Nichtlineare Photonik (Prof. Dr. C. Denz)
Spontane Musterbildung in optisch aktiven Rückkopplungssystemen
Die spontane selbstorganisierte Ausbildung von räumlichen Strukturen fernab des thermischen
Gleichgewichts ist ein aktuelles und stark interdisziplinäres Forschungsgebiet, in dem eng verwandte
Phänomene in unterschiedlichsten Systemen untersucht und system- und disziplinübergreifend
beschrieben werden. Optische Rückkopplungssysteme, in denen Laserstrahlen mit nichtlinearen
Materialien wie etwa Flüssigkristallsystemen oder Festkörpern (z.B. photorefraktive Kristalle)
wechselwirken, können bei Zufuhr von Energie über einen Schwellwert hinaus solche emergente
Verhaltensweisen von selbstorganisiert auftretenden regelmäßigen räumlichen Strukturen
über singuläre lokalisierte Strukturen bis hin zu räumlichem und zeitlichem Chaos zeigen. Der
Bildung dieser selbstorganisierten Strukturen liegen allgemeine Gesetzmäßigkeiten zugrunde, die in
unserer Arbeitsgruppe am Beispiel der photorefraktiven Nichtlinearität und der optisch adressierbaren
Flüssigkristall-Nichtlinearität in Modellexperimenten untersucht und mit theoretischen
Modellierungen und numerischen Simulationen beschrieben werden. Neben
dem grundlegenden Verständnis, das durch diese Systeme für die Entstehungsmechanismen von
chaotischem und selbstorganisiertem 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 Strukturbildung. Dazu wird in unserem Forschungsprojekt die
Rückkopplung systematisch transversal und dynamisch strukturiert, wobei sowohl Methoden der
Raumfrequenzfilterung, als auch der stochastischen Resonanz, sowie extern generierte optische Steuersignale
genutzt werden. Das Projekt wird insbesondere klären, inwiefern Informationen von nichtlinean 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:
Beteiligte Wissenschaftler:
Veröffentlichungen:
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