Nichtlineare Propagation maßgeschneiderter Kaustiken

In unserer Arbeitsgruppe "Nichtlineare Photonik" untersuchen wir neuartige Möglichkeiten, die Propagation von Licht zu beeinflussen und zu kontrollieren. Hierbei spielen besonders nichtlineare Effekte eine wichtige Rolle, weil diese eine Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Lichtfeldern ermöglichen. Vor diesem Hintergrund hat sich in den letzten Jahren ein aktives Forschungsfeld entwickelt und insbesondere die Untersuchung von photonischen Strukturen hat hier viele interessante Ansätze hervorgebracht.

Ein wichtiges Gebiet innerhalb dieses Themenkomplexes untersucht dabei die Eigenschaften und Möglichkeiten sogenannter photonischer Gitter. Die grundlegende Idee hinter diesen Strukturen ist es, den Brechungsindex eines Materials periodisch zu modulieren und dadurch die Propagationseigenschaften von Licht gezielt zu beeinflussen. Ist das betrachtete Material zusätzlich noch nichtlinear, so können sich aus dem Zusammenspiel von Strukturierung und Nichtlinearität völlig neue Phänomene ergeben.

Das Thema dieser Arbeit ist die Erzeugung von Kaustiken in räumlich maßgeschneiderten Lichtfeldern und ihre nichtlineare Propagation in einem photorefraktiven Kristall. Kaustiken manifestieren sich dabei als geometrische Strukturen mit Intensitätssingularitäten, entsprechend beschrieben durch die Katastrophentheorie. Die zugehörigen Strahlen, z.B. der Airy, Pearcey und weitere kaustische Strahlen höherer Ordnung, zeigen einzigartige Eigenschaften, wie die Propagation des Lichtfeldes auf gekrümmten Bahnen. Daher sind dieserart Lichtfelder besonders geeignet um gekrümmte Wellenleiterstrukturen oder weitaus komplexere Brechungsindexstrukturen in photosensitive Materialien zu schreiben. Diese Abschlussarbeit bietet vielseitige Möglichkeiten der Untersuchung - wir arbeiten experimentell, simulieren die Propagation des Lichtfeldes numerisch und berechnen analytisch die geometrischen Strukturen der Kaustiken.

Diese Abschlussarbeit ist geeignet für engagierte Studentinnen und Studenten, die sich für Optik und Photonik interessieren und an aktueller Forschung mitarbeiten möchten. Eigenständiges wissenschaftliches Arbeiten, die Justage optischer Komponenten sowie grundlegende Programmieraufgaben sind Teile der täglichen Laborarbeit und sollen erlernt werden. Auch die Interpretation und Präsentation der eigenen Ergebnisse sind Teil einer solchen Abschlussarbeit. Die Bereitschaft zur Einarbeitung in (englischsprachige) Fachliteratur wird vorausgesetzt.

Ansprechpartner: Alessandro Zannotti.