileg észleltük és elméletileg értelmeztük felületi plazmonok térerősítését, s az evaneszcens terek nemlineáris optikai hatásait (felharmonikus-keltés, sokfotonos elektron emisszió és gyorsítás), és demonstráltuk, hogy az elektronok 2-3 femtoszekundumos csomagokban hagyják el a fémfelületet, az intenzitás-bulkolót követve. A plasmon-bomláskor (kollektív fékezési sugárzásakor) keletkező ultrarövid fényjelek nemklasszikus HBT-korrelációját, és a fotoncsomósodásból a ritkulásba való átmenetet elsőként mutattuk ki és értelmeztük az általunk kidolgozott elmélet alapján. | We analysed entanglement in the interaction of electrons with a strong quantized radiation field, which leads to the generation of number-phase minimum uncertainty states. On the basis of these results we introduced the concept of ""attosecond shot-noise"" and shown how the Hanbury Brown and Twiss (HBT) type correlations can be used for probing extreme light signals. We developed the Wigner function description of the kinematics of electrons in two-dimensional geometry. We studied in details the role of carrier-envelope phase difference effects in strong field laser- matter interactions at surfaces (thin metal or plasma layers and graphene). We predicted the new phenomena of ""relativistic clipping"" appearing in the scattering of ultrasort pulses on graphene, which may lead to rectangular optical pulses. We have observed experimentally and described theoretically that in surface plasmon enhanced evanescent electric fields, strong-field optics effects exist (high-harmonic generation, nonlinear electron emission and acceleration). These are characteristic for surface plasmon physics, they otherwise occur only in fields, higher than those produced by our exciting laser. We demonstrated that the electrons leave the surface in 2-3 fs-long bunches, following the intensity envelope of the surface plasmons. We measured and theoretically interpreted for the first time HBT type correlations in decaying surface plasmon light, and found the transition from antibunching to bunching.