Fachbereich 11 - Physik
Institut für Angewandte Physik
Nichtlineare Optik und Strukturbildung (Prof. Dr. W. Lange)

Dynamik selbstorganisierter optischer Strukturen

Spontan entstehende Strukturen sind oft nicht stationär, sondern zeigen eine ausgeprägte Dynamik. Ein Musterbeispiel hierfür ist die Turbulenz in der Hydrodynamik. Eine abgeschwächte Form von raumzeitlicher Irregularität oder von raumzeitlichem Chaos ist als schwache oder optische Turbulenz bekannt. Wegen der Komplexität der auftretenden Phänomene und wegen der großen mathematischen Schwierigkeiten bei der Behandlung der zeitabhängigen nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen, die in der Regel die betreffenden Systeme beschreiben, bestehen noch sehr viele offene Fragen.

Im vorliegenden Projekt wird versucht, an einem nichtlinearen optischen System (Alkalimetalldampf mit optischer Rückkopplung) das dynamische Verhalten selbstorganisierter optischer Strukturen zu untersuchen. Neben ersten Untersuchungen zu raumzeitlich irregulären Zuständen wurden im wesentlichen zunächst Phänomene mit einer sehr einfachen Zeitabhängigkeit ausgewählt, etwa die Driftbewegung einfacher periodischer Strukturen oder das Auftreten von zeitabhängigen Targetmustern und von rotierenden spiralförmigen Strukturen. Dabei ist die radiale Bewegungsrichtung der Spiralen und Targets in dem hier untersuchten System nach innen gerichtet, während in fast allen anderen musterbildenden Systemen eine Bewegung nach aussen auftritt. Es wurde gezeigt, dass diese Auswahl der Bewegungsrichtung durch Phasengradienten erzeugt wird, die durch das Strahlprofil des im Experiment verwendeten gaußförmigen Laserstrahles induziert werden. Die Bewegungsrichtung kann durch geeignete Strahlformung umgekehrt und damit kontrolliert werden.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

HDoz. Dr. Thorsten Ackemann, Dr. Andreas Aumann, Dipl.-Phys. Florian Huneus, Dipl.-Phys. Monika Bölscher, Prof. Dr. Wulfhard Lange, Dr. Burkhard Schäpers

Veröffentlichungen:

Aumann, A., T. Ackemann, E. Große Westhoff, W. Lange: Transition to spatiotemporally irregular states in a single-mirror feedback system, Int. J. Bif. Chaos 11, 2789-2807, 2001

Huneus, F., B. Schäpers, T. Ackemann, and W. Lange: Optical target and spiral patterns in a single-mirror feedback scheme, Appl. Phys. B 76, 191-197, 2003