Quasi-Phasenanpassung durch resonanzverstärkte mikrostrukturierte Fasern: eine Plattform für maßgeschneiderte Lichterzeugung

• Antragsteller: Professor Dr. Markus A. Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403520928

Nichtlineare Licht-Materie-Wechselwirkungen in optischen Glasfasern ermöglichen einen effektiven Transfer von elektromagnetischer Energie in ausgewählte Spektralbereiche. Ein wichtiger Effekt ist die solitonen-basierte Superkontinuumserzeugung, bei welcher ultrakurze Eingangspulse durch Effekte wie Dispersive Wellen (DW) spektral verbreitert werden. Oftmals ergeben sich breitbandige Features, die geringe spektrale Dichten aufweisen oder relevante Spektralbereiche überspannen. Eine Möglichkeit zur Erzeugung von schmalbandigen Features besteht in der Kombination von Dauerstrichlicht und Phasenanpassung. Hier kann Leistung von einer Grundwelle auf eine kurzwellige Harmonische übertragen werden. Material- und Wellenleiterdispersionen führen typischerweise dazu, dass die Harmonische in einem Mode höherer Ordnung erzeugt wird, was für Anwendungen unvorteilhaft ist. Ein Lösungsansatz beruht auf der Integration einer Periodizität entlang der Ausbreitungsrichtung, um eine Rückkonversion der Leistung auf die Grundwelle zu verhindern. Dieses als Quasiphasenanpassung (QPM) bezeichnete Verfahren stellt im Bereich der Faseroptik aufgrund technologischer Limitationen eine Herausforderung dar. Somit ergibt sich ein Bedarf an einer effizienten Methode zur Umsetzung von QPM in der Faseroptik, um die vorteilhaften Eigenschaften von Glasfasern im Kontext der nichtlinearen Optik ausnutzen zu können. Aufbauend auf dem vorherigen Vorhaben soll in diesem Projekt das Konzept der nichtlinearen Frequenzkonversion in optischen Fasern mittels QPM aus bisher unzugänglichen Blickwinkeln erforscht werden. Essenziell ist eine neue hybride Wellenleiterplattform: nanofilmverstärkte mikrostrukturierte Fasern mit freiliegenden Kernen, mittels welcher sich einzigartige Möglichkeiten zur Untersuchung von QPM in bislang unerforschten Szenarien eröffnen. Das Projekt behandelt sowohl experimentelle als auch theoretische Aspekte und gliedert sich in zwei Teile: Im ersten Teil wird die durch QPM induzierte Erzeugung von DW höherer Ordnung mit ultrakurzen Pulsen detailliert erforscht. Von besonderem Interesse sind dabei die dynamischen und zeitlichen Eigenschaften sowie das Anwendungspotential der schmalbandigen kammartigen Seitenbänder in den Superkontinuumsspektren. Im zweiten Projektteil wird die QPM-basierte Erzeugung der dritten Harmonischen im Grundmode bei Dauerstrichanregung untersucht. Entscheidender Unterschied zu herkömmlichen QPM-Ansätzen ist hier der Einsatz von Fasern, die keine räumliche Variation entlang der Propagationsrichtung aufweisen. Insgesamt erforscht dieses grundlagenorientierte Projekt den QPM-Effekt aus bislang unzugänglichen Blickwinkeln unter Verwendung einer neuen photonischen Plattform. Es werden neue physikalische Prinzipien und dynamische Prozesse erforscht, die bisher unzugänglich waren und zu innovativen Lichtquellen für eine Vielzahl von Anwendungen führen können, beispielsweise für die Pump-Probe-Spektroskopie oder die Erzeugung korrelierter Photonen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen