Sogenannte wechselwirkungsfreie Messungen sind ein aus der Quantenmechanik bekanntes Interferenzphänomen, mit dessen Hilfe die Anwesenheit eines Objekts detektiert werden kann, ohne das Objekt in irgendeiner Weise zu stören. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit wechselwirkungsfreien Messungen mit Elektronen. Integriert in ein Mikroskop könnte diese Technik es ermöglichen, die bei Elektronenmikropskopie auftretenden Strahlenschäden erheblich zu reduzieren.ududEs werden verschiedene Ansätze zur Realisierung von wechselwirkungsfreien Messungen mit Elektronen und die dabei auftretenden Schwierigkeiten besprochen. Hauptthema hierbei ist der benötigte Elektronen-Strahlteiler. Wir stellen einen möglichen Ansatz vor, der auf der Kontrolle und dem Einschluss eines Elektronenstrahls durch Mikrowellenfelder beruht. Mit diesem Strahlteiler ist es gelungen, einen langsamen Elektronenstrahl mit kinetischer Energie von ungefähr 1 eV in zwei Strahlen zu spalten. Wir diskutieren in einem vereinfachten quantenmechanischen Modell, welche Eigenschaften ein solcher Strahlteiler aufweisen muss, um Elektronenwellen ohne Störung zu teilen und wechselwirkungsfreie Messungen zu ermöglichen. Außerdem beschäftigen wir uns mit der Anwendung von interaktionsfreien Messungen in der Bildgebung, insbesondere mit der Frage, inwiefern sie die Messung und Unterscheidung von Graustufen erlauben. Es stellt sich heraus, dass die Messung von Graustufen im typischen Interferenzaufbau einer wechselwirkungsfreien Messung zwar möglich ist, aber der dabei entstehende Schaden am Messobjekt nur in speziellen Fällen geringer ist als in einer herkömmlichen Transmissionsmessung. Wir untersuchen auch den Einfluss von Phasenverschiebungen. Bei Messobjekten, die Graustufen aufweisen und Phasenverschiebungen verursachen, können wechselwirkungsfreie Messungen für Objekte mit hoher Transparenz weniger Schaden verursachen als konventionelle Transmissionsmessungen und Messungen mit einem Mach-Zehnder-Interferometer.ududEin weiteres Thema dieser Arbeit ist die optische Feldverstärkung an Nanospitzen. Wir untersuchen in numerischen Simulationen über einen großen Parameterbereich, wie die Höhe der Feldverstärkung von der Geometrie und dem Material der Spitze abhängt. Dabei stellen wir fest, dass neben dem Krümmungsradius der Spitze auch der Öffnungswinkel einen überraschend großen Einfluss auf die Feldverstärkung hat, welchen wir durch ein vereinfachtes Modell qualitativ erklären können. Anwendung findet die optische Feldverstärkung in der Photoemission von Elektronen aus scharfen Metallspitzen. Hierzu zeigen wir Experimente in verschiedenen Regimes der Photoemission: einerseits Multiphotonenemission mit einem Erbium-Faserlaser und andererseits Photoemission im Starkfeldregime mit einem Titan-Saphir-Oszillator. Letztere Messungen erlauben es, mit Hilfe einer neuen, auf Elektronen-Rückstreuung beruhenden Methode die optische Feldverstärkung in unmittelbarer Nähe der Spitzenoberfläche zu ermitteln. Die so erhaltenen Ergebnisse stimmen gut mit den Simulationen überein.
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机译：所谓的无相互作用的测量是量子力学中已知的干扰现象，借助该现象可以检测到物体的存在而不会以任何方式干扰该物体。这项工作的第一部分涉及与电子的无相互作用测量。集成到显微镜中后，该技术可以显着减少电子显微镜中发生的辐射损伤。讨论了实现与电子的无相互作用测量的各种方法以及由此产生的困难。这里的主要主题是所需的电子束分离器。我们提出了一种基于微波场对电子束的控制和限制的可行方法。使用该分束器，可以将动能约为1 eV的慢电子束分成两束。在简化的量子力学模型中，我们讨论了这种分束器必须具有哪些特性，以便在没有干扰的情况下分裂电子波并实现无相互作用的测量。我们还关注无交互测量在成像中的使用，特别是关于它们在多大程度上允许测量和区分灰度的问题。事实证明，在无交互测量的典型干扰设置中可以进行灰度测量，但是在特殊情况下，与常规透射测量相比，对测量对象的损坏较小。我们还研究了相移的影响。如果要测量具有灰度级并引起相移的对象，则与传统的透射测量和使用Mach-Zehnder干涉仪进行的测量相比，对具有高透明度的对象进行无交互的测量所造成的损害较小。 Ud ud这项工作的另一个主题是在纳米尖端进行光场放大。我们在较大参数范围内的数值模拟中研究了场增强件的高度如何取决于尖端的几何形状和材料。我们发现，除了尖端的曲率半径之外，张开角度还对场增益产生令人惊讶的巨大影响，我们可以使用简化模型进行定性解释。光场放大用于从尖锐的金属尖端进行电子的光发射。为此，我们展示了各种光发射方式的实验：一方面，用with光纤激光器进行多光子发射，另一方面，在强场状态下使用钛-蓝宝石振荡器进行光发射。后面的测量可以使用基于电子反向散射的新方法来确定尖端表面附近的光场放大。这样获得的结果与模拟结果非常吻合。
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