Ein vorhandener Versuchsaufbau zur Erzeugung von fs-Laserpulsen wurde mit
einer computergesteuerten Delaystrecke und einer Anordnung für magnetooptische Kerr-Messung in longitudinaler Geometrie ausgerüstet, um zeitaufgelöste Pump-Probe Versuche an magnetischen Halbleitern innerhalb eines Kryostaten durchführen zu können.
Der Aufbau bietet die Möglichkeit, etwa 130fs kurze Pulse mit der fundamentalen, durchstimmbaren Wellenlänge eines modengekoppelten Titan-Saphir Lasers entweder mit sich selbst oder aber mit frequenzverdoppelten bzw -verdreifachten Pulsen räumlich auf der Probe mit einer einstellbaren zeitlichen Verzögerung zu überlagern, um magnetooptische Messungen zeitaufgelöst durchführen zu können. Hauptbestandteil der Diplomarbeit war es, die für die Pump-Probe Messungen nötige Delaystrecke aufzubauen und durch ein selbst geschriebenes Computer-Programm zu steuern. Weiterhin wurden verschiedene optische Tische und Vorrichtungen konzipiert und zum Teil selber realisiert. In der Arbeitsgruppe existierte keine Expertise bezüglich des Pump-Probe Aufbaus.
Um die Funktion und Qualität des experimentellen Aufbaus beurteilen zu können, wurden Messungen bezüglich des räumlichen und zeitlichen Überlapps der Laserpulse durchgeführt. Am Pinhole wurde überprüft, ob Pump- und Probe-Pulse konstant auf einen Punkt zusammenfallen - unabhängig von der Position der Delaystrecke. Die zeitliche Überlagerung zweier Pulse wurde am BBO-Kristall untersucht. Im Falle von gleichfarbigen Pulsen wurde dazu die Erzeugung der zweiten Harmonischen als Autokorrelatorfunktion zweiter Ordnung ausgenutzt. Im Falle von zweifarbigen Pump- und Probe-Pulsen kann der BBO-Kristall über die photoneninduzierte Transmittivitätsänderung den zeitlichen Überlapp der beiden Pulse anzeigen.
Darüber hinaus wurden Pump-Probe Messungen an einer GaAs-Probe durchgeführt.
Es stand die Untersuchung von dynamischen Spin-Prozessen mittels lichtinduziertem magnetooptischem Kerr-Effekt im Vordergrund. Dazu wurde der Aufbau im einfarbigen Modus mit Photonenenergien um 1, 5 eV entsprechend der Bandlücke des Halbleiters betrieben.
Inhaltsverzeichnis
- Motivation und Ziele
- Theorie zum Licht
- Polarisation
- Reflexion und Transmission
- Spiegel
- Fokussierung
- Doppelbrechung
- X/4- und X/2-Platten
- Polarisatoren
- Nichtlineare optische Effekte
- Optisch induzierter magnetooptischer Kerr-Effekt
- Theorie zum Laser
- Grundprinzip
- Gepulste Laser
- Autokorrelation
- MOKE-magnetooptischer Kerr-Effekt
- Geometrien für MOKE-Messungen
- Detektion des Kerr-Signals
- Theorie zum EuS
- Vorhandener Aufbau und nötige Modifikationen
- Die Delaystrecke
- Aufbau
- Computergestützte Steuerung
- Messungen
- Leistungsspektrum
- Signalstabilität des Pumplaser Ti:Sa Systems
- Spurtreue der Delaystrecke
- SHG und induzierte Transmissionsänderung am BBO-Kristall
- Einfarbige GaAs-Pump-Probe Messungen
- Hysteresekurve von EuS
- Zusammenfassung und Ausblick
- Danksagung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit fokussiert auf den Aufbau und die Charakterisierung einer computergesteuerten Delaystrecke für die Durchführung von zeitaufgelösten Pump-Probe Experimenten mit Femtosekundenlaserpulsen. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung magnetooptischer Effekte in magnetischen Halbleitern.
- Aufbau einer Delaystrecke für Femtosekundenlaserpulse
- Magnetooptische Pump-Probe Messungen an magnetischen Halbleitern
- Untersuchung der Signalstabilität und Spurtreue des Laserpulses
- Zeitaufgelöste Charakterisierung von dynamischen Spin-Prozessen
- Überprüfung der Theorie zum Magnetismus von Europiumchalkogeniden
Zusammenfassung der Kapitel
- Motivation und Ziele: Der Aufbau einer Delaystrecke für Femtosekundenlaserpulse zur Durchführung von Pump-Probe Messungen an magnetischen Halbleitern wird erläutert. Die Ziele umfassen die Untersuchung von dynamischen Spin-Prozessen mittels lichtinduziertem magnetooptischem Kerr-Effekt sowie die Überprüfung der Theorie zum Magnetismus von Europiumchalkogeniden.
- Theorie zum Licht: Dieses Kapitel behandelt die grundlegenden Prinzipien der Polarisation, Reflexion, Transmission und nichtlinearer optischer Effekte im Zusammenhang mit dem Licht. Besondere Aufmerksamkeit wird dem magnetooptischen Kerr-Effekt geschenkt.
- Theorie zum Laser: Das Grundprinzip von Lasern, insbesondere gepulsten Lasern, wird erläutert. Die Autokorrelationsmethode zur Bestimmung der Pulslänge wird vorgestellt.
- MOKE-magnetooptischer Kerr-Effekt: Verschiedene Geometrien für magnetooptische Kerr-Messungen werden vorgestellt und die Detektion des Kerr-Signals wird erläutert.
- Theorie zum EuS: Das Europiumsulfid (EuS) als Beispiel für einen magnetischen Halbleiter wird hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften und relevanten elektronischen Übergänge vorgestellt.
- Vorhandener Aufbau und nötige Modifikationen: Der bestehende Versuchsaufbau für die Erzeugung von Femtosekundenlaserpulsen wird beschrieben und die notwendigen Modifikationen für die Integration der Delaystrecke und die magnetooptischen Messungen werden aufgezeigt.
- Die Delaystrecke: Der Aufbau und die computergestützte Steuerung der Delaystrecke werden detailliert beschrieben.
- Messungen: Es werden Messungen zum Leistungsspektrum des Laserpulses, zur Signalstabilität des Ti:Sa Lasersystems, zur Spurtreue der Delaystrecke sowie zu SHG und induzierter Transmissionsänderung am BBO-Kristall vorgestellt.
Schlüsselwörter
Die Diplomarbeit behandelt die Themenbereiche Femtosekundenlaserpulse, Delaystrecke, magnetooptischer Kerr-Effekt, Pump-Probe Messungen, magnetische Halbleiter, Europiumsulfid (EuS), dynamische Spin-Prozesse, lichtinduzierte Transmissionsänderung, zeitaufgelöste Spektroskopie.
- Arbeit zitieren
- Timo Damm (Autor:in), 2004, Aufbau einer Delaystrecke für Femtosekundenlaserpulse und erste Pump-Probe-Messungen., München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/36087
