Empfindliche Detektion Höherer Harmonischer durch Quantenlicht – Einzelschussaufgelöste Messung mit sCMOS-Kamera
Abb.1a: Experimenteller Aufbau für HHG, angetrieben durch BSV
Abb. 1b: Spektren der hohen Harmonischen, aufgenommen mit der sCMOS-Kamera, synchron zur Pump-Photonenzahl.
Die Erzeugung Höherer Harmonischer (Higher Harmonic Generation, HHG) ist ein zentrales Phänomen der starken Licht-Materie-Wechselwirkung und Grundlage der Attosekundenphysik [1]. Traditionell wurden diese mit klassischem Licht erzeugt. Jüngste Forschungen von Andrei Rasputnyi und Maria Chekhova (FAU Erlangen-Nürnberg & MPI für die Physik des Lichts) setzen jedoch auf einen nichtklassischen Quantenzustand mit besonderen statistischen Eigenschaften, das sogenannte Bright Squeezed Vacuum (BSV) [3,4]. Da das BSV starke Puls-zu-Puls-Fluktuationen aufweist, müssen die entstehenden Spektren bei jedem Laserschuss einzeln gemessen werden, um Informationen wie Varianz oder Kreuzkorrelationen zu extrahieren. Dies stellt hohe Anforderungen an den Detektor: Empfindlichkeit für ultraviolettes Licht, geringes Rauschen, großer Dynamikbereich und hohe Bildrate. Für ihr Experiment nutzten Rasputnyi und Chekhova 25fs kurzeBSV-Pulse bei 1600 nm, die sie auf einen Lithiumniobat-Kristall richteten (Abb. 1a). Ein selbst gebautes Spektrometer aus einem Magnesiumfluorid-Prisma und einer Andor Marana sCMOS-Kamera zeichnete 120.000 Spektren bei 1 kHz Bildrate auf. Die Kamera arbeitete dabei synchron mit einer IR-Diode zur Erfassung der BSV-Pumpstatistik. Durch gezielte Auswahl der Bildregion (2048×40 px) und vertikales Binning konnte die notwendige Geschwindigkeit erreicht werden. Registriert wurden die 4. bis 7. Harmonischen (400 nm bis 228 nm). Die spektrale Analyse zeigte eine Blauverschiebung mit steigender Photonenzahl des BSV, ein Hinweis auf plasmainduzierte Effekte in der Probe (Abb. 1b). Mit diesem Versuchsaufbau gelang es den Autoren, die statistische Struktur der HHG mit Quantenlicht erstmals detailliert sichtbar zu machen – ein bedeutender Schritt für die Quantenoptik und ultrakurze Lichtpulse.
Quellen:
[1] Krausz & Ivanov, Rev. Mod. Phys. 81, 163–234 (2009)
[2] Popmintchev et al., Science 336, 1287–1291 (2012)
[3] Gorlach et al., Nature Physics 19, 1689–1696 (2023)
[4] Rasputnyi et al., Nature Physics 20, 1960–1965 (2024)
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