Untersuchung der Solitonen-basierten Superkontinuumsgeneration in Flüssigkernfasern im mittleren Infrarotbereich

• Antragsteller: Professor Dr. Markus A. Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404883725

Insbesondere im Bereich des mittleren Infraroten (IR) spielen Lichtquellen mit maßgeschneiderten Eigenschaften eine entscheidende Rolle für jegliche photonische Anwendung. Die Solitonen basierte Superkontinuumsgeneration in optischen Fasern, welche mit der nichtlinearen spektralen Verbreiterung eines anfänglich schmalbandigen Pulses über Solitonenspaltung und dispersive Wellenbildung verbunden ist, wurde vor kurzem als vielversprechende Plattform für die Erzeugung von Licht bei mittleren IR-Wellenlängen identifiziert. Viele der eingesetzten Quellen basieren auf Festkörpermaterialien und insbesondere auf Siliziumdioxid, was zu nachteiligen Eigenschaften wie einer absorptionsbegrenzten spektralen Bandbreite, Puls-zu-Puls-Fluktuationen, ungenügender Reproduzierbarkeit und schwer zu kontrollierender Pulsdispersionen führt. Des weiteren ist es in solchen Systemen nur schwer bis gar nicht möglich, den Solitonenspaltungsprozess extern zu beeinflussen.Das Ziel dieses Projekts ist es, die nichtlineare Solitonendynamik und die Solitonen basierte Superkontinuumsgeneration bei mittleren IR-Wellenlängen in Flüssigkernfasern detailliert zu untersuchen, um neue nichtlineare Physik auf der Basis einer abstimmbaren, flexiblen und integrierten Wellenleiterplattform zu erschließen. Im Gegensatz zu vielen Festkörpermaterialien bieten Flüssigkeiten einzigartige Vorteile für die nichtlineare Lichterzeugung wie breite Transmissionsfenster, welche die vieler Gläser übertreffen, und außergewöhnlich hohe nichtlineare Brechungsindizes. Flüssigkernfasern ermöglichen weiterhin die Anpassung und die externe Kontrolle der Pulsdispersion auf einzigartige. Wie von Autor kürzlich gezeigt wurde, erlaubt die charakteristische nicht-instantane Antwortfunktion von Flüssigkeiten die Erzeugung von Superkontinua mit außergewöhnlich hoher Puls-zu-Puls-Stabilität bei Pulsbreiten, welche bei Festkörpersystemen zu stark inkohärenten Superkontinua führt. Des weiteren ermöglichen Flüssigkernfasern, die Pulsdispersion durch den Austausch des Kernmaterials in Echtzeit, durch den Einsatz verschiedener Flüssigkeiten oder binäre Flüssigkeitsgemische oder durch externe Einflüsse wie Temperatur gezielt einzustellen. Dieses ermöglicht die Implementierung von maßgeschneiderten Dispersionsprofilen mit lokal unterschiedlichen Eigenschaften, die anderweitig nur schwer realisierbar sind. Weiterhin ergeben Flüssigkernfasern eine Plattform, welche es ermöglicht, verschiedenste Arten von Materialien zu kombinieren, da die Integration von Flüssigkeiten in Fasern im Gegensatz zum Faserziehprozeß vergleichsweise einfach ist. Neben der Evaluation des Potentials von Flüssigkernfasern hinsichtlich Superkontinuumsgeneration im mittleren IR-Bereich werden die Ergebnisse dieses Projekts eine Basis für zukünftige nichtlineare Experimente wie parametrischer Prozesse für Quantenspektroskopie, zeitaufgelöste Spektroskopie, Frequenzmetrologie und Frequenzkämme ergeben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen