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Bachelorarbeiten


In unserer Arbeitsgruppe werden Bachelorarbeiten zu Themen aus dem Bereich der Laser- und Plasmaphysik angeboten. Sie sollten dazu ein besonderes Interesse in Theoretischer Physik und an den dort angewandten mathematischen und numerischen Methoden mitbringen. Für nähere Informationen vereinbaren Sie bitte einen Gesprächstermin.

Themenbereiche sind z.B.

Ionisation und Streuung in starken Laserfeldern
Intensive Laserpulse in relativistischen Plasmen
Numerische Simulation von klassischen Plasmen und Quantenplasmen

 

Bachelorarbeiten für das SS 2017:

1. Particle-in-Cell Simulation der Resonanzabsorption von Licht an einer ebenen Oberfläche  (vergeben)

Einordnung des Themas:

Bei der Einstrahlung eines intensiven Laserstrahls auf eine Festkörperoberfläche entsteht ein Plasma. Das Absorptionsvermögen von Laserstrahlung im Plasma beruht einerseits auf inverser Bremsstrahlungsabsorption bei Elektronenstößen und andererseits auf der stoßfreien Resonanzabsorption. Bei hinreichend hohen Temeraturen nimmt der Wirkungsquerschnitt für Coulomb-Stöße stark ab, so dass dann die Resonanzabsorption überwiegt. Bei dieser wird die elektromagnetische Strahlung in elektrostatische Moden umgewandelt. Dieser Prozess erfolgt für schräg einfallende p-polarisierte Strahlung an der sogenannten kritischen Dichte, bei der die Lichtfrequenz mit der Plasmafrequenz übereinstimmt.

Aufgabenstellung:

Sie erarbeiten die physikalischen Grundlagen für die Absorption von Laserstrahlung in Plasmen und ein numerisches Programm zur Plasmasimulation mit der Particle-in-Cell (PIC) Methode.  Damit untersuchen Sie die Bedingungen für die optimale Absorption von p-polarisiertem Licht an einer ebenen Grenzfläche mit einem kontinuierlichen Dichteverlauf.

Literatur:
W.L. Kruer, The Physics of Laser Plasma Interaction, Frontiers in Physics (Addison-Wesley, New York, 1988), Kap. 1-5

 

2. Dämpfung von Oberflächenplasmonen in dünnen Schichten

Einordnung des Themas:

Die freien Elektronen eines Plasmas können kollektiv Schwingungen bei der sogenannten Plasmafrequenz ausführen, die als Plasmonen bezeichnet werden. Diese Anregungen treten an Oberflächen als Oberflächenplasmonen und im Volumen als Volumenplasmonen auf. Für die Dämpfung des Obeflächenplasmons gibt es verschiedene Mechanismen, wie z.B. Stoßdämpfung, Landaudämpfung oder Strahlungsdämpfung. Ein weiterer Dämpfungsprozess besteht in der Umwandlung des Oberflächenplasmons in Volumenplasmonen. 


Aufgabenstellung:

Sie behandeln die freien Elektronen im Rahmen der Quanten-Vlasov-Theorie für stossfreie Plasmen. Diese Theorie ist im einfachsten Fall äquivalent zu einer zeitabhängigen Schrödinger-Gleichung für einen repräsentativen Elektronenzustand in einem selbstkonsistenten Potential. Mit numerischen finite Differenzenmethoden untersuchen Sie dieses Gleichungssystem und behandeln damit die Oberflächenschwingungen einer dünnen Plasmaschicht sowie deren Dämpfung. 

Literatur:
1.) R.J. Goldston and P.H. Rutherford, Plasmaphysik (Vieweg, Braunschweig, 1998), Kap. 22-24
2.)
Nonlinear plama waves and wavebreaking in quantum plasmas,  A. Schmidt-Bleker, W. Gassen and H.-J. Kull, EPL 95, 55003 (2011).

 

 

 

Quantenplasmasimulation nichtlinearer Plasmaschwingungen.
Die Abbildung zeigt die zeitliche Entwicklung (horizontale-Achse) der räumlichen Variation (vertikale-Achse) der Ladungsdichte. 

 

 

 

 

 


   Author:  kull@ilt-extern.fraunhofer.de     |    Datum:  12.01.17  |Physik  |         Zugriffszähler