Nanodrähte in Fasern - eine Basis für Vollglasmantel-Hohlkernfasern für das mittlere Infrarote

• Antragsteller: Professor Dr. Markus A. Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315131181

Das effiziente Transportieren von elektromagnetischer Energie an auswählte Orte definiert eine essentielle Eigenschaft jedes praktisch-relevanten photonischen Systems. Solch eine Lichtführung wird typischerweise durch Wellenleiter (WL) erzielt, welche die Lichtwelle transversal innerhalb eines Kerns einschränken. Das prominenteste Beispiel eines WLs ist die optische Quarzglasfaser, welche das Rückgrat der heutigen Telekommunikation darstellt und zumeist im nahen-infraroten (IR) oder sichtbaren Bereich eingesetzt wird. Ein weiterer interessanter Spektralbereich, für welchen noch keine zufriedenstellende WL-Lösung existiert, ist das mittlere IR (m-IR, 2.5 bis 25 µm). Dieser Bereich bezieht sich auf Photonenenergien unterhalb der elektronischen Übergänge praktisch aller Materialien und ist vom wissenschaftlichen als auch vom anwendungsorientierten Standpunkt her gesehen sehr attraktiv. Spektroskopie im m-IR erlaubt durch molekulare Fingerabdruck-Analyse den Nachweis von kleinsten Konzentrationen mit Anwendungen in der Biologie, der Medizin und den Umweltwissenschaften. Diese Art der Spektroskopie wird weiterhin für die Detektion von explosiven Materialien, im Gesundheitswesen und für die thermische Bildgebung eingesetzt. Wichtige Gas-Laser operieren im m-IR, wobei der CO2-Laser ein herausragendes Beispiel darstellt. Vielversprechende m-IR Anwendungen hinsichtlich der Generation von höheren Harmonischen oder der Frequenzkamm-basierten Metrologie sind im Bereich der nichtlinearen Optik zu erwarten. Viele der heute eingesetzten m-IR Bauteile weisen komplexe, kostenintensive und nicht bewegbare Aufbauten auf, was die Verbreitung von m-IR Anwendungen verhindert hat. Eine flexible WL-Lösung mit niedrigen Verlusten, welche für diesen Spektralbereich derzeit nicht existiert, würde somit einen immensen Impact in einer Vielzahl von Feldern erfahren.In dem hier vorgestellte Projekt mit dem Titel - Nanodrähte in Fasern: eine Basis für Vollglasmantel-Hohlkernfasern für das mittlere Infrarote - sollen zwei neuartige Typen vom m-IR Hohlkernfasern mit einzigarten Mantelstrukturen untersucht werden. Diese Vollglasmantel-Fasern basieren einerseits auf unbestimmten Metamaterialien und andererseits auf dem Photonischen Bandlückeneffekt. Beide Typen beinhalten Vollglasstrukturen, welche zylindrisch einen Luftkern umgeben, was dieses Design einzigartig macht. Die angestrebten Untersuchungen werden zu ungewöhnlichen physikalische Effekte führen und den Weg zu neuen neuartigen WL in einem Spektralbereich jenseits von Quarzglasfasern aufzeigen. Die Ergebnisse dieses Projekts sind von interdisziplinärer Natur und werden Impact in Bereichen wie der Biophotonik, der ultraschnellen Optik, der Spektroskopie und der Laserphysik generieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen