Untersuchung der Rausch- und Kohärenz-Eigenschaften der Superkontinuumsgeneration in nicht-instantanen Flüssigkernfasern

• Antragsteller: Professor Dr. Markus A. Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264438699

Die Superkontinuumsgeneration (SKG) ermöglicht die Verteilung elektromagnetischer Energie mittels nichtlinearer optischer Effekte über definierte Spektralbereiche. Eine besonders effektive Verbreiterungsmethode beruht auf der Spaltung von Solitonen höherer Ordnung in fundamentalen Solitonen innerhalb von optischen Fasern, welche mit der Emission von dispersiven Wellen einhergeht. Die SKG ergibt sich aus nichtlinearen Materialantworten, was in einer vergleichsweise hohen Störanfälligkeit für Phasen- und Amplitudenrauschen resultiert. Diese führt zu Variationen innerhalb des Ensembles von Spektren, was für Anwendungen, welche einzelne Spektren benötigen, nachteilig sein kann. Dies macht es erforderlich, die Korrelation zwischen einzelnen Spektren, d.h. die Kohärenz des SKG-Prozesses zu untersuchen. Innerhalb von Fasern, welche komplett aus Glas bestehen, entwickelt sich die SKG von einem kohärenten in einen inkohärenten Zustand für ansteigende Spitzenleistungen oder längere Pulse, was zur Definition des Kohärenzlimits geführt hat, welches über die Solitonenzahl definiert ist. Dieses Limit ist grundsätzlich mit der instantanen zeitlichen Antwort der verwendeten Festkörpermaterialien verbunden. Im Rahmen des Vorgängerprojektes wurden in Simulationen erste Hinweise darauf gefunden, dass Fasern mit flüssigen Kernen eine hochkohärente SKG bei Solitonenzahlen erlauben, welche für Komplettglassysteme inkohärente Spektren liefern. Diese Verbesserung hängt mit dem nicht-instantanen Beitrag der nichtlinearen Antwort des flüssigen Kerns zusammen, die aus molekularen Prozessen resultiert. Diese spezielle Antwort ist ausschließlich auf die flüssige Umgebung zurückzuführen und kommt in festen Materialien nicht vor.Das Ziel des Projekts ist es, den Einfluss eines nicht-instantanen Beitrags zur nichtlinearen zeitlichen Antwortfunktion in Hinsicht auf die Kohärenzeigenschaften von Superkontinua, welche in Fasern mit flüssigem Kern erzeugt werden, zu verstehen. Ein Einzelnen adressiert das Projekt die Untersuchung des Rauschens und des Korrelationsgrades erster Ordnung innerhalb des Ensembles der erzeugten Spektren sowohl aus theoretischer als auch insbesondere aus experimenteller Sicht. Beispielsweise wird der Einfluss einer hybriden Antwortfunktion auf die Solitonenspaltung und die Generation dispersiver Wellen untersucht auch in Hinblick darauf, ob diese Beschreibungen die ablaufende Physik korrekt wiedergeben. Eine weitere Fragestellung ist das Kohärenzlimit, wobei erste Hinweise darauf hindeuten, dass das Flüssigkernfaserkonzept ein Durchbrechen dieser Grenze und somit kohärente SKG bei höheren Eingangsleistungen ermöglicht. Insgesamt zielt das Projekt darauf ab, neue nichtlineare Physik in Bezug auf die Kohärenz innerhalb von Soliton-basierter SKG auf der Basis einer Wellenleiterplattform, die eine hybride zeitliche Antwortfunktion beinhaltet, zu demonstrieren, was für Anwendungen, welche auf einzelnen Spektren basieren, hochgradig relevant ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen