Komplexe Lichtfelder und singuläre Optik

„3D-Energiefluss in komplexen Phasen- und Polarisationsstrukturen“ -- Untersuchung von Bahn- und Spindrehimpuls in maßgeschneiderten Lichtfeldern

Im Rahmen einer Masterarbeit soll der dreidimensionale Energiefluss in maßgeschneiderten Lichtfeldern in Hinblick auf nichtlineare Dynamiken, auftretende Singularitäten und auch unterschiedliche Anwendungen untersucht werden. Besonders interessant sind hierbei komplexe Phasen- und Polarisationsstrukturen, welche sowohl Bahn- als Spindrehimpuls beinhalten, die den Energiefluss maßgeblich definieren. Des Weiteren treten in derartigen Lichtfeldern Singularitäten in Phase und Polarisation auf, welche ebenfalls außergewöhnliche Dynamiken aufweisen.

Komplexe Lichtfelder sind ein essentieller Part der modernen Optik, welcher ein großes Spektrum an unterschiedlichen Anwendungsgebieten, wie die optische Mikromanipulation, Materialbearbeitung, hochauflösende Bildgebung, Quantenoptik oder neuartige Informationstechnologien, bietet. Neben der räumlichen Modulation von Amplitude und Phase, dient seit einiger Zeit auch die Polarisationsmodulation als ein neuer, zusätzlicher Freiheitsgrad in vielen Anwendungen. Maßgeschneiderte Lichtfelder ermöglichen zusätzlich die Untersuchung ungelöster, fundamentaler Fragen der Photonik, z.B. im Gebiet der singulären Optik: durch eine räumliche Variation der Freiheitsgrade des Lichtes können Singularitäten in Intensität, Phase und Polarisation umgesetzt und analysiert werden. In Lichtfeldern mit kombinierter Phasen- und Polarisationsmodulation können sowohl variierendem Bahn- als auch Spindrehimpuls auftreten, wodurch komplexe Energieflussstrukturen generiert werden können.

Durch unterschiedliche holographische Erzeugungsmethoden ist es uns möglich maßgeschneiderte, dreidimensionale Energieflussstrukturen komplexer Dynamiken zu realisieren. Unter anderem können Variationen in Flussgeschwindigkeit sowie in dem Auftreten von transversalen verschiedenartigen Fixpunkten umgesetzt und analysiert werden. Hierbei sind insbesondere sogenannte selbstabbildende Lichtfelder von Interesse, bei welchen sich während der Propagation spezielle transversale Ebenen des Feldes wiederholen. Diese Felder können sowohl skalare (homogene Polarisationsverteilung) als auch vektorielle (variierende Polarisationsverteilung) Charakteristika aufweisen und bieten damit unterschiedliche, Ansätze zur Erzeugung von dreidimensionalen Phasen- und Spinflussstrukturen.

Im Rahmen der Arbeit sollen theoretisch und experimentell neuartige, dreidimensionale Energieflussstrukturen in phasen- als auch polarisationsmodulierten komplexen Lichtfeldern untersucht werden. Auftretenden Fixpunkte sowie Singularitäten in Phase und Polarisation sollen in Hinblick auf das sehr aktuelle Gebiet der singulären Optik sowie nichtlineare Dynamiken des Flusses analysiert werden. Des Weiteren sollen mögliche Anwendungen in bspw. der optischen Mikromanipulation berücksichtigt werden.

In unserem „Structured Light“-Team aus Studenten und Doktoranden der AG „Nichtlineare Photonik“ besprechen wir regelmäßig unsere Laborergebnisse, Probleme und Ideen und stellen aktuelle Paper vor.

Wir suchen engagierte Studentinnen und Studenten, die sich für Optik und Photonik interessieren und an aktueller Forschung mitarbeiten möchten.  

Ansprechpartner: Bei Interesse können Sie sich an Eileen Otte wenden. Wir zeigen gerne unsere Labore und stellen die angebotenen Themen im Bereich Komplexe Lichtfelder & singuläre Optik vor.