Nichtlineare Optik und Quantenoptik (Prof. Dr. W. Lange, HDoz. Dr. T. Ackemann)
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. In der Optik ist eine
abgeschwächte Form raumzeitlich irregulärer Zustände oder von raumzeitlichen Chaos
als optische Turbulenz bekannt. Wegen der Komplexität der auftretenden Phänomene und
wegen der großen mathematischen Schwierigkeiten bei der Behandlung der nichtlinearen partiellen
Differentialgleichungen, die derartige 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. Im Berichtszeitraum haben wir uns auf eines der einfachsten dynamischen Phänomene
konzentriert, nämlich zeitabhängige Targetmuster und rotierende Spiralen, die unterschiedliche
Armzahlen besitzen können. Wir konnten zeigen, dass selbstinduzierte Phasengradienten, die in einem
Gaussschen Strahl auftreten, bei der Entstehung dieser Strukturen eine entscheidende Rolle spielen.
Kürzlich wurde mit freundlicher Unterstützung durch Prof. Dr. Friedrich vom Institut für
Theoretische Physik eine lineare Stabilitätsanalyse des unstrukturierten, aber inhomogenen Zustandes
durchgeführt, der sich in einem Gaussschen Strahl einstellt. Bei der Analyse wurden auch azimutale
Störungen zugelassen. Die Rechnungen machen die Multistabilität zwischen verschiedenen
Strukturen plausibel und es ergeben sich Ansätze für ein physikalisches Verständnis der
Selektion der bei unterschiedlichen Parameterkombinationen bevorzugt auftretenden Spiraltypen.
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