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

Lokalisierte Strukturen in der transversalen nichtlinearen Optik

Neben der Möglichkeit der spontanen Bildung von ausgedehnten räumlichen Strukturen (oft periodischer Muster) können in dissipativen Systemen fern vom thermodynamischen Gleichgewicht auch isolierte, in engen räumlichen Bereichen großamplitudige Abweichungen vom homogenen Zustand auftreten, sogenannte lokalisierte Strukturen. Man spricht auch von solitären Strukturen oder dissipativen Solitonen. In optischen Systemen werden lokalisierte Strukturen als Grundelement für neue Methoden der Informationsverarbeitung diskutiert und sind deshalb vom Standpunkt des Anwenders von potentieller Bedeutung. Wegen der Möglichkeit, in geeignet ausgewählten optischen Systemen einen detaillierten Vergleich von Theorie und Experiment durchzuführen, sind lokalisierte optische Strukturen aber auch von grundsätzlichem Interesse.

In einem von uns seit längerer Zeit untersuchten und experimentell und theoretisch gut beherrschten nichtlinearen optischen System (Alkalimetalldampf mit optischer Rückkopplung) wurden im Berichtszeitraum systematisch die Eigenschaften lokalisierter Strukturen experimentell untersucht und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Die Ergebnisse ermöglichen neue Einsichten in das Wechselwirkungsverhalten von lokalisierten Strukturen und in den Zusammenhang zwischen lokalisierten Strukturen und ausgedehnten Mustern. Ausserdem wurden Demonstrationsexperimente zu einigen der in der Literatur vorgeschlagenen Anwendungen gemacht und die transiente Dynamik des An- und Abschaltens lokalisierter Strukturen vermessen. Neueste Untersuchungen beschäftigen sich mit den Eigenschaften von Polarisationsdomänen und lokalisierten Strukturen aufgrund symmetriebrechender Bifurkationen des homogenen Zustandes.

Drittmittelgeber:

Deutscher Akademischer Austauschdienst, European Science Foundation

Beteiligte Wissenschaftler:

HDoz. Dr. Thorsten Ackemann, Dipl.-Phys. Monika Bölscher, Dr. P. Colet (Palma de Mallorca), Dr. D. Gomila (Palma de Mallorca), Dipl.-Phys. Florian Huneus, Prof. Dr. Wulfhard Lange, Dipl.-Phys. Matthias Pesch, Dr. Burkhard Schäpers

Veröffentlichungen:

Schäpers, B., T. Ackemann, and W. Lange: Characteristics and possible applications of localized structures in an optical pattern-forming system, Proc. SPIE 4271, 130-137, 2001

Schäpers, B., T. Ackemann, W. Lange: Robust control of switching of localized structures and its dynamics in a single-mirror feedback scheme, J. Opt. Soc. Am. B 19, 707 (2002)

Schäpers, B., T. Ackemann, W. Lange: Properties of Feedback Solitons in a Single-Mirror Experiment, IEEE Journal of Quant. Electronics 39, 227 (2003)