Effiziente Kopplung von Licht und Materie im freien Raum

• Applicant: Dr. Markus Sondermann
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2009 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 97953722

Die Wechselwirkung eines einzelnen Photons mit einem einzelnen Zwei-Niveau-Atom gehört zu den fundamentalen Prozessen der Physik. Zur Untersuchung der Dynamik dieser Wechselwirkung ist eine verlässliche Kopplung von Atom und Photon erstrebenswert. Diese ist im freien Raum - im Gegensatz zu Resonatoren hoher Güte - bisher nicht realisiert und soll hier erreicht werden. Dazu soll das Atom derart angeregt werden, dass das anregende Ein-Photonen-Wellenpaket einer vom Atom emittierten und sukzessiv zeitumgekehrten Dipolwelle entspricht. Um dies zu gewährleisten, wird das Atom aus dem nahezu vollen Raumwinkel mit der entsprechenden elektromagnetischen Feldverteilung angeregt. Ein solcher Aufbau wird eine effiziente Licht-Materie-Kopplung ermöglichen, ohne das Spektrum der wechselwirkenden Lichtfeldmoden zu beeinflussen, wie es etwa in Resonatoren der Fall ist. Gleichbedeutend mit der Frage nach der erfolgreichen Realisierung des hier vorgestellten Kopplungsschemas ist die Beantwortung der Frage, ob die spontane Emission im freien Raum wirklich reversibel ist.Das in diesem Projekt zu realisierende Kopplungsschema ist auf Atome, Ionen, Halbleiter-Quantenpunkte und Moleküle anwendbar. Potentielle technologische Anwendungen finden sich in der Quanteninformationsverarbeitung und der Biophysik (z.B. der Fluoreszenzmikroskopie).

• DFG Programme: Research Grants