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Simulation of electron-light interactions
Matthias Schneller
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Thomas Juffmann
DOI
10.25365/thesis.72344
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-18311.46933.536548-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Seit der Entdeckung der Elektronen gibt es Interesse daran, Elektronen mit Licht zu beeinflussen. Die Manipulation wurde zuerst in Materialien erreicht, zum Beispiel beim photoelektrischen Effekt, jedoch wurde auch bald von Kapitza und Dirac (1933) eine Interaktion im Vakuum vorhergesagt. Diese Masterarbeit gibt eine kurze Zusammenfassung verschiedener Effekte welche eine Elektronen-Photonen Interaktion im Vakuum erlauben. Zusätzlich wird eine Herleitung formuliert für den Fall, dass die Elektronen und ein Laser Puls sich (anti-)parallel zueinander bewegen und mögliche Anwendungsgebiete dieses Effektes werden besprochen. Einer dieser Anwendungsmöglichkeiten ist die Erzeugung von Laser-Linsen für Elektronenstrahlen, welche nicht Scherzer's Theorem unterworfen sind und daher in der Theorie aberrationsfrei gestaltet werden können. Zudem wird die Möglichkeit beschrieben, nicht nur konvexe sondern auch konkave Elektronen-Linsen zu erzeugen. Die Anwendung dieser Linsen wird durch eine Monte Carlo basierte, sogenannte "Ray Tracing"-Simulation getestet und mit theoretischen perfekten Linsen verglichen. Mit einer, auf quantenmechanischen Grundsätzen basierenden, Wellenoptik-Simulation werden potentielle Anwendungsgebiete im Bereich der Materienwellenoptik simuliert.
Abstract
(Englisch)
Since the discovery of electrons an interest exists in how electrons and light fields interact with each other, starting with the interactions like the photoelectric effect in materials or the interaction of free electrons with photons as described by the Kapitza-Dirac effect in 1933. This thesis gives a quick summary of the different possible interactions for free space electrons and photons, describes and derives the effect on electrons that are co-/counter propagating with the photons and shows possible use cases of this effect. In this thesis we discuss the possibility of creating electron lenses using a programmable light source, which will not be subject to Scherzer’s theorem, is discussed and possible spatial light distributions that act as a convex and concave lenses are given. The given light intensity distributions are then tested using a Monte Carlo based ray tracing model and it could be verified that lensing is happening. With a quantum mechanical wave simulation, interference effects for certain laser intensity distributions are shown. Additionally, the advantages and drawbacks of the wave simulation are discussed and a guide is given on how to successfully conduct calculations on transfer function based solutions to the Helmholtz equation.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Elektron Licht Ponderomotive Interaktion
Schlagwörter
(Englisch)
electron light ponderomotive interaction
Autor*innen
Matthias Schneller
Haupttitel (Englisch)
Simulation of electron-light interactions
Paralleltitel (Deutsch)
Simulation der Elektronen-Licht Interaktion
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
viii, 163 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thomas Juffmann
Klassifikationen
33 Physik > 33.18 Optik ,
33 Physik > 33.23 Quantenphysik
AC Nummer
AC16630949
Utheses ID
64408
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |