Transversale nichtlineare Optik

Bei hohen Intensitäten, wie sie in Laserstrahlen auftreten können, wird die Wechselwirkung des Strahlungsfeldes mit Materie nichtlinear. Daher ist bereits kurz nach Erfindung des Lasers die "nichtlineare Optik" als neuer Zweig der Optik entstanden. Die Nichtlinearitäten haben unter anderem zur Folge, daß sich in der Ebene senkrecht zur Strahlausbreitung die Intensitätsverteilung gegenüber dem linearen Fall stark ändern kann. Insbesondere können sich spontan sogar ausgeprägte Strukturen ausbilden. Derartige "transversale nichtlineare optische Effekte" können bei der Anwendung von Lasern als Störung auftreten; andererseits gibt es eine Reihe von Vorschlägen zur Nutzung dieser Phänomene. Bevor sie praktikabel wird, sind allerdings noch zahlreiche wissenschaftliche Probleme zu lösen. Zudem hat sich in letzter Zeit gezeigt, daß nichtlineare optische Systeme hervorragend geeignet sind, um grundsätzliche Fragen der Strukturentstehung zu untersuchen. Dies ist das primäre Ziel des Projektes. Letzlich sollten so Beiträge zu dem allgemeinen Problem der Morphogenese in der Natur geleistet werden können.

Der Vorteil optischer Systeme liegt darin, daß in geeignet ausgewählten Fällen verläßliche mathematische Modelle angegeben werden können, so daß ein detaillierter Vergleich zwischen Theorie und Experiment möglich wird. Darüberhinaus bieten optische Systeme die Möglichkeit, in Echtzeit Fouriertransformationen durchzuführen und fourieroptische Methoden anzuwenden. Im Rahmen des Projektes wurde gezeigt, daß damit weitreichende Aussagen über strukturbildende Prozesse möglich werden. Insbesondere konnten Aussagen über bisher unbekannte Phänomene gemacht werden, die weit oberhalb der Schwelle zur Strukturbildung auftreten.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. Thorsten Ackemann, Dr. Andreas Aumann, Dr. Andreas Gahl, Dipl.-Phys. Benedikt Giese, Dr. Henri Grassi (Nice), Dipl.-Phys. Edgar Große Westhoff, geb. Büthe, Dr. Ramon Herrero (Barcelona), Dipl.-Phys. Volker Kneisel, Prof. Dr. Wulfhard Lange, Dr. Yuri Logvin, Dr. Michael Möller, Prof. Dr. Gian Luca Lippi (Nice), Dipl.-Phys. Jens Seipenbusch, Dipl.-Phys. Burkhard Schäpers, Dipl.-Phys. Michael Tegeler, Prof. Jorge Tredicce (Nice)

Veröffentlichungen:

Ackemann, T., B. Giese, B. Schäpers, W. Lange: Investigations of pattern forming mechanism by Fourier filtering: Properties of hexagons and the transition to stripes in an anisotropic system. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 1, 70 (1999)

Ackemann, T., A. Aumann, Yu.A. Logvin: Modulational instability and beam splitting in the nonlinear light propagation in sodium vapor. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 1, 90 (1999)

Gahl, A., A. Aumann, M. Möller, W. Lange: Lateral beam splitting in sodium vapour: magneto-optical origin and polarization competition effects. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 1, 121 (1999)

Lippi, G.L., H. Grassi, T. Ackemann, A. Aumann, B. Schäpers, J.P. Seipenbusch, J.R. Tredicce: Bistability and transients in CO2 laser patterns. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 1, 161 (1999)

Aumann, A., E. Große Westhoff, R. Herrero, T. Ackemann, W. Lange: Interplay of dispersion and absorption in a new optical pattern-forming system. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 1, 166 (1999)

Lange, W., T. Ackemann, A. Aumann, E. Büthe, Yu.A. Logvin: Atomic vapors - a versatile tool in studies of optical pattern formation. Chaos, Solitons & Fractals 10, 617 (1999)

Herrero, R., E. Große Westhoff, A. Aumann, T. Ackemann, Yu.A. Logvin, W. Lange: Twelvefold quasiperiodic patterns in a nonlinear optical system with continuous rotational symmetry. Phys. Rev. Lett. 82, 4627 (1999)

Aumann, A., E. Große Westhoff, T. Ackemann, W. Lange: Magnetic Field Control over Microscopic Symmetry Properties of an Optical Pattern Forming System: Experiment. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 2, 421 (2000)

Logvin, Yu.A., A. Aumann, M. Tegeler, T. Ackemann, W. Lange: Magnetic Field Control over Microscopic Symmetry Properties of an Optical Pattern Forming System: Theory. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 2, 426 (2000)

Große Westhoff, E. , V. Kneisel, Yu.A. Logvin, T. Ackemann, W. Lange: Pattern formation in the presence of an intrinsic polarization instability. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 2, 386 (2000)

Ackemann, T., W. Lange: Optical pattern formation in alkali metal vapors: Mechanism, phenomena and use. Appl. Phys. B 72, 21 (2001)