dc.contributor.advisor | Ropers, Claus Prof. Dr. | |
dc.contributor.author | Priebe, Katharina Elisabeth | |
dc.date.accessioned | 2018-01-04T10:02:27Z | |
dc.date.available | 2018-01-04T10:02:27Z | |
dc.date.issued | 2018-01-04 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002E-E30D-2 | |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-6659 | |
dc.language.iso | eng | de |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
dc.subject.ddc | 530 | de |
dc.title | Coherent Control and Reconstruction of Free-Electron Quantum States in Ultrafast Electron Microscopy | de |
dc.type | cumulativeThesis | de |
dc.contributor.referee | Mathias, Stefan Prof. Dr. | |
dc.date.examination | 2017-12-19 | |
dc.subject.gok | Physik (PPN621336750) | de |
dc.description.abstractger | Die vorliegenden (kumulative) Arbeit untersucht die quantenkohärente Wechselwirkung
ultrakurzer Freie-Elektronenpulse mit maßgeschneiderten optischen Nahfeldern. Mehrere
Felder werden zur Erzeugung, kohärenten Manipulation und Charakterisierung der longitudinalen
Komponente der Superposition von Impulszuständen freier Elektronen genutzt.
Die Energieverteilung freier Elektronen weist nach dem Durchqueren eines intensiven
optischen Nahfeldes Seitenbänder im Abstand der Photonenenergie zueinander auf. Dies
kann auf eine Phasenmodulation der longitudinalen Elektronenwellenfunktion zurückgeführt
werden. Um diese Elektronenquantenzustände zu charakterisieren, wird ein Algorithmus
namens "SQUIRRELS" (Englisch für "Spektrale Quanteninterferenz für die regularisierte Rekonstruktion freier Elektronenzustände") entwickelt, der es erlaubt, die
Dichtematrix freier Elektronen aus experimentellen Spektrogrammen zu rekonstruieren.
Eine erste Anwendung der Quantenzustandsrekontruktion mittels SQUIRRELS zeigt
experimentell die zeitliche Strukturierung der Elektronendichte innerhalb eines Lichtzyklus.
Propagation im freien Raum führt zu einer zeitlichen Umverteilung der Elektronendichte,
sodass einige Millimeter hinter der Wechselwirkungsebene ein Zug von Attosekunden-
Elektronenpulsen entsteht. Inelastische Streuung von Elektronen an Licht könnte
somit Anwendung als programmierbare zeitliche Phasenplatte für freie Elektronen
finden, die zeitaufgelöste Elektronenmikroskopie mit Attosekunden-Präzision ermöglicht.
Neben der räumlichen und zeitlichen Formung von Elektronen stellen phasengekoppelte
Wechselwirkungen mit mehreren Nahfeldern einen wichtigen Baustein für zukünftige
quantenoptische Experimente mit freien Elektronen dar. | de |
dc.description.abstracteng | The present (cumulative) thesis examines the quantum coherent interaction of ultrashort
free-electron pulses with tailored optical near-fields. Multiple fields are utilised to prepare,
coherently manipulate and characterise the longitudinal component of free-electron
momentum superposition states.
After traversal of an intense optical near-field, the free-electron kinetic energy spectrum
exhibits sidebands that are separated by the photon energy, which can be attributed
to a phase modulation of the longitudinal electron wavefunction. To characterise these
electron quantum states, an algorithm termed "SQUIRRELS" (Spectral QUantum Interference
for the Regularised Reconstruction of free-ELectron States) is developed that is
capable of reconstructing free-electron density matrices from experimental spectrograms.
As a first application, quantum state reconstruction by SQUIRRELS is used to experimentally
demonstrate sub-cycle temporal structuring of the electron density. Free-space
propagation of the phase-modulated electron wavefunction dispersively reshapes the electron
density, leading to the formation of a train of attosecond electron density spikes at
few-millimetre distance behind the interaction plane. Inelastic electron-light scattering
may thus find application as a programmable, temporal phase plate for free electrons enabling
time-resolved electron microscopy with attosecond precision.
Besides spatio-temporal shaping of electrons, phase-locked interactions with multiple
near-fields constitute an essential building block for future quantum optics experiments
with free electrons. | de |
dc.contributor.coReferee | Baumert, Thomas Prof. Dr. | |
dc.subject.eng | quantum state reconstruction | de |
dc.subject.eng | ultrafast transmission electron microscope | de |
dc.subject.eng | free electron quantum state | de |
dc.subject.eng | coherent control | de |
dc.subject.eng | optical phase modulation | de |
dc.subject.eng | quantum optics | de |
dc.subject.eng | optical near-field | de |
dc.subject.eng | attosecond electron pulse train | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-002E-E30D-2-5 | |
dc.affiliation.institute | Fakultät für Physik | de |
dc.identifier.ppn | 1010279556 | |