Experimentelle Übungen zum Wahlfach Nichtlineare Physik

SS 2005

Termin	Nach Vereinbarung, auch in der vorlesungsfreien Zeit
Umfang	4 SWS
Voranmeldung:	AP Raum 210
Vorbesprechung:	Do 14. 4. 2005, 12 Uhr s.t., AP, SR
Zuordnung:	Übung zum Wahlfach (I o. II) Nichtlineare Physik

In dieser Veranstaltung werden die folgenden zweitägigen Versuche angeboten:

Block I (Gruppe Purwins)

• Strukturbildung bei gekoppelten elektrischen Oszillatoren
• Gasentladung

Block II (Gruppe Lange)

• Solitonen
• Farbstofflaser
• Halbleiterlaser

Block III (Gruppe Denz)

• Zwei-Strahl-Kopplung in photorefraktiven Kristallen
• Optische Phasenkonjugation

Hiervon müsssen 3 Versuche in einem Gesamtumfang von mindestens 6 Tagen gewählt werden. Es sollte ein Versuch aus jedem Block durchgeführt werden.

Strukturbildung bei gekoppelten elektrischen Oszillatoren

In dem Versuch wird ein Phänomen der Strukturbildung, die Frontausbreitung, untersucht. Unter bestimmten Vorraussetzungen können hierzu theoretische Vorhersagen gemacht werden, die experimentell überprüft werden.
Die Versuche werden an einem System aus 128 gekoppelten elektrischen nichtlinearen Oszillatoren durchgeführt. Dieser Aufbau wird durch ein System von zwei nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen (Reaktions-Diffusions-System) beschrieben.

Betreuer: Dr. Jürgen Berkemeier

Gasentladung

In diesem Praktikum ist der Gegenstand der Untersuchung ein quasi zweidimensionales Zweischichtsystem, das aus einer Halbleiter- und einer Gasschicht besteht. An dieses System wird eine hohe Gleichspannung (1 kV) angelegt, so daß in der Gasschicht eine Entladung zündet. Damit bekommt die Gasschicht eine nichtlineare Strom-Spannungs Charakteristik, während die Halbleiterschicht ohmsches - also lineares - Verhalten zeigt.
In einem solchen System lassen sich zahlreiche Destabilisierungen sowohl zeitlicher als auch räumlicher Natur beobachten. Es stellt sich bei geeigneten Parametern eine reine Oszillation ein, während unter anderen Bedingungen eine selbstorganisierte Strukturierung der Stromdichteverteilung auftritt, die aus solitären Objekten - sogenannten Filamenten - und Zusammenlagerungen dieser Objekte in charakteristischer Weise besteht.
Im Praktikum besteht die Aufgabe darin, eines dieser Phänomene zu isolieren und dann zu charakterisieren. Ein wichtiger (wenn auch nicht der einzige) Teil der Messwerterfassung stützt sich dabei auf visuelle Beobachtung der Gasentladung und die anschließende comptergestützte Bildverarbeitung.

Betreuer : Lars Stollenwerk

Solitonen

Solitonen sind großamplitudige, nichtlineare Pulse, die sich formstabil ausbreiten, weil die Dispersion durch die Nichtlinearitäten kompensiert wird. Sie treten in vielen Gebieten der Physik auf (Wasserwellen, Plasmawellen, optische Pulse, gekoppelte Oszillatoren). Im Versuch werden die Eigenschaften von Solitonen auf einer elektrischen Modellleitung quantitativ vermessen.

Betreuer : Dr. Thorsten Ackemann

Farbstofflaser

Farbstofflaser sind eine Quelle intensiver kohärenter Strahlung im ultravioletten bis infraroten Teil des Spektrums. Im Versuch wird ein stickstofflasergepumpter gepulster Farbstofflaser auf verschiedene Weisen aufgebaut und die Abstimmeigenschaften und Linienbreiten vermessen und verglichen.

Betreuer : Dr. Thorsten Ackemann

Halbleiterlaser

Abstimmbare Halbleiterlaser haben eine zunehmende Bedeutung für die Spektroskopie im roten und infraroten Bereich des Spektrums sowie für die optische Datenübertragung. Im Versuch wird mit einem durch ein externes Gitter frequenzstabilisierten Halbleiterlaser nichtlineare Spektroskopie an Rubidium durchgeführt, um dopplerfreie Spektren zu erhalten. Auf nichtlineare dynamische Effekte, die durch konkurrierende Oszillatoren im Laser selbst entstehen, wird eingegangen.

Betreuer : Dr. Thorsten Ackemann

Zwei-Strahl-Kopplung in photorefraktiven Kristallen

Der Prozess der Zwei-Strahl-Kopplung bewirkt den Energieaustausch zwischen zwei wechselwirkenden kohärenten Strahlen in einem nichtlinearen Medium. In diesem Versuch wird die Abhängigkeit der Kopplungskonstante vom Intensitätsverhältnis und vom Winkel der beiden einfallenden Strahlen anhand eines photorefraktiven Barium-Titanat-Kristalls untersucht. In einem zweiten Schritt werden die gewonnenen Ergebnisse hinsichtlich optischer Bildverstärkung und Auflösungsvermögen ausgewertet.

Betreuer : Vishnu Krishnamachari

Optische Phasenkonjugation

Die optische Phasenkonjugation ist ein Mittel um Störungen im Phasenprofil eines Lichtstrahls, der durch ein aberratives Medium propagiert, zu beheben. Dies wird in einem Laborversuch mit Hilfe eines photorefraktiven Kristalls in Form eines phasenkonjugierenden Spiegels realisiert. Hierbei wird ein Vier-Wellen-Misch Aufbau verwendet, um die Abhängigkeit der phasenkonjugierten Reflektivität vom Verhältnis der Pump-und-Signalstrahlintensitäten zu bestimmen.

Betreuer : Vishnu Krishnamachari