Nanolokalisierung von zeitumgekehrten kohärenten optischen Feldern in ungeordneten streuenden Medien

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Pfeiffer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 138444098

Das Fernfeld eines in eine nanoskalige ungeordnete streuende Matrix eingebetteten Lichtemitters enthält Information über die lokalisierte Emission. Aufgrund der Umkehrbarkeit elektromagnetischer Felder erzeugt das zeitumgekehrte Feld der auslaufenden Welle eine Anregung in dem Medium, die räumlich unterhalb des Beugungslimits am ursprünglichen Emitter fokussiert wird. Im Mikrowellenbereich wurde diese Nanolokalisierung durch das selektive Adressieren von Mikrowellenantennen, die lediglich λ/30 voneinander entfernt waren, demonstriert (G. Lerosey, et al., Science 315 (2007) 1120). In diesem Projekt wollen wir auch in der zweiten Förderperiode diese auf der Zeitumkehr der auslaufenden Felder basierende Nanolokalisierung von Strahlung erstmals im sichtbaren Spektralbereich demonstrieren. Die in der ersten Förderperiode durchgeführten theoretischen und experimentellen Arbeiten haben gezeigt, dass nanotexturierte Schichtmaterialien wie sie zur Effizienzsteigerung von Dünnschichtsolarzellen verwendet werden hervorragend geeignet sind, die Lichtlokalisierung in einer Dimension zu demonstrieren. Die Phase und Amplitude der gestreuten Strahlung wird durch spektrale Interferenz mit bandbreitebegrenzten Referenzpulsen bestimmt. Ein Vektorfeld-Pulsformer erlaubt die Präparation des zeitumgekehrten Feldes. Der Nachweis, dass die zeitumgekehrten Felder tatsächlich raumzeitlich fokussiert werden wird durch Messung der 2-Photonen Fluoreszenzausbeute erbracht. Der Vergleich von adaptiv optimierten und ungeformten Pulsen erlaubt die Untersuchung der Effizienz der Nanolokalisierung zeitumgekehrter Felder. Nanopartikelaggregate werden eingesetzt, um mit der gleichen Methodik die Lokalisierung zeitumgekehrter Felder in drei Dimensionen zu demonstrieren. Neben der Demonstration der Nanolokalisierung wird experimentell und theoretisch untersucht wie die Nanolokalisierung durch die Dissipation im Medium, den Polarisations-Freiheitsgraden und durch die Gestaltung der Nanoantennen beeinflusst wird. Neben der Fragestellung der Nanolokalisierung zeitumgekehrter Felder werden auch adaptive Optimierungen der Lichtausbreitung und Lokalisierung in ungeordneten streuenden Medien untersucht. Die bislang durchgeführten Modellrechungen zeigen, dass dabei im Vergleich zur Nanolokalisierung zeitumgekehrter Felder wesentlich bessere Selektivität der lokalen Anregung zu erwarten ist. Ziel ist die Demonstration einer raumzeitlichen Anregungsteuerung in geeignet strukturierten und mit Farbstoffen funktionalisierten Nanoantennen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1391: Ultrafast Nanooptics