Kurzfassung
In dieser Arbeit wird der Aufbau einer neuartigen Laser-basierten Terahertz-Feld-getriebenen Streak-Kamera vorgestellt. Sie ermöglicht die zeitliche Charakterisierung von Femtosekunden (fs) extrem-ultravioletten (XUV)-Pulsen durch eine Kreuzkorrelation mit Laser-basierten Terahertz-Pulsen. Die XUV-Pulse werden in einer Quelle von Höheren Harmonischen (HHG) erzeugt, die auf der Fokussierung eines intensiven nah-infraroten (NIR) Femtosekunden-Laserpulses in ein gasförmiges Medium beruht. Der Aufbau und die Charakterisierung einer Quelle für hoch-intensive Terahertz (THz)-Strahlung, die für die Streak-Kamera benötigt wird, ist ebenfalls Teil dieser Dissertation. Die Quelle beruht auf der optischen Gleichrichtung desselben nah-infraroten Laserpulses in einem Lithiumniobat-Kristall. Dabei wird die Pulsfront des Laserstrahls mit einem Brechungsgitter gekippt, um eine Geschwindigkeitsanpassung zwischen dem NIR- und dem THz-Strahl zu erreichen. Für die zeitliche Vermessung des XUV-Pulses werden sowohl HHG- als auch THz-Strahl in ein Gas fokussiert. Die harmonische Strahlung erzeugt Photoelektronen-Wellenpakete, die in der Folge durch das THz-Feld beschleunigt werden in Abhängigkeit von dessen Phase. Dieses Prinzip ist von der konventionellen Streak-Kamera übernommen und wird für die Vermessung von Attosekunden-Pulsen benutzt. Es handelt sich dabei um eine Weiterentwicklung einer Terahertz-Feld-getriebenen Streak-Kamera, die am Freien-Elektronen-Laser in Hamburg (FLASH) erstmals aufgebaut wurde. Die Vorteile der Laser-basierten Streak-Kamera liegen in ihrer Kompaktheit, der Kosteneffizienz und den verbesserten Zugangsmöglichkeiten, während die gleiche gute Qualität der Messungen wie am FLASH erhalten bleibt. Zudem ermöglicht ihre Flexibilität die systematische Untersuchung von gestreakten Auger-Spektren, die in dieser Arbeit gezeigt wird. Mit der Zeitauflösung der Terahertz-Feld-getriebenen Streak-Kamera im Femtosekunden-Bereich wird die Lücke zwischen konventionellen und Attosekunden-Streak-Kameras geschlossen.
In this work, a novel laser-based terahertz-field-driven streak camera is presented. It allows for a pulse length characterization of femtosecond (fs) extreme ultraviolet (XUV) pulses by a cross-correlation with terahertz (THz) pulses generated with a Ti:sapphire laser. The XUV pulses are emitted by a source of high-order harmonic generation (HHG) in which an intense near-infrared (NIR) fs laser pulse is focused into a gaseous medium. The design and characterization of a high-intensity THz source needed for the streak camera is also part of this thesis. The source is based on optical rectification of the same NIR laser pulse in a lithium niobate crystal. For this purpose, the pulse front of the NIR beam is tilted via a diffraction grating to achieve velocity matching between NIR and THz beams within the crystal. For the temporal characterization of the XUV pulses, both HHG and THz beams are focused onto a gas target. The harmonic radiation creates photoelectron wavepackets which are then accelerated by the THz field depending on its phase at the time of ionization. This principle is adopted from a conventional streak camera and now widely used in attosecond metrology. The streak camera presented here is an advancement of a terahertz-field-driven streak camera implemented at the Free Electron Laser in Hamburg (FLASH). The advantages of the laser-based streak camera lie in its compactness, cost efficiency and accessibility, while providing the same good quality of measurements as obtained at FLASH. In addition, its flexibility allows for a systematic investigation of streaked Auger spectra which is presented in this thesis. With its fs time resolution, the terahertz-field-driven streak camera thereby bridges the gap between attosecond and conventional streak cameras.