Kurzfassung
Der Freie-Elektronen-Laser in Hamburg (FLASH) ist eine Quelle für hochintensive ultrakurze extrem-ultraviolette (XUV)-Lichtpulse mit Pulslängen von einigen Femtosekunden. Die stochastische Natur der zur Erzeugung der Strahlung benutzten Methode der selbstverstärkten spontanen Emission (SASE) führt zu Schuss zu Schuss Fluktuationen der Länge und Zeitstruktur der XUV-Pulse. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine THz-Feld getriebene Streak-Kamera zur Einzelschussmessung der Zeitstruktur der XUV-Pulse entwickelt. In diesem ersten XUV-THz Pump-Probe- Experiment bei FLASH werden die XUV-Pulse in einem Edelgas mit synchronisierten THz-Pulsen aus einem neuen THz-Undulator überlagert. Das elektrische Feld des THz-Lichts wird benutzt, um von den XUV-Pulsen erzeugte Photoelektronen zu beschleunigen, wobei die daraus resultierende Energieänderung von der Phase des elektrischen Feldes zum Ionisationszeitpunkt abhängt. Diese Messmethode stammt aus der Attosekunden-Metrologie, in der nah-infrarot-Licht zur zeitlichen Charakterisierung von Attosekunden-XUV Pulsen verwendet wird. Durch die Wahl einer etwa 100-fach längeren fern-infraroten Wellenlänge des Lichtfeldes wird die Methode hier auf Zeitmessungen im Femtosekundenbereich übertragen. Dadurch wird die Lücke zwischen Messmethoden im Attosekundenbereich und konventionellen Streak-Kameras mit typischen Auflösungen von einigen hundert Femtosekunden geschlossen. Mit der THz-Streak-Kamera konnte zum einen das THz-Lichtfeld detailliert abgetastet, zum anderen die Pulslängen und z. T. auch die detaillierte Zeitstruktur einzelner XUV-Pulse charakterisiert werden.
The Free Electron Laser in Hamburg (FLASH) is a source for highly intense ultra short extreme ultraviolet (XUV) light pulses with pulse durations of a few femtoseconds. Due to the stochastic nature of the light generation scheme based on self amplified spontaneous emission (SASE), the duration and temporal profile of the XUV pulses fluctuate from shot to shot. In this thesis, a THz-field driven streak-camera capable of single pulse measurements of the XUV pulse-profile has been realized. In a first XUV-THz pump-probe experiment at FLASH, the XUV-pulses are overlapped in a gas target with synchronized THz-pulses generated by a new THz-undulator. The electromagnetic field of the THz light accelerates photoelectrons produced by the XUV-pulses with the resulting change of the photoelectron momenta depending on the phase of the THz field at the time of ionisation. This technique is intensively used in attosecond metrology where near infrared streaking fields are employed for the temporal characterisation of attosecond XUV-Pulses. Here, it is adapted for the analysis of pulse durations in the few femtosecond range by choosing a hundred times longer far infrared streaking wavelengths. Thus, the gap between conventional streak cameras with typical resolutions of hundreds of femtoseconds and techniques with attosecond resolution is filled. Using the THz-streak camera, the time dependent electric field of the THz-pulses was sampled in great detail while on the other hand the duration and even details of the time structure of the XUV-pulses were characterized.