Control of Optically Induced Currents in Semiconductor Crystals

Die Erzeugung und Kontrolle von optisch induzierten Strömen hat das Potential, zu einem elementaren Baustein des optischen Computers zu werden. In dieser Arbeit werden Verschiebe- und Gleichrichtungsströme betrachtet, die aus einer Divergenz in der optischen Suszeptibilität entstehen. Es ist bekannt, dass die Ströme empfindlich auf die Form des anregenden Laserpulses, insbesondere auf die Form der Einhüllenden, reagieren. Ziel dieser Arbeit ist die systematische Manipulation der Einhüllenden mit einem optischen Pulsformer, der in einen Standard THz-Emissions-Aufbau integriert ist. Es wird zunächst gezeigt, dass die Manipulation durch gechirpte Laserpulse nur einen geringen Einfluss auf die Einhüllende und die Ströme hat. Es wird stattdessen eine Anordnung vorgeschlagen, in der die gemeinsame Einhüllende eines phasenstabilen Pulspaars als Parameter verwendet wird. In einem Laserpuls wird die Abweichung der Maxima des elektrischen Feldes und der Einhüllenden zueinander als “Carrier-Envelope Phase” (CEP) bezeichnet. Sie ist üblicherweise nur in speziellen Systemen stabilisiert und kann dort als neuer Freiheitsgrad verwendet werden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass in einem phasenstabilen Pulspaar zumindest die relative CEP als neuer Freiheitsgrad verfügbar wird, der einen großen Einfluss auf die Form der Einhüllenden und damit auf die Ströme hat. Es wird gezeigt, dass dieser Ansatz sogar die Kohärente Kontrolle über die Stromerzeugung ermöglicht. Die experimentellen Arbeiten werden durch eine theoretische Modellierung des Systems bestätigt. Das Potential dieser Methode wird an einer Anwendung demonstriert. Zur Erzeugung von speziell angepassten THz-Spuren wird ein System vorgestellt, dass einen iterativen genetischen Algorithmus enthält. Damit wird der optische Pulsformer gesteuert, der die Phase des anregenden Laserpulses so lange verändert, bis die gewünschte Zielfunktion erreicht ist.