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

Komplexe räumliche optische Solitonen

Eine der wichtigsten Manifestationen einer optischen Nichtlinearität, die einen intensitätsabhängigen Brechungsindex hervorruft, ist die spontane Selbstfokussierung eines optischen Strahls aufgrund von Linsenbildung im nichtlinearen Medium. Für den Fall, dass die Stärke der Fokussierung gerade die Strahldivergenz durch Beugung kompensiert, kann ein räumliches optisches Soliton gebildet werden - ein selbststabilisierter Strahl, der seine Form während der Propagation nicht ändert. In einem selbstfokussierenden Medium besitzen diese hellen Solitonen im stationären Zustand eine radiale Symmetrie. Alle Strahlen mit einer komplexeren Geometrie, wie diejenigen, die einen Drehimpuls tragen, zerfallen jedoch in eine Vielzahl von hellen räumlichen Solitonen, sogenannte selbstgeführte Filamente.

Die Frage, ob auch solche komplexen Strahlformen selbstgeführt werden können, ohne in Filamente zu zerfallen, ist zum einen im Hinblick auf die Möglichkeit, inkohärente räumliche optische Solitonen zu realisieren, von entscheidender Bedeutung. Unter komplexen Strahlformen können hier ganz allgemein sowohl Strahlformen mit komplexer transversaler Geometrie wie z.B. modenförmigen Strukturen, verstanden werden, aber auch Strahlformen mit Polarisations- oder Wellenlängemodulation oder Strahlformen, die aus gegenläufigen solitären Strukturen entstehen. Zum anderen ist Analogie zu Teilchenmodellen offensichtlich. Während einfache Solitonen als "Lichtatome" bezeichnet werden, können komplexe Strahlformen als "Lichtmoleküle" angesehen werden.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Deutscher Akademischer Austauschdienst, Alexander-von-Humboldt-Stiftung, FAZIT-Stiftung

Beteiligte Wissenschaftler:

Dipl.-Phys. M. Ahles (TU Darmstadt), Prof. Dr. Milivoj Belic (Universität Belgrad, Jugoslawien), Prof. Dr. Cornelia Denz (Leiterin), Dr. Anton S. Desyatnikov, Dipl.-Phys. Ph. Jander, Prof. Dr. F. Kaiser (TU Darmstadt), Prof. Dr. Yuri S. Kivshar (University of Canberra, Australien), Dr. Wieslaw Krolikowski (University of Canberra, Australien), Dr. Glen McCarthy (University of Canberra, Australien), Dipl.-Phys. Kristian Motzek (TU Darmstadt), cand. phys. Jochen Schröder, Dr. A. Stepken (TU Darmstadt), Dipl.-Phys. Carsten Weilnau

Veröffentlichungen:

C. Weilnau, M. Ahles, J. Petter, D. Träger, J. Schröder, C. Denz: Spatial (2+1)dimensional scalar and vector solitons in saturable media, Annalen der Physik 11.9 (2002) 573-629

A.S. Desyatnikov, J. Kivshar, K. Motzek, F. Kaiser, C. Weilnau, C. Denz: Multicomponent dipole spatial solitons, Opt. Lett. , 27 (2002) 634

M. Ahles, K. Motzek, A. Stepken, F. Kaiser, C. Weilnau, C. Denz: "Stabilization and breakup of coupled dipole-mode beams in an anisotropic nonlinear medium", Journ. Opt. Soc. Am. B 19 (2002) 557

K. Motzek, F. Kaiser, C. Weilnau, C. Denz, G. McCarthy, W. Krolikowski, A.S. Desyatnikov, C. Denz, Yu.S. Kivshar: Multi-component vector solitons in photorefractive crystals, Opt. Comm. 209 (2002) 501

C. Weilnau, C. Denz, W. Krolikowski, M Geisser, G. McCarthy, B. Luther-Davies, E.A. Ostrovskaya, Y. Kivshar: "Observation of dipole-mode vector solitons", Kapitel im Buch "Soliton-driven photonics", Eds. A.D. Boardman, A.P. Sukhorukov Kluwer Academic Publisher (2001), p. 229 - 234

C. Weilnau, C. Denz, M. Ahles, A. Stepken, K. Motzek, F. Kaiser: "Generation of higher-order optical (2+1)dimensional spatial vector solitons in a nonlinear anisotropic medium", Phys. Rev. E 64 (2001) 056601

K. Motzek, A. Stepken, F. Kaiser, M.R. Belic, M. Ahles, C. Weilnau, C. Denz: "Dipole-mode vector solitons in anisotroptic photorefractive media", Opt. Comm. 197 (2001) 161 - 167

C. Weilnau, C. Denz, M. Ahles, K. Motzek, A. Stepken, F. Kaiser: "Spatial (2+1)d higher-order vector solitons in a photorefractive medium", OSA TOPS Vol 42 (2001) 454 - 463

C. Weilnau, W. Krolikowki, E. A. Ostrovskaya, M. Ahles, M. Geisser, G. McCarthy, C. Denz, Y. Kivshar, B. Luther-Davies: "Composite spatial solitons in a saturable nonlinear bulk medium", Applied Physics B 72 (2001) 723 - 727

W. Krolikowski, B. Luther-Davies, G. McCarthy, M. Geisser, Y. Kivshar, E. Ostrovskays, C. Weilnau, C. Denz, J.J. Garcia-Ripoll, V. Perez-Garcia: "Molecules of Light: dipole-mode vector solitons", Sonderband "Optics in 2000", Optics and Photonics News, Dezember 2000, p. 36

C. Denz, W. Krolikowski, J. Petter, C. Weilnau, T. Tschudi, M.R. Belic, F. Kaiser, A. Stepken: "Dynamics of formation and interaction of photorefractive screening solitons", Phys. Rev. E 60 (1999) 6222