Selbstorganisierte Strukturbildung in optischen Rückkopplungssystemen

Die spontane selbstorganisierte Ausbildung von räumlichen Strukturen fernab des thermischen Gleichgewichts ist ein aktuelles und stark interdisziplinäres Forschungsgebiet, in dem eng verwandte Phänomene in unterschiedlichsten Systemen untersucht und system- und disziplinübergreifend beschrieben werden. Optische Rückkopplungssysteme, in denen Laserstrahlen mit nichtlinearen Materialien wie etwa Flüssigkristallsystemen oder Festkörpern (z.B. photorefraktive Kristalle) wechselwirken, können bei Zufuhr von Energie über einen Schwellwert hinaus solche emergente Verhaltensweisen von selbstorganisiert auftretenden regelmäßigen räumlichen Strukturen über singuläre lokalisierte Strukturen bis hin zu räumlichem und zeitlichem Chaos zeigen. Der Bildung dieser selbstorganisierten Strukturen liegen allgemeine Gesetzmäßigkeiten zugrunde, die in unserer Arbeitsgruppe am Beispiel der photorefraktiven Nichtlinearität und der optisch adressierbaren Flüssigkristall Nichtlinearität in Modellexperimenten untersucht und mit theoretischen Modellierungen und numerischen Simulationen beschrieben werden.

Neben dem grundlegenden Verständnis, das durch diese Systeme für die Entstehungsmechanismen von chaotischem und selbstorganisiertem Verhalten gewonnen werden kann, können solche Strukturen für neue Ansätze in der Informationsverarbeitung genutzt werden. Eine der Voraussetzungen für diesen Einsatz ist die Kontrolle der Strukturen, so dass definiert Effekte angesteuert werden können. In Systemen mit nichtlinearer Brechungsindexmodulation erproben wir daher Verfahren zur Kontrolle und Manipulation von spontaner Strukturbildung. Dazu wird in unserem Forschungsprojekt die Rückkopplung systematisch transversal und dynamisch strukturiert, wobei sowohl Methoden der Raumfrequenzfilterung, als auch der stochastischen Resonanz, sowie extern generierte optische Steuersignale genutzt werden.

Ansprechpartner: M. Ayoub