Fourier-Optik und Lichtspeicherung mit nichtlinearen Fronten

• Antragsteller: Dr. Alexander Petrov
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493328928

In diesem Projekt entwerfen wir den Weg zur experimentellen Realisierung verschiedener indexfrontinduzierter optischer Übergänge nahe der Bandkante eines periodischen Wellenleiters. Lichtspeicherung, Zeitlinse und die Erzeugung beliebiger Wellenformen sind geplant. Zu diesem Zweck schlagen wir vor, Siliziumwellenleiter mit Bragg-Gittern zu verwenden und sie nahe der Bandkante zu betreiben. Die sich bewegende Brechungsindexfront wird im gleichen Wellenleiter über einen instantanen Kerr-Effekt vom kopropagierenden Schalt- / Pumpimpuls erzeugt. Um die Verluste durch die Erzeugung freier Ladungsträger zu vermeiden, planen wir die Verwendung von Strahlung im mittleren Infrarot (MIR) für den Pumpimpuls. Die vorgeschlagenen Effekte nutzen die theoretischen Konzepte, die unsere Gruppe im letzten Jahr entwickelt hat und die wir nun experimentell demonstrieren wollen. Beim Anhalten des Lichts, wie bei einer mechanischen Kollision, trifft der Lichtimpuls auf eine sich ausbreitende Front und stoppt. Hier kann die Lichtenergie in die Mode mit einer verschwindenden Gruppengeschwindigkeit übertragen und später von einer zweiten Front mit entgegengesetzter Steigung freigesetzt werden. Im Falle eines so genannten „optischen Besens“ wird der Signalimpuls von der Indexfront bei gleichzeitiger Frequenzänderung und Kompression eingefangen. Wie wir kürzlich theoretisch gezeigt haben, kann das in der Front eingefangene Licht analog zu der in der Brennebene einer Sammellinse erzeugten räumlichen Fouriertransformierten beschrieben werden. Dieser Effekt ermöglicht nicht nur die Impulskomprimierung, sondern auch die Übertragung von Informationen vom realen in den reziproken Raum und umgekehrt. Somit kann eine definierte spektrale Zusammensetzung des Signals in einen definierten zeitlich kurzen Impuls umgewandelt werden, was eine anpassbare Wellenformerzeugung ermöglicht. Das vorgeschlagene System wird zeitliche Signalkompression, Lichtspeicherung und Impulsstrukturierung in der integrierten Optiktechnologie ermöglichen. Der Einsatz von MIR-Pumpimpulsen erlaubt die Verwendung der etablierten Siliziumwellenleitertechnologie mit großer Nichtlinearität und starker Feldkonzentration.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: 2200 nm femtosecond laser
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Mitverantwortlich: Mahmoud Gaafar, Ph.D.