Curriculum

Vorlesungsinhalte

Die nichtlineare Optik ist nicht Teil unserer täglichen Erfahrung. Wir sind es gewohnt, dass Wellen nicht wechselwirken und ihre Frequenz erhalten. Seit der Erfindung des Lasers jedoch wird auch im Alltag oder anhand vieler Anwendungen in Informationstechnologie und Lebenswissenschaften immer deutlicher, dass optische Eigenschaften von der Intensität und anderen charakteristischen Eigenschaften des Lichts abhängen.

Dadurch kann ein Material durch eine Lichtwelle in nur einem Durchgang verändert werden - und gleichzeitig auf die Lichtwelle zurückwirken. Diese nichtlinearen Aspekte sind die Triebfeder für viele neue Entwicklungen in der modernen Optik - von der Quanteninformationsverarbeitung bis hin zu organischen Lasern, auch der Nobelpreis 2005 für höchstauflösende Spektroskopie hat dieses Thema zur Grundlage.

Daher stellen neben den Grundlagen der nichtlinearen Optik Anwendungen, die auf der Manipulation, Speicherung und Verarbeitung einer Lichtwelle durch nichtlineare Licht-Materie-Wechselwirkungen beruhen, einen Schwerpunkt der Vorlesung dar.

Folgende Themen werden in der Vorlesung behandelt: Grundlagen der Wellenausbreitung in schwach nichtlinearen Medien, Erzeugung neuer Frequenzen, Grundideen der höchstauflösenden Spektroskopie und Frequenznormale, Kraftwirkung im Strahlungsfeld, Bremsen und Kühlen mit Licht bis hin zur Bose-Einstein-Kondensation, lichtinduzierte Brechungsindexänderungen, kohärente nichtlineare Wellenphänomene, Anwendungen in Interferenz und Holographie.

Die Vorlesung wird durch Einheiten zur Vertiefung und Einübung des Stoffes ergänzt, wobei verschiedene Lernformen angewandt werden sollen: Beispiele selbst berechnen, virtuelle Experimente, Laborexperimente, Originalliteratur verstehen, englische Präsentationen, Kurzvorträge halten.

Vorlesungsplan

Teil I: Grundlagen der Nichtlinearen Optik

01. Woche – Einführung und Modell des harmonischen Oszillators

02. Woche – Modell des anharmonischen Oszillators

03. Woche – Nichtlineare Suszeptibilität und Polarisation

04. Woche – Kristallsymmetrien

Teil II: Optische Frequenzkonversion

05. Woche – Summenfrequenzbildung

06. Woche – Sonderfall Frequenzverdopplung und Phasenanpassung

07. Woche – Differenzfrequenzbildung

Teil III: Nichtlineare Effekte dritter Ordnung

08. Woche – Nichtlinearer Brechungsindex

09. Woche – Phasenkonjugation, Wellenmischung, Photorefraktiver Effekt

10. Woche – Selbstphasenmodulation, Selbstfokussierung und Solitonen

11. Woche – Fs laser Lithographie und nichtlineare Mikroskopie

12. Woche – Raman- und Brillouin-Streuung oder Nichtlineare Quantenoptik

Teil IV – Anwendungen und Ausblick

13. Woche – Nichtlineare Photonik heute – AG Denz