Beschleunigte Lichtfelder & Gitter

Schwerpunkt unserer Forschung ist es Effekte der Licht-Materie-Wechselwirkung zu beinflussen. Deshalb interessieren wir uns für die künstliche Erzeugung von Brechungsindexstrukturen und die anschließende Lichtpropagation in diesen sogenannten photonischen Gittern. Zur Bereitstellung adäquater individuell modulierter Lichtfelder, wurde in den letzten Jahren erheblicher wissenschaftlicher Aufwand betrieben, denn die räumliche Intensitätsverteilung der Lichtfelder ermöglicht es entsprechende Brechungsindexmodulationen in photosensitiven Materialien zu induzieren.

Während der letzten Jahre änderten sich kontinuierlich die Schwerpunkte der Forschung von periodischen Intensitätsmodulationen über zufällige Strukturen hin zu dem faszinierenden Themenfeld der beschleunigten Strahlen. Berühmtester Vertreter dieser Strahlklasse ist der Airy-Strahl, der hier abgebildet ist. Seine transversale Intensitätsverteilung bleibt invariant während der Propagation, wohingegen diese Struktur aufgrund einer konstanten Beschleunigung auf einer parabolischen Trajektorie propagiert.

AiryBeamPropagation

Wir erforschten einige zukunftsweisende Realisierungen, die aufgrund der einzigartigen Propagationscharakteristika des Airy-Strahls möglich sind:

  • Optische Informationsverarbeitung ist fundamental abhängig von der Möglichkeit Licht zu kontrollieren: Optische Datenspeicher, Verbindungen und Router sind hochgradig begehrte photonische Bauelemente. Wir beschäftigten uns deshalb mit dem lichtgesteuerten Routen in durch Airy-Strahlen induzierten Wellenleiterstrukturen, das ein flexibles Leiten eines optischen Einganssignals zu unterschiedlichen Ausgängen ermöglicht.
  • Zur totalen optischen Kontrolle der Trajektorie des Airy-Strahls ist eine Einflussnahme auf die Beschleunigung der transversalen Intensitätsverteilung maßgeblich entscheidend. Daher wurde ein periodisches Diamandgitter optisch in einen photorefraktiven SBN-Kristall eingeschrieben und anschließend sowohl experimentell als auch numerisch eine variable Reduzierung der Krümmung der parabolischen Trajektorie nachgewiesen. Elektrooptisch konnte der Grad der Reduzierung durch die Stärke des optischen Gitters eingestellt werden.
  • Sehr attraktiv ist die nichtlineare Wechselwirkung von zwei Airy-Strahlen, die sich aufgrund ihrer Beschleunigung auf einen gemeinsamen Fokuspunkt hinbewegen. Dort können aufgrund der konstruktiven Interferenz sehr hohe Intensitäten entstehen, die nichtlinear die allgegenwärtige Beugung kompensieren und somit ein geradlinig propagierendes nichtbeugendes Soliton bilden.

Diese Realisierungen und die vielversprechenden Eigenschaften des Airy-Strahls sind einige der Gründe, weshalb wir auf dem Gebiet der beschleunigten Strahlen weitere nichtlineare Effekte studieren werden.