Fundamentals of Attosecond Optics

XUV pulses properties, \ee Extreme ultraviolet (XUV) pulses properties......Page 
Preface xxv 22......Page 0022
--- power, peak power, and pulse duration, 1-2......Page 0025
--- pulse energy, 2......Page 0026
--- average power and repetition rate, 3......Page 0027
--- peak intensity and beam sue, 4-5......Page 0028
--- Gaussian beams and pulse*, 5......Page 0029
--- nonlinear optics and strong field physics, 6-7......Page 0030
--- high-speed imaging, 7-11......Page 0031
--- framing camera, 8-9......Page 0032
--- streak camera, 9-10......Page 0033
Pump-probc technique, 10-11......Page 0034
ultrafast process, 11......Page 0035
--- Gaussian, 12......Page 0036
--- mathematical description, 13-17......Page 0037
--- temporal phase and chirp, 14-15......Page 0038
--- mathematical description frequency domain, 15-16......Page 0039
--- power spectrum, 16......Page 0040
--- linear dtspeisive media, 17-26......Page 0041
--- thin film, 19-20......Page 0043
--- spectral phase, 20-21......Page 0044
--- spectral phase, 21......Page 0045
group delay dispersion, 22......Page 0046
Group velocity dispersion (GVD) atomic density, 23......Page 0047
--- delay per micrometer, 26......Page 0050
--- pcruirhativc harmonic generation, 27-29......Page 0051
--- high «tide» harmonic generation pulse liaun, 29-31......Page 0053
--- three-step model, 31-32......Page 0055
--- singe isolated, 32-33......Page 0056
--- momentum streaking, 34-35......Page 0058
--- time to momentum conversion, 35-37......Page 0059
--- envelope, 37......Page 0061
energy, 38-39......Page 0062
--- glancing incidcnces, 39-40......Page 0063
--- using 40......Page 0064
Problems 43......Page 0067
* Ultrafast Imaging 45......Page 0069
* XUV Filters and Attosecond Pulse Compression 46......Page 0070
--- require men!, 47......Page 0071
--- parameters, 49......Page 0073
--- Gaussian beam focusing, 51-52......Page 0075
--- focusing mirrors, 52-53......Page 0076
--- spherical aberration, 53-54......Page 0077
--- optical Ken cfTect, 54......Page 0078
--- optical damage, 55-56......Page 0079
--- wavelength bandwidth, 56......Page 0080
spectral phase, 57-58......Page 0081
--- second-order approximation, 58......Page 0082
--- pulse generation setups, 59......Page 0083
metal, 60......Page 0084
2.4.2.3 Broadband High-Energy Mirrors 61......Page 0085
MIIPS, see Multiphoton intrapulse interference phase scan Mirrors, laser steps chirped minors, 62......Page 0086
phase delay, 63......Page 0087
--- single glass slab, 64-66......Page 0088
--- and two slab*, 65-66......Page 0089
--- 66-67......Page 0090
--- second prism effects, 67......Page 0091
--- delay, 68-69......Page 0092
--- mulching, 69-70......Page 0093
group delay dispersion, 70......Page 0094
--- time-dependent variation, 71......Page 0095
--- refractive index, 73......Page 0097
--- nonlincur media, pulse propagation hollow-corc fibers, 74-75......Page 0098
--- CPA amplifier, 75......Page 0099
--- sapphire crystals, 76......Page 0100
--- pulse picker, 77-78......Page 0101
--- self-focusing, 78......Page 0102
--- laser cavity, stability range, 79......Page 0103
--- gain narrowing, 80-84......Page 0104
--- gain narrowing bandwidth, 81......Page 0105
--- wed pulse bandwidth, 82......Page 0106
--- compensation, 83-84......Page 0107
--- measurement, 84......Page 0108
2.10.1.2 FROG Trace 85......Page 0109
--- retrieval, 86-87......Page 0110
--- definition, 87......Page 0111
--- setup, 88......Page 0112
Multiphoton intrapulse interference phase scan (MIIPSI experimental approach, 89-90......Page 0113
--- conversion, 90......Page 0114
--- 91-95......Page 0115
--- hollow-core fibers, 92-93......Page 0116
--- white-light chiip compensation, 93-94......Page 0117
--- IKOG meaMiremrnis, 94-95......Page 0118
2.12 Summary 95......Page 0119
Problems 96......Page 0120
* Stretching and Compressing Optical Pulses 98......Page 0122
* Hollow-Core Fiber Pulse Compressor 99......Page 0123
* Textbooks 100......Page 0124
--- components, 101......Page 0125
--- physics processes sensitive gating, sub-cycle, I CM sub-cycle field strength variation, 103-104......Page 0127
--- 104-107......Page 0128
3.2.1.2 Gouy Phase and Carrier-Envelope Phase 105......Page 0129
3.2.1.3 Index of Refraction 106......Page 0130
--- pmm-based compressor, 107-108......Page 0131
--- toser system, 108......Page 0132
--- camer-cmxrlope phase, change rate, 109......Page 0133
--- 111-112......Page 0135
--- femtosecond laser spectnim, 112......Page 0136
--- white-light generation, 113-114......Page 0137
Photonic crystal fiber (PCF) advantage, 114......Page 0138
--- phase detector and proportional integral control, 115-116......Page 0139
--- stability, 116-117......Page 0140
--- error in measuring, 117-118......Page 0141
--- 118-119......Page 0142
--- spectrum, 119......Page 0143
--- Chirped pulse amplification (CPA) attoseeond pulses, 121......Page 0145
--- single shot intcrfcromctry Founer transform spectral inlcifcromclty, 122-123......Page 0146
--- measurement, amplified pulses precisions, 123—126......Page 0147
--- explanation, 125-126......Page 0149
--- two-step model, 126-132......Page 0150
--- white-light generation, 128......Page 0152
--- frequency phase, 129-130......Page 0153
--- group delay, 130......Page 0154
--- CE phase, 132-134......Page 0156
--- gratuig separation, 134-135......Page 0158
--- compressors carrier-cnvelopc phase shift configurations, 135......Page 0159
--- pulse duration, 136-137......Page 0160
--- using compressor, 137-140......Page 0161
3.7.1.1 Frequency Response of the PZT Mount 138......Page 0162
3.7.1.2 Frequency Response of the f-to-2f Interferometer and of the PZT 139......Page 0163
--- using stretcher, 140-145......Page 0164
3.7.2.1 Dependence of Carrier-Envelope Phase on the Effective Grating Separation 142......Page 0166
3.7.2.3 Effects of the Oscillator f-to-2f Stability 143......Page 0167
--- staircase, controlling, 145......Page 0169
--- CF: phase, 146-147......Page 0170
--- experimental setup, 147-150......Page 0171
--- white-light generation, 150......Page 0174
--- laser energy, 151......Page 0175
--- carricr-cnvciope phase stability grating-based stretcher and compressor, 152......Page 0176
--- while-light pulse*, 153......Page 0177
--- Carricr-ens'clopc (CE) phase adaptive phase modulators 4f system, 154-155......Page 0178
--- kilohertz femtosecond l««r systems, 156......Page 0180
Pockets cell, 157-158......Page 0181
Pll) controller parameters 158......Page 0182
--- laser-atom interaction, 160......Page 0184
* Review Articles 162......Page 0186
* Carrier-Envelope Offset Frequency of Oscillators 163......Page 0187
* Power Locking 164......Page 0188
--- quantum process, 165......Page 0189
--- recombination time, 168-170......Page 0192
4.1.1.2 Numerical Solutions and Fitting Functions 169......Page 0193
--- return energy, 170-171......Page 0194
--- long and short trajectories, 171-172......Page 0195
--- attoseeond pulses, chirp, 172-175......Page 0196
4.1.4.2 Long Trajectory 174......Page 0198
4.2 Tunneling Ionization and Multiphoton Ionization 175......Page 0199
--- Voikos states, 176-177......Page 0200
--- Fermi’s golden rule, 177-178......Page 0201
--- parameter, 178-180......Page 0202
--- quantum number, 180-181......Page 0204
--- arbitrary complex ulomx and atomic ionv 183......Page 0207
--- cycle-averaged rate, 184-185......Page 0208
--- 185-186......Page 0209
--- attoseeond electron and photon pulses high-ordcr harmonics, 186......Page 0210
--- 187-188......Page 0211
--- sech square pul«, 188......Page 0212
--- 189-191......Page 0213
--- linearly polan/cd fields, 191-192......Page 0215
4.3.1.6 Saturation Intensity for Linearly Polarized Field 192......Page 0216
--- probability, ionization, 193-194......Page 0217
--- ground stale, depletion, 194-199......Page 0218
4.3.2.1 Ionization Potential 195......Page 0219
4.3.2.2 Pulse Width 196......Page 0220
--- 197-199......Page 0221
--- polarized monochromatic waves, 199......Page 0223
--- return tune, 201-202......Page 0225
two relative phases, 202-203......Page 0226
--- kinetic-energy component, 203......Page 0227
4.5 Polarization Gating 204......Page 0228
--- one laser cycle, 205......Page 0229
--- equations of motion, 206-207......Page 0230
--- transverse displacement, 207-208......Page 0231
--- isolated attoseeond pulse generabon, 208-217......Page 0232
--- lixcr field, 210-211......Page 0234
4.5.2.3 Fields inside the Polarization Gate 211......Page 0235
--- electron trajectories, 213-214......Page 0237
--- width, 214-215......Page 0238
--- creation, laser puke, 215-216......Page 0239
--- duration, laser-pulse, 217......Page 0241
Problems 218......Page 0242
* Ionization by Laser Field 219......Page 0243
* Polarization Gating 220......Page 0244
--- 223-224......Page 0246
--- approxunation, 224-225......Page 0247
--- 225-226......Page 0248
--- total wave function, 226......Page 0249
--- wave packet, continuum, 227-231......Page 0250
--- analytical approach, 228-229......Page 0251
--- 229-230......Page 0252
--- continuum wave packet canonical momentum conservation, 230-231......Page 0253
5.1.3 Saddle-Point Approach 231......Page 0254
Tay lor expansion, 232......Page 0255
saddle-point approach 3D method, 233-236......Page 0256
--- tic Id, 236-237......Page 0259
--- I incarl v polari/cd driving laser, 237-239......Page 0260
--- 238-239......Page 0261
--- coulomb corrections, 240-242......Page 0263
--- matrix element, 241......Page 0264
--- harmonic pulse temporal phase amplitude and phase, 242......Page 0265
--- monochromatic XUV light 243......Page 0266
--- Gaussian analysis, 244-247......Page 0267
--- intensity dependent laser, 245......Page 0268
--- experimental result», 247-250......Page 0270
--- numerical simulation, 248......Page 0271
--- transverse field component, 250......Page 0273
--- molccular orbital symmetry effects ellipticity control and dependence, 251-253......Page 0274
--- high harmonic cutoff, 252......Page 0275
--- numerical simulations, 253-258......Page 0276
--- 254-256......Page 0277
--- interference role, 256-258......Page 0279
single atom response, 258-260......Page 0281
--- polarization gating revisit propagation effects, 260......Page 0283
simulation results, 261-267......Page 0284
--- 262-264......Page 0285
--- 265-267......Page 0288
--- 267-268......Page 0290
--- XUV field, 268......Page 0291
--- 269-272......Page 0292
--- dipole matrix dements, 270-271......Page 0293
5.5.2.4 Photoelectron Wave Packet Produced by the Two-Color Field 271......Page 0294
time delay, 272-273......Page 0295
saddle poinl approximation, 273-274......Page 0296
--- 1KOG-CRAB trace, 275-277......Page 0298
--- dipole correction, 276......Page 0299
--- 277......Page 0300
* Ellipticity Dependence of High Harmonic Generation 278......Page 0301
* FROG-CRAB 279......Page 0302
6 Phase Matching      281......Page 0303
--- Maxwell equations, 282-283......Page 0304
--- polarization, 283-284......Page 0305
--- polarizations, 284......Page 0306
--- paraxial approximation, 285......Page 0307
--- conversion efficiency, 286......Page 0308
plasma dispersion, 287-289......Page 0309
--- 289-290......Page 0311
--- absorption efTcct, 290-292......Page 0312
--- maker fringes, 292-293......Page 0314
--- XUV photon flux, rule of thumb, 293-294......Page 0315
--- intensity distribution effects, 294-296......Page 0316
--- 3D wave equations, 296......Page 0318
plasma and gas dispersion, 297-299......Page 0319
--- without neutral gas dispersion, 299-300......Page 0321
--- off-axi*, 300-301......Page 0322
--- polarization, 301-302......Page 0323
--- beams with axial symmetry, 302-303......Page 0324
--- retarded coordinate, 303......Page 0325
--- frequency domain, paraxial wave equation, 304-305......Page 0326
--- 305......Page 0327
--- time domain description, 307......Page 0329
--- Bessel function, 309......Page 0331
6.5 Compensating the Chirp of Attosecond Pulses 310......Page 0332
--- 311-313......Page 0333
--- stmng field approximation, 312......Page 0334
--- wave propagation equation, 313......Page 0335
--- single-ntom spectrum, 314-316......Page 0336
6.5.2.3 Modulation in the Single-Atom Spectrum 315......Page 0337
--- it, semiclassical results, 316......Page 0338
6.5.2.6 Chirp Compensation 318......Page 0340
--- XUV photon flux, 320......Page 0342
principle, 321-322......Page 0343
--- defined, 322......Page 0344
--- 323-324......Page 0345
--- otvaxis, 324-326......Page 0346
pressure gradient, 326-327......Page 0348
--- optics, 327-329......Page 0349
--- fax-target location, 329-330......Page 0351
pressure, 330-333......Page 0352
--- neon, 333......Page 0355
* Phase Matching 334......Page 0356
* Double-Optical Gating 335......Page 0357
* Dipole Phase 336......Page 0358
7 Attosecond Pulse Trains       337......Page 0359
--- XUV and NIR, 338......Page 0360
--- Fresnel approximation, 340......Page 0362
--- narrow annular aperture, 342-343......Page 0364
--- electric field, 343-344......Page 0365
--- circular aperture, 344......Page 0366
GDD, see Group delay dispersion Gouy phase defined, 345......Page 0367
--- Spin-otbit coupling, 346......Page 0368
--- key specifications, 349-350......Page 0371
--- field-free, 350-353......Page 0372
7.3.1.2 Retarding Potential 351......Page 0373
7.3.1.3 Time-Resolution Measurement 352......Page 0374
--- parallclization, 353-354......Page 0375
--- energy resolution, 355......Page 0377
transven* magnification, 356......Page 0378
--- construction, 357......Page 0379
--- retarding potential, 358......Page 0380
--- setup, 361......Page 0383
7.3.3.3 Energy Resolution Calibration 362......Page 0384
--- attoseeond pump-probe setup, 363......Page 0385
--- 364......Page 0386
--- KFR theory, 366......Page 0388
--- cross-correlation trace, 368......Page 0390
--- trace, 370......Page 0392
--- photoioni/ation, 371......Page 0393
--- neon atom, 372-373......Page 0394
--- 373-374......Page 0395
--- sideband intensity oscillation, 374......Page 0396
--- two-color driving field, 375-376......Page 0397
--- drawback, 376......Page 0398
--- XUV and NIR pulses, 377-378......Page 0399
--- temporal-phase gale, 379......Page 0401
--- lime and frequency domain, 380......Page 0402
--- ponderomotivc shirt, 381-382......Page 0403
--- intensity, 382-383......Page 0404
--- observation angle, 383......Page 0405
--- cutoff region, 384......Page 0406
--- one-color laser,, 385-386......Page 0407
--- two-color laser*, 386-389......Page 0408
Problems 389......Page 0411
* Laser Assisted Photoelectric Effect 390......Page 0412
* Truncated Gaussian Beams 391......Page 0413
--- nonlinear optical effects, 393......Page 0414
--- power spectrum, 394-395......Page 0415
--- electron spectrogram, 396-409......Page 0417
--- Newton’s theory of mechanics, 397......Page 0418
--- o*i component, 398-400......Page 0419
peiturtsnlive regime, 400-401......Page 0421
--- flat spectrum, 401-402......Page 0422
--- aibiuary spcctrum, 402-404......Page 0423
--- modulation depth, 404-405......Page 0425
--- filtered spectrogram, phase angle, 405-408......Page 0426
--- 408-409......Page 0429
--- 409-410......Page 0430
--- XUV frequency, 410......Page 0431
--- dipole transition element, 412-413......Page 0433
--- characterization, 414......Page 0435
pulse retrieval factor*, 415......Page 0436
--- shot noise, 416......Page 0437
shot noise simulation, 417-418......Page 0438
--- XUV pike retrieval, 418-419......Page 0439
--- streaking speed, 420-421......Page 0441
--- chirp, 421-422......Page 0442
--- Single isolated attoseeond pukes amplitude gating, 422-426......Page 0443
--- drawbacks, 426......Page 0447
setup, XUV specuum, 427-428......Page 0448
--- laser pulse duration effects, 428-430......Page 0449
--- principle, 430-431......Page 0451
--- gale width, 431-433......Page 0452
--- 433-435......Page 0454
--- laser field creation, 435-438......Page 0456
--- whole wave plale, 436......Page 0457
--- В BO crystal, 437-438......Page 0458
--- numerical simulations, 438-441......Page 0459
--- onc-color linearly polarized, 439......Page 0460
--- CE phase effects, 441......Page 0462
--- chirped pulse amplification, 442-444......Page 0463
--- femtosecond FROG, 444-445......Page 0465
--- 445-447......Page 0466
XUV pulse duration measurement dependence, CE phase, 447-448......Page 0468
--- multi-cycle laser pulse, 448-449......Page 0469
8.7.1 Generation of Pulse with 25 as Duration 449......Page 0470
8.7.2 keV Attosecond Pulses 450......Page 0471
* Attosecond Streak Camera and FROG-CRAB 454......Page 0475
* Polarization Gating 455......Page 0476
* PROOF 456......Page 0477
9.1.1 Attosecond Pump–Probe Experiments 457......Page 0478
Max well's, classical theory, 460......Page 0481
Quantum theory, 461-462......Page 0482
--- electron acceleration, 462-463......Page 0483
--- clectric field, pulse laser, 463......Page 0484
--- attoseeond XUV heum, 464......Page 0485
--- distribution, radial direction, 466-467......Page 0487
--- quantity, 467......Page 0488
--- field, experimental setup approximation, 468......Page 0489
--- laser system, 470......Page 0491
--- spectrum domain, 474-475......Page 0495
--- energy-level diagram, 475-476......Page 0496
--- 477-478......Page 0498
--- /ero-twdei approximation, 478-480......Page 0499
--- radial electron density function, 479......Page 0500
--- correlation potential, 480......Page 0501
--- modified bound slate and position, 481-482......Page 0502
--- protile, 482-484......Page 0503
--- valtering amplitude, 485......Page 0506
--- NIR, 487......Page 0508
--- XUV pulse duration, 488......Page 0509
--- photoionization, 489......Page 0510
--- attoseeond putnp-pmbe, 490......Page 0511
--- Kvldash parameter, 492......Page 0513
--- electron spectrogram, 495-496......Page 0516
9.4.6.3 Discussion 497......Page 0518
* Direct Measurement of Light Fields 498......Page 0519
* Fano Resonance 499......Page 0520
* X-Ray Transient Absorption 500......Page 0521
Appendix A: Solutions to Selected Problems 501......Page 0522
Index 507......Page 0528
--- zero-dispersion stretcher, 91......Page 115
-153 /сго-dispcrsHtn siretchcr,  153-154......Page 177
--- helium, rate, 182-183......Page 0206
--- single atom spectrum, 425......Page 0446
--- Fourier transform, 423......Page 444
,4415......Page 436
--- soft x-ray spcctrum, 423-424......Page 0444
--- cross sections, ejection process, 458-459......Page 0479
Ни and Collins’* simulation,  457......Page 478
,  458......Page 479
--- energy sharing measurement, 459......Page 0480
,  459......Page 480
--- saddle point approximation photoclcctron spectrum, 274......Page 0297
fundamental und second harmonic pulses, 28......Page 0052
--- CRAB, 376......Page 398
--- characterization, 384......Page 406
--- Single harmonic pulse free-free transitions, 365......Page 0387
--- Bessel beams, spatial variation measurement attoseeond force meter and streaking, 469......Page 0490
--- method, 471......Page 0492
,  470......Page 491
--- CRAB method and tracts, 471......Page 492
,4472......Page 493
,  473......Page 494
--- XUV spot si/e, 473......Page 0494
--- 472-474......Page 0493
--- 468......Page 489
--- XUV focal spot scanning, 469......Page 490
--- momentum value, probing electron, 469470......Page 4715
--- first-order, 341-342......Page 0363
--- stability, 152......Page 176
,  160......Page 184
--- MCP, 161......Page 0185
--- Oscillators, stabilization configuration, 112......Page 136
-113 /-to-У interferometer,  113-115......Page 137
--- power kicking, stahilily feedback loop, 156......Page 180
-157 /-Ю-2/ interferometers,  158......Page 182
--- infrared pulses, 198......Page 0222
femtouxond, 414......Page 435
--- dressing laser rntensity, 419-422......Page 0440
--- photneleetmn spectmm, 378......Page 0400
,  418......Page 439
419......Page 440
--- ioni/ali<«i potential, 195......Page 219
-1% puKe width,  196-197......Page 220
--- limeHlependenl ellipticily, 432......Page 0453
--- polarization gate, 434......Page 0455
--- two-color gating, 439......Page 460
440......Page 461
--- Rayleigh range, 325......Page 0347
--- NIR and SH beams 328......Page 0350
--- techniques, 42......Page 0066
--- setup, 41-42......Page 0065
--- Loirnt/ian hneshapc decay lime, 486......Page 0507
--- helium, 484......Page 0505
--- photoabsorption cross section, 483......Page 0504
--- energy level, 479......Page 500
--- Fano resonance, energy domain description configuration interaction, 480......Page 501
--- schematic diagram, 48......Page 0072
Fermi's golden role, 177......Page 201
-178,  371......Page 393
--- 306-307......Page 0328
--- Fraunhofer condition*, 308-309......Page 0330
,  444-445......Page 465
Full width ai half maximum (FWHM) bandwidth, 26......Page 50
,  394......Page 415
--- duration, 2......Page 26
--- parameter, 246......Page 0269
--- cylindrical coordinate system, 339......Page 0361
--- mathematical properties, 50......Page 0074
Group delay dispersion (GDD), 22......Page 46
-23,  70......Page 94
--- constant di Heir nee, 24......Page 0048
--- paiamelet, 25......Page 0049
--- 493......Page 514
,  494......Page 515
--- 493-495......Page 0514
--- photoelectron spectrum, measurement, 491......Page 0512
481......Page 502
--- 147......Page 171
-148 /-to-2/ interferometer,  149-150......Page 173
--- modulation, 148......Page 0172
--- variable neutral density filter, 149......Page 0173
--- transition probability, 367......Page 0389
--- Keldysh parameter, 178......Page 202
,  267......Page 290
--- Gaussian pulse, 72......Page 0096
--- streaked electron spcctrum, 465......Page 0486
--- pulse duration, 314......Page 336
,  433-435......Page 454
-113 /-to-2/ interferometer beat signal,  115......Page 139
spectral pluses, 395......Page 0416
--- Fourier transforms, 429......Page 0450
principles, 208......Page 232
-210,  258......Page 281
--- driving and gating components, 259......Page 0282
--- low-frequency noise, 159......Page 0183
--- setup, 369......Page 0391
--- dipole moment, 235......Page 0258
--- quasi-classical action, 234......Page 0257
--- moment, 223......Page 246
-224,  226-227......Page 249
--- luver field, 167......Page 0191
--- interference peaks, 476......Page 0497
--- generation without dispersion compensation , 453......Page 0474
--- Coulomb potential, 452......Page 0473
--- cutout photon energy, 451-453......Page 0472
--- reconstruction, 448......Page 469
449......Page 470
streaking effcct, electrons, 496......Page 0517
--- modd, 494-495......Page 0515
--- intrinsic dipole pluse, 243......Page 266
-  244......Page 267
--- la%er-intensity dependence, 489......Page 510
490......Page 511
--- position-sensitive detector energy resolution, 359-363......Page 0381
--- cycle-averaged rate, 184......Page 208
185......Page 209
--- motion equation free electron, 200......Page 0224
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