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Kurzzeit-Röntgenbeugung mit Hilfe einer Effizienz-optimierten, hochrepetierenden Laser-Plasma-Röntgenquelle

Kähle, Stephan

Diese Arbeit befasst sich mit der Erzeugung und Anwendung ultrakurzer Röntgenimpulse. Zu Beginn werden verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung von Röntgenimpulsen mit Impulsdauern von unter einer Pikosekunde dargestellt, wobei der Schwerpunkt auf den so genannten Laser-Plasma-Röntgenquellen mit hoher Wiederholrate liegt. In diesem Fall werden ultrakurze Laserimpulse auf ein Metall fokussiert, so dass im Brennpunkt Intensitäten von über 10E+16 W/cm2 herrschen. Im Idealfall werden auf diese Art schnelle Elektronen erzeugt, die für die Entstehung von Linienstrahlung verantwortlich sind. In diesen Experimenten wird Titan Kalpha-Strahlung erzeugt, diese Photonen besitzen eine Energie von 4,51 keV. Zur effizienten Produktion von Linienstrahlung wird hier der Ti:Sa-Laser hinsichtlich der Laserenergie und der Impulsform optimiert und der Einfluss der verschiedenen Parameter auf die Kalpha-Entstehung systematisch untersucht. Es werden die Einflüsse von Laserintensität, systembedingten Vorimpulsen und von Phasenmodulation überprüft. Es stellt sich heraus, dass neben der Erhöhung der Kalpha-Strahlung durch eine geeignete Laserintensität eine Reduzierung der Röntgenhintergrundstrahlung von entscheidender Bedeutung für die Gewinnung von deutlichen Beugungsbildern ist. Diese Hintergrundstrahlung setzt sich überwiegend aus Bremsstrahlung zusammen. Sie kann durch die Vermeidung von intrinsischen Vorimpulsen und mit Hilfe von Phasenmodulation 2. Ordnung unterdrückt werden. Mit Hilfe von optischen Anrege- und Röntgenabfrageexperimenten wird die Entstehung von akustischen Wellen nach ultrakurzer optischer Anregung in einem 150 nm dicken Ge(111)-Film auf Si(111) untersucht. Diese akustischen Wellen werden von thermischen (auf dieser Zeitskala zeitunabhängigen) und elektronischen (zeitabhängigen) Druckbeträgen angetrieben. Als wesentliches Ergebnis stellt sich heraus, dass der relative Betrag des elektronischen Drucks mit abnehmender Anregungsdichte zunimmt.

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Kähle, Stephan: Kurzzeit-Röntgenbeugung mit Hilfe einer Effizienz-optimierten, hochrepetierenden Laser-Plasma-Röntgenquelle. 2009.

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