Waveguide arrays with spatially inhomogeneous nonlinearity
Final Report Abstract
Das Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Untersuchung der optischen Wellenausbreitung in eindimensionalen photonischen Gittern oder Wellenleiterarrays, in denen die wirksame Nichtlinearität inhomogen verteilt ist. Zunächst wurden die erwarteten Effekte wie nichtreziprokes Reflexionsverhalten an sägezahnförmigen nichtlinearen Defekten sowie die Bildung von Solitonen bei lokal begrenzten nichtlinearen Bereichen zusammen mit Kooperationspartnern in zwei theoretischen Arbeiten untersucht. Hieraus sind zwei Zeitschriftenpublikationen entstanden. Parallel dazu haben wir nichtlineare Wellenleiterarrays in Lithiumniobat hergestellt, in welchen eine inhomogene Dotierung mittels Eindiffusion über die Oberfläche der Wellenleiterarrays erfolgte. Für die zu Beginn des Vorhabens favorisierte lokale photorefraktive Dotierung mit Kupfer haben wir im Laufe der Messungen an so hergestellten Wellenleiterarrays herausgefunden, dass die tatsächliche Konzentration von Cu2+ und der damit verbundene Wert der maximalen nichtlinearen Brechzahländerung kleiner als erwartet ist. Daher war es so nicht möglich, das theoretisch vorhergesagte nichtlineare Verhalten im Experiment zu beobachten. Gleichzeitig wurden die Arbeiten hierdurch stark verzögert. Es wurden anschließend Experimente zur alternativen Dotierung mit Eisen als photorefraktive Störstelle durchgeführt. Hierbei trat erschwerend auf, dass durch Eisen bereits ein linearer lokaler Defekt (positive Brechzahländerung) induziert wird; diesen haben wir daher durch simultane Kodiffusion von Magnesium (negative Brechzahländerung) versucht auszugleichen. Durch die Doppeldotierung mit Eisen und Magnesium war es dann möglich, Wellenleiterarrays mit räumlich inhomogen verteilter Nichtlinearität herzustellen. Die durch das Eisen induzierte lineare Brechzahländerung konnte durch das Magnesium fast vollständig kompensiert werden. In weiteren Arbeitsschritten soll die Kompensation weiter optimiert werden. Erste Messungen an solchen Proben mit einem sägezahnförmigen nichtlinearen Defekt zeigen ein asymmetrisches Reflexions- und Transmissionsverhalten, wie wir es theoretisch vorhergesagt haben. Daher sollen mit den zuletzt hergestellten Proben, die mehrere Wellenleiter umfassende Gradienten in der Nichtlinearität aufweisen, diese Messungen fortgeführt werden, so dass diese in einer Publikation zusammengefasst werden können. Geplant sind auch Experimente an alternativen Verteilungen der Nichtlinearität. Zu nennen sind hier einzelne nichtlineare Kanäle, binäre Übergitter oder ausgedehnte Gradienten.
Publications
- Asymmetric wave propagation through saturable nonlinear oligomers. Photonics 1, 390-403 (2014)
D. Law, J. D'Ambroise, P.G. Kevrekidis, D. Kip
(See online at https://dx.doi.org/10.3390/photonics1040390) - Bright discrete solitons in spatially modulated DNLS systems. J. Phys. A: Math. Theor. 48, 345201 (2015)
P. G. Kevrekidis, R. L. Horne, N. Whitaker, Q. E. Hoq, D. Kip
(See online at https://doi.org/10.1088/1751-8113/48/34/345201)
