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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-92620
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2018/9262/


Time-resolved Ultrafast Photoreaction Dynamics of Small Molecules in the Vacuum Ultraviolet Spectral Range

Zeitaufgelöste ultraschnelle Photoreaktionsdynamik von kleinen Molekülen im vakuum-ultravioletten Spektralbereich

Baumann, Arne

pdf-Format:
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SWD-Schlagwörter: Molekülphysik , Spektroskopie , Laser , Methyliodid , Wasser
Freie Schlagwörter (Deutsch): Anregung-Abfrage
Freie Schlagwörter (Englisch): Pump-Probe
Basisklassifikation: 33.18 , 33.38
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Drescher, Markus (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.08.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 14.08.2018
Kurzfassung auf Englisch: Photoreaction dynamics of small molecules have been studied with a single-shot pump-probe approach utilizing different combinations of few-femtosecond (vacuum) ultraviolet (VUV) pulses under perturbative conditions.
The single-shot scheme is based onwave-front splitting of intense Ti:Sa harmonic pulses centered at 161 nm and 268 nm in a colliding pulse geometry, mapping the temporal delay onto a spatial coordinate. This dramatically decreases acquisition time compared to traditional delay-scanning approaches, increasing the statistical precision of the measurement and allows to discern sub-10-fs dynamics by combining robust in-situ single-shot pulse metrology and pump-probe measurements.
Temporal characterization of the (V)UV pulses was performed by multiphoton ionization of Kr and Xe under perturbative, as well as strong field conditions. Superposition of a strong UV and a weak IR field allowed delay- and intensity-dependent imaging of multiple transient ionization pathways in the resonant ionization of Kr and reconstruction of the temporal profile of the UV pulse under strong-field conditions.
The VUV-induced dynamics of H2O and its deuterated isotopologues in the first excited state (A 1B1) was studied utilizing a VUV-pump VUV-probe scheme combined with ab-initio classical trajectory calculations. By combining a weak-field approach with precise determination of the instrument response function, dynamics in the 1+1 photon ionization window as fast as (6.7 ± 1.8) fs were disclosed, without perturbing the system under study in contrast to multiphoton IR-probe schemes.
The all-reflective wave-front splitting design is applicable from the visible to the extreme ultraviolet spectral range and the spectrum of pump- and probe-pulse can be selected individually. The dissociation dynamics of iodomethane after Rydberg excitation at 161 nm and valence excitation at 268 nm was studied in a UV-pump VUV-probe experiment. Sub-30 fs wave packet dynamics upon excitation in the A-band by a UV pump pulse were disclosed, while following the population transfer from the 6p (2 E 3/2) Rydberg
state to the 2 1A1 valence state leading to 100-fs dissociation dynamics after VUV excitation at the same time.
Kurzfassung auf Deutsch: Die Photoreaktiondynamik von kleinen Molekülen wurde in einem Einzelschuss-Anregungs-Abfrage-Experiment untersucht. Dazu wurden verschiedene Kombinationen von (vakuum-)ultravioletten (VUV)-Pulsen mit einer Pulsdauer von wenigen Femtosekunden unter pertubativen Bedingungen eingesetzt.
Der Einzelschussansatz basiert auf der Wellenfrontteilung von intensiven Ti:Sa-Harmonischenpulsen mit einer Zentralwellenlänge von 161 nm und 268 nm in einer anti-parallelen Geometrie, wodurch die zeitliche Verzögerung auf eine räumliche Koordinate abgebildet wird. Im Vergleich zu traditionellen Aufbauten, in denen die Verzögerung schrittweise variiert werden muss, wird die Messzeit drastisch reduziert und die statistische Signifikanz der Messung erhöht. Somit können sub-10-Femtosekundendynamiken durch die Kombination von robuster In-situ-Einzelschuss-Pulsmetrologie und Anregungs-Abfrage-Spektroskopie aufgedeckt werden.
Die (V)UV-Pulse wurden durch Multiphotonenionisation von Kr und Xe sowohl unter perturbativen, als auch unter Stark-Feld-Bedingungen zeitlich charakterisiert. Die Überlagerung von starkem UV-Feld mit einem schwachen IR-Feld ermöglicht die verzögerungs- und intensitätsabhängige Abbildung einer Vielzahl von transienten Ionisationspfaden in der resonanten Ionisation von Kr, aus der das zeitliche Profil der UV-Pulse unter Stark-Feld-Bedingungen rekonstruiert wurde.
Die VUV-induzierte Dynamik von H2O und seinen deuterierten Isotopologen im ersten angeregten Zustand (A 1B1) wurde in einem VUV-Anregungs-VUV-Abfrage-Experiment untersucht.
Die Experimente wurden durch ab-initio klassische Trajektoriekalkulationen unterstützt. Durch die Kombination des pertubativen Ansatzes mit präziser Bestimmung der Instrumentenfunktion, wurden Dynamiken im 1+1-Photonen-Ionisationsfenster mit einer Dauer von bis zu (6,7 ± 1,8) fs aufgedeckt ohne das System in Kontrast zu Multiphotonen-Infrarot-Ansätzen stark zu stören.
Das vollreflektive Wellenfrontteilungsdesign ist vom sichtbaren bis in den extremultravioletten Spektralbereich einsetzbar und das Spektrum des Anregungs- und Abfragepulses kann unabhängig selektiert werden. Die Dissoziationsdynamik von Iodmethan nach Rydberganregung bei 161 nm und Valenzanregung bei 268 nm wurde in einem UV-Anregungs-VUV-Abfrage-Experiment untersucht.
Wellenpaketdynamiken unter 30 Femtosekunden nach der Anregung in das A-Band durch einen UV-Puls wurden aufgeklärt, während zeitgleich der Populationstranfer aus dem 6p (2 E 3/2) Rydbergzustand zum 2 1A1 Valenzzustand, der nach VUV-Anregung zu einer 100-fs Dissoziationsdynamik führt, beobachtet wurde.

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