Fachbereich 11 - Physik
Institut für Angewandte Physik
Nichtlineare Photonik (Prof. Dr. Cornelia Denz)

Spontane Musterbildung in optisch aktiven Rückkopplungssystemen

Optische Systeme, in denen Laserstrahlen mit nichtlinearen Materialien wie etwa Gasen, Flüssigkristallen oder Festkörpern (z.B. photorefraktive Kristalle) wechselwirken, können bei Zufuhr von Energie über einen Schwellwert hinaus Verhaltensweisen zeigen, die nicht mehr vorhersagbar sind. So entstehen zeitlich und räumlich chaotische Verhaltensweisen. Aus diesen wiederum können spontan neuartige, regelmäßige Strukturen, wie z.B. hexagonale Strahlmuster herauswachsen und aufrechterhalten werden - aus Chaos kann durch Selbstorganisation wieder Ordnung entstehen. Der Bildung dieser selbstorganisierten Strukturen liegen allgemeine Gesetzmäßigkeiten zugrunde, die in theoretischen Modellierungen und numerischen Simulationen in unserer Arbeitsgruppe am Beispiel der photorefraktiven Nichtlinearität beschrieben werden. Solche Effekte können durch Methoden der Chaostheorie erklärt und mit verschiedenen Methoden der definierten Rückkopplung stabilisiert werden.

Neben dem grundlegenden Verständnis, das durch diese Systeme für die Entstehungsmechanismen von chaotischem 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 Musterbildung. Dazu wird in unserem Forschungsprojekt die Rückkopplung systematisch transversal und dynamisch strukturiert, wobei sowohl Methoden der Raumfrequenzfilterung als auch der stochastischen Resonanz genutzt werden. Das Projekt wird insbesondere klären, inwiefern Informationen von nichtlinear optischen musterbildenden Systemen übertragen werden können. Es werden die notwendigen Voraussetzungen geschaffen, die den Einsatz als Bauelement im Rahmen der rein optischen Informationsverarbeitung als Fernziel dieser Untersuchungen ermöglichen sollen.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Deutscher Akademischer Austauschdienst

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Cornelia Denz (Leiterin), Dipl.-Phys. Philip. Jander, cand.-phys. Oliver Kemps, Dr. Alexander V. Mamaev (University of Wisconsin at Madison, USA), Prof. Dr. M. Saffman (University of Wisconsin at Madison, USA), Dr. Michael Schwab (TU Darmstadt)

Veröffentlichungen:

M. Schwab, C. Denz, M. Saffman: "Manipulation of optical patterns by frequency detuning of the pump beams", Trends in Optics and Photonics Vol. 42 (2001) 621 - 629

M. Schwab, C. Denz, A.V. Mamaev, M. Saffman: "Manipulation of optical patterns by frequency detuning of the pump beams", Journ. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 3 (2001) 318 - 327

M. Schwab, C. Denz, M. Saffman: Transverse modulational instability in counterpropagating two-wave mixing with frequency detuning of the pump beams, J. Opt. Soc. Am. B 18 (2001) 628-638

M. Schwab, C. Denz, M. Saffman: Multiple-pattern stability in a photorefractive feedback system, Appl. Phys. B 69 (1999) 429-433

M. Schwab, M. Saffman, C. Denz, T. Tschudi: Fourier control of pattern formation in an interferometric feedback configuration, Opt. Commun. 170 (1999) 129-136

M. Schwab, C. Denz, M. Saffman: Multiple stability and pattern control in a photorefractive feedback system, Trends in Optics and Photonics (OSA TOPS) 27 (1999) 424