Entwicklung koh��renter Lichtquellen im XUV-Regime

Plasmabasierte R��ntgenlaser sind aufgrund ihrer kurzen Wellenl��nge und schma-rnlen spektralen Bandbreite attraktive Diagnose-Instrumente in einer Vielzahl potentieller Anwendungen, beispielsweise in den Bereichen Spektroskopie, Mikroskopie und EUV-Lithogra���e. Dennoch sind R��ntgenlaser zum heutigen Stand noch nicht sehr weit verbreitet, was vorwiegend auf eine zu geringe Pulsenergie und f��r manche Anwendungen nicht hinreichende Strahlqualit��t zur��ckzuf��hren ist. In diesem Zusammenhang wurden in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erzielt. Die gleichzeitige Weiterentwicklung von Pumplasersystemen und Pumpmechanismen erm��glichte es, kompakte R��ntgenlaserquellen mit bis zu 100 Hz zu betreiben. Um gleichzeitig h��here Pulsenergien, h��here Strahlqualit��t und volle r��umliche Koh��renz zu erhalten, wurden intensive Studien theoretischer und experimenteller Natur durchgef��hrt. In diesem Kontext wurde in der vorliegenden Arbeit ein experimenteller Aufbau zur Kombination von zwei R��ntgenlaser-Targets entwickelt, die sogenannte Butter���y-Kon���guration. Der erste R��ntgenlaser wird dabei als sogenannter Seed f��r das zweite, als Verst��rker dienende R��ntgenlasermedium verwendet (injection-seeding). Aufrndiese Weise werden st��rende Effekte vermieden, welche beim Entstehungsprozessrndes R��ntgenlasers durch die Verst��rkung von spontaner Emission zustande kom-rnmen. Unter Verwendung des ebenfalls an der GSI entwickelten Double-Pulse Gra-rnzing Incidence Pumpschemas erm��glicht das hier vorgestellte Konzept, erstmaligrnbeide R��ntgenlasertargets ef���zient und inklusive Wanderwellenanregung zu pum-rnpen.rnBei einer ersten experimentellen Umsetzung gelang die Erzeugung verst��rkter Silber-R��ntgenlaserpulse von 1 ��J bei 13.9 nm Wellenl��nge. Anhand der gewonnenen Daten erfolgte neben dem Nachweis der Verst��rkung die Bestimmung der Lebensdauer der Besetzungsinversion zu 3 ps. In einem Nachfolgeexperiment wurden die Eigenschaften eines Molybd��n-R��ntgenlaserplasmas n��her untersucht. Neben dem bisher an der GSI angewandten Pumpschema kam in dieser Strahlzeit noch eine weitere Technik zum Einsatz, welche auf einem zus��tzlichen Pumppuls basierte. In beiden Schemata gelang neben dem Nachweis der Verst��rkung die zeitliche und r��umliche Charakterisierung des Verst��rkermediums. R��ntgenlaserpulse mit bis zu 240 nJ bei einer Wellenl��nge von 18.9 nm wurden nachgewiesen. Die erreichte Brillanz der verst��rkten Pulse lag ca. zwei Gr����enordnungen ��ber der des urspr��nglichen Seeds und mehr als eine Gr����enordnung ��ber der Brillanz eines R��ntgenlasers, dessen Erzeugung auf der Verwendung eines einzelnen Targets basierte. Das in dieser Arbeitrnentwickelte und experimentell veri���zierte Konzept birgt somit das Potential, extrem brillante plasmabasierte R��ntgenlaser mit vollst��ndiger r��umlicher und zeitlicher Koh��renz zu erzeugen.rnDie in dieser Arbeit diskutierten Ergebnisse sind ein wesentlicher Beitrag zu der Entwicklung eines R��ntgenlasers, der bei spektroskopischen Untersuchungen von hochgeladenen Schwerionen eingesetzt werden soll. Diese Experimente sind amrnExperimentierspeicherring der GSI und zuk��nftig auch am High-Energy StoragernRing der FAIR-Anlage vorgesehen.rn

Messung der Lebensdauer des 0 -Hyperons mit dem NA48-Detektor

Zu den Hauptcharakteristika von Teilchen gehoert - neben der Masse - die Lebensdauer. Die mittlere Lebensdauer des Xi0-Hyperons, die sich aus der mittleren Lebensdauer des Xi--Hyperons ueber die Delta I=1/2-Regel theoretisch voraussagen laesst, wurde bereits mehrfach experimentell bestimmt. Die neueste Messung aus dem Jahr 1977 besitzt jedoch eine relative Unsicherheit von 5%, was sich mit Daten neuerer Experimente deutlich verbessern laesst. Die mittlere Lebensdauer ist ein wichtiger Parameter bei der Bestimmung des Matrixelements Vus der Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix in semileptonischen Xi0-Zerfaellen. Im Jahre 2002 wurde mit dem NA48-Detektor eine Datennahme mit hoher Intensitaet durchgefuehrt, bei der unter anderem etwa 10^9 Xi0-Zerfallskandidaten aufgezeichnet wurden. Davon wurden im Rahmen dieser Arbeit 192000 Ereignisse des Typs "Xi0 nach Lambda pi0" rekonstruiert und 107000 Ereignisse zur Bestimmung der mittleren Lebensdauer durch Vergleich mit simulierten Ereignissen verwendet. Zur Vermeidung von systematischen Fehlern wurde die Lebensdauer in zehn Energieintervallen durch Vergleich von gemessenen und simulierten Daten ermittelt. Das Ergebnis ist wesentlich genauer als bisherige Messungen und weicht vom Literaturwert (tau=(2,90+-0,09)*10^(-10)s) um (+4,99+-0,50(stat)+-0,58(syst))% ab, was 1,7 Standardabweichungen entspricht. Die Lebensdauer ergibt sich zu tau=(3,045+-0,015(stat)+-0,017(syst))*10^(-10)s. Auf die gleiche Weise konnte mit den zur Verfuegung stehenden Daten erstmals die Lebensdauer des Anti-Xi0-Hyperons gemessen werden. Das Ergebnis dieser Messung ist tau=(3,042+-0,045(stat)+-0,017(syst))*10^(-10)s.

A new double laser pulse pumping scheme for transient collisionally excited plasma soft X-ray lasers

Within this thesis a new double laser pulse pumping scheme for plasma-based, transient collisionally excited soft x-ray lasers (SXRL) was developed, characterized and utilized for applications. SXRL operations from ~50 up to ~200 electron volt were demonstrated applying this concept. As a central technical tool, a special Mach-Zehnder interferometer in the chirped pulse amplification (CPA) laser front-end was developed for the generation of fully controllable double-pulses to optimally pump SXRLs.rnThis Mach-Zehnder device is fully controllable and enables the creation of two CPA pulses of different pulse duration and variable energy balance with an adjustable time delay. Besides the SXRL pumping, the double-pulse configuration was applied to determine the B-integral in the CPA laser system by amplifying short pulse replica in the system, followed by an analysis in the time domain. The measurement of B-integral values in the 0.1 to 1.5 radian range, only limited by the reachable laser parameters, proved to be a promising tool to characterize nonlinear effects in the CPA laser systems.rnContributing to the issue of SXRL pumping, the double-pulse was configured to optimally produce the gain medium of the SXRL amplification. The focusing geometry of the two collinear pulses under the same grazing incidence angle on the target, significantly improved the generation of the active plasma medium. On one hand the effect was induced by the intrinsically guaranteed exact overlap of the two pulses on the target, and on the other hand by the grazing incidence pre-pulse plasma generation, which allows for a SXRL operation at higher electron densities, enabling higher gain in longer wavelength SXRLs and higher efficiency at shorter wavelength SXRLs. The observation of gain enhancement was confirmed by plasma hydrodynamic simulations.rnThe first introduction of double short-pulse single-beam grazing incidence pumping for SXRL pumping below 20 nanometer at the laser facility PHELIX in Darmstadt (Germany), resulted in a reliable operation of a nickel-like palladium SXRL at 14.7 nanometer with a pump energy threshold strongly reduced to less than 500 millijoule. With the adaptation of the concept, namely double-pulse single-beam grazing incidence pumping (DGRIP) and the transfer of this technology to the laser facility LASERIX in Palaiseau (France), improved efficiency and stability of table-top high-repetition soft x-ray lasers in the wavelength region below 20 nanometer was demonstrated. With a total pump laser energy below 1 joule the target, 2 mircojoule of nickel-like molybdenum soft x-ray laser emission at 18.9 nanometer was obtained at 10 hertz repetition rate, proving the attractiveness for high average power operation. An easy and rapid alignment procedure fulfilled the requirements for a sophisticated installation, and the highly stable output satisfied the need for a reliable strong SXRL source. The qualities of the DGRIP scheme were confirmed in an irradiation operation on user samples with over 50.000 shots corresponding to a deposited energy of ~ 50 millijoule.rnThe generation of double-pulses with high energies up to ~120 joule enabled the transfer to shorter wavelength SXRL operation at the laser facility PHELIX. The application of DGRIP proved to be a simple and efficient method for the generation of soft x-ray lasers below 10 nanometer. Nickel-like samarium soft x-ray lasing at 7.3 nanometer was achieved at a low total pump energy threshold of 36 joule, which confirmed the suitability of the applied pumping scheme. A reliable and stable SXRL operation was demonstrated, due to the single-beam pumping geometry despite the large optical apertures. The soft x-ray lasing of nickel-like samarium was an important milestone for the feasibility of applying the pumping scheme also for higher pumping pulse energies, which are necessary to obtain soft x-ray laser wavelengths in the water window. The reduction of the total pump energy below 40 joule for 7.3 nanometer short wavelength lasing now fulfilled the requirement for the installation at the high-repetition rate operation laser facility LASERIX.rn