Nichtlineare Optik und Quantenoptik
 Für alle detaillierten und aktuellen Informationen verweisen wir auf die englischen Seiten
Die Optik hat einen ungeahnten Aufschwung erlebt, seit mit dem Laser eine Lichtquelle zur Verfügung steht, die zeitlich und räumlich kohärent ist und mit der sehr kurze Pulse erzeugt werden können. Damit ist eine Vielzahl von neuen optischen Techniken möglich geworden. Eine herausstechende Eigenschaft von Laserstrahlen ist die große lokale Strahlungsdichte, die sich mit ihnen erzeugen lässt. Sie führt dazu, dass die Wechselwirkung mit Materie im allgemeinen "nichtlinear" wird. Eine Nichtlinearität kann zum Beispiel darin bestehen, dass die Brechzahl nicht mehr eine (wellenlängenabhängige) materialspezifische Konstante ist, sondern intensitätsabhängig wird. Dieses Phänomen hat vielfältige Folgen. Es bedeutet zum Beispiel, dass der Weg eines Lichtstrahles durch ein Medium von der Intensität abhängig wird und dass verschiedene Lichtstrahlen ein optisches System nicht mehr unabhängig voneinander durchlaufen, sondern dass sie sich gegenseitig beeinflussen, also miteinander "wechselwirken".
Nichtlinearitäten lassen sich vielfältig ausnutzen. In der Elektronik ermöglichen sie zum Beispiel den Übergang von der Analogtechnik zur Digitaltechnik, die viele Vorteile bietet. Insbesondere sind sogenannte "Logikschaltungen" der Elektronik ihrer Natur nach höchst nichtlinear, d. h. sie lassen sich nur mit Hilfe von Nichtlinearitäten realisieren. Es wäre außerordentlich wünschenswert, in Verbindung mit der bereits weitverbreiteten optischen Übertragung von digitalen Signalen auch die Verarbeitung rein optisch vorzunehmen. Da Lichtstrahlen sich im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen im Hoch-frequenz- oder Mikrowellenbereich auf kleine räumliche Gebiete fokussieren lassen, ist es theoretisch möglich, sehr viele "optische Schaltkreise" auf kleinem Raum unterzubringen. Da diese unabhängig voneinander durch Lichtstrahlen angesprochen werden können, sollte sich so eine "parallele optische Informationsverarbeitung" aufbauen lassen. Bisher stehen dem allerdings noch viele technologische Probleme entgegen.
Optische Nichtlinearitäten werden heute schon in großem Umfang ausgenutzt, um Frequenzkonversion zu betreiben, d. h., um beispielweise aus Licht einer gegebenen Wellenlänge mit Hilfe eines geeigneten nichtlinearen Kristalls Licht der halben Wellenlänge zu erzeugen. Sie sind ferner essentiell bei der Erzeugung kürzester Laserpulse im Femtosekundenbereich (1fs = 10-15s). Leider sind sie aber nicht nur nützlich, sondern sie können auch neue Probleme schaffen. Insbesondere geben sie Anlass zu einer Vielzahl von Instabilitäten sowohl bei dem Betrieb von Lasern als auch bei der Wechselwirkung intensiver Laserstrahlen mit Materie. In beiden Fällen ist ein typisches Phänomen, dass die auf einem Auffangschirm betrachtete Intensitätsverteilung des Lichtfeldes sich mehr oder weniger abrupt ändert, wenn nichts anderes getan wird, als die Leistung des Lasers kontinuierlich zu ändern.
Aktuelle Forschungsprojekte:
Abgeschlossene Forschungsprojekte:
|
