Abschlussarbeiten in der AG Optische Technologien

Wir bieten jederzeit spannende Themen für Abschlussarbeiten an. Die unten aufgeführten Forschungsfragen sind aktuelle Beispiele und eignen sich mit entsprechenden Anpassungen sowohl für Bachelor- als auch für Master-Abschlüsse.

In unserer Gruppe sind die Abschlussarbeiten in die aktuelle Forschung eingebunden, daher kann sich die konkrete Aufgabenstellung auch verändern oder nach Interesse angepasst werden.

Melden Sie sich bei uns, entweder bei den Doktorand:innen oder direkt bei Prof. Carsten Fallnich, damit wir im persönlichen Gespräch abstimmen können, wie Ihre Mitarbeit in der Arbeitsgruppe Optische Technologien aussehen kann. Wir freuen uns auf Sie!

Im Forschungsfeld transversale Moden generieren wir gezielt raum(-zeitlich) strukturierte Lichtverteilungen in Laserresonatoren. Dabei erweitern Sie Ihre Kenntnisse zu Grundlagen der Photonik vor allem in Bezug auf optische Resonatoren, deren Moden und Gaußstrahlen. Neben der Datenauswertung werden viele Experimente auch durch numerische Rechnungen oder Simulationen begleitet, um die experimentellen Ergebnisse zu kontrollieren.

Ihre Arbeiten werden von den Doktoranden Jan Wichmann und Michael Zwilich betreut. Mögliche Themen für Bachelor- und Masterarbeiten sind:

• Propagation von transversalen Eigenmoden in GRIN-Fasern

  In Freistrahlresonatoren lassen sich bevorzugt Hermite-Gauss-Moden anregen. Diese lassen sich in das Laguerre-Gauss-Modenset konvertieren, die auch Eigenmoden von GRIN-Fasern (GRIN=Gradientenindex) sind. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie effizient diese Umwandlung und Propagation funktioniert. Dadurch lassen sich die Vorteile von Freistrahlresonatoren (einfache Erzeugung) und Fasern (einfacher Strahltransport und Verstärkung) kombinieren.

• Gezielte transversale Modenanregung durch deformierbare Spiegel

  Weltraumteleskope nutzen deformierbare Spiegel, um Wellenfrontstörungen zu kompensieren. Hier wollen wir untersuchen, ob diese Technik eingesetzt werden kann, um selektiv transversale Moden in Laserresonatoren anzuregen. Durch das gezielte Verformen eines Resonatorspiegels wird die selbsterhaltende Feldverteilung beeinflusst, so dass der Laserausgang flexibel zwischen verschiedenen Strahlprofilen verändert werden kann.

Im Bereich Nichtlineare Mikroskopie arbeiten wir an der verbesserten Anregung und Detektion von kohärenten Raman-Prozessen, um unerwünschte Untergrundsignale sowie Rauscheinflüsse zu unterdrücken und somit aussagekräftigere Mikroskopiebilder zu erhalten. Im Rahmen einer Abschlussarbeit werden daher neben allgemeinen Kenntnissen der Photonik auch die Analyse und ggf. Bearbeitung von Bildern sowie die Präparation von Proben erlernt. Im Labor steht neben dem Aufbau eines eigenen Experiments auch die Bedienung von bereits vorhandenen Mikroskopen im Fokus. Besonders für die Arbeiten zu Detektionsmechanismen werden auch Kenntnisse im Bereich Elektronik und Signalverarbeitung erworben.

Die Abschlussarbeiten werden von den Doktoranden Kristin Wallmeier und Nick Lemberger betreut. Zurzeit bieten wir beispielsweise folgende Themen für Bachelor- und Masterarbeiten an:

• Räumliche Strahlformung in der kohärenten Raman-Streuung zur Bildgebung unterhalb des Beugungslimits

  Sogenannte „Donut-Strahlen“ wurden bereits in der Fluoreszenzmikroskopie genutzt, um Strukturen unterhalb des Beugungslimits aufzulösen. In dieser Arbeit soll die Erzeugung solcher Strahlen mittels unterschiedlicher Mechanismen sowie deren Anwendung für die Raman-Bildgebung untersucht werden.

• Bildgebung mittels polarisationsaufgelöster Ramanstreuung zur Bestimmung molekularer Symmetrien

  Anregungsstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen können dazu genutzt werden, Symmetrien von molekularen Vibrationszuständen oder die Orientierung von Molekülen in anisotropen Proben zu unterscheiden. In dieser Arbeit sollen die Symmetrieeigenschaften mit der Bildgebung verknüpft werden, um mittels Ramanmikroskopie noch mehr Informationen über die Probe zu erlangen.

In unserer Gruppe verwenden wir integrierte Siliziumnitrid-Wellenleiter (Si₃N₄), Tantalpentoxid-Wellenleiter (Ta₂O₅) sowie photonische Kristallfasern für die nichtlineare Lichtkonversion. Wir untersuchen, wie die Wellenleitergeometrie den Vier-Wellen-Mischprozess sowie die Superkontinuumserzeugung beeinflusst. Diese integrierten Si₃N₄- und Ta₂O₅-Wellenleiter finden dann ihre Anwendung in chipbasierten optisch parametrischen Oszillatoren, die wir in unserer Gruppe entwickeln. Zusätzlich zu unseren experimentellen Aktivitäten arbeiten wir auch an Simulationen, um beispielsweise die Propagation von Laserimpulsen in nichtlinearen Medien unter Verwendung der multi-modalen nichtlinearen Schrödinger-Gleichung zu modellieren.

Die Abschlussarbeiten werden von den Doktoranden Maximilian Timmerkamp und Ming Gao betreut. Aktuell gibt es diese repräsentativen Themen für Bachelor- und Master-Studierende:

• Untersuchung der Vier-Wellen-Mischung in neuartigen Wellenleiterstrukturen

  In Wellenleitern hängt die nichtlineare Verstärkung, die durch die Vier-Wellen-Mischung erzeugt wird, von der Dispersion der genutzten transversalen Mode ab. Während die Dispersion bei den üblicherweise verwendeten, geraden Wellenleitern nur durch ihre Höhe und Breite verändert werden kann, bieten modulierte oder sich verjüngende Wellenleiter einen größeren Design-Spielraum. In dieser Arbeit wird die nichtlineare Verstärkung der Vier-Wellen-Mischung experimentell gemessen, idealerweise gestützt durch theoretische Berechnungen oder Simulationen.

• Untersuchung von sich verjüngenden Wellenleitern für eine effiziente Einkopplung

  Die Einkopplungseffizienz in einen submikrometerbreiten Wellenleiter ist aufgrund seines kleinen Modenfeld-Durchmessers begrenzt. Durch die Verwendung von sich umgekehrt verjüngenden Wellenleitern an den Eingangs- und Ausgangsfacetten der Wellenleiter kann die Einkopplungseffizienz jedoch dramatisch erhöht werden. In dieser Arbeit entwerfen und simulieren wir numerisch verschiedene Strukturen von sich umgekehrt verjüngenden Wellenleitern, um ihren Einfluss auf die Einkopplungseffizienz in Wellenleitern zu untersuchen.