Untersuchung von Vierwellenmischungsphänomenen in optischen Flüssigkernfasern

• Antragsteller: Professor Dr. Markus A. Schmidt, seit 5/2023
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454735729

Die nichtlineare Lichterzeugung mittels optischer Fasern mit flüssigem Kern (engl. liquid core optical fibers, LCOF) gewinnt aufgrund der einzigartigen Eigenschaften des Kernmediums zunehmend an Aufmerksamkeit. Zusätzlich zu einer hohen Nichtlinearität und breiten spektralen Fenstern weisen Flüssigkeiten eine starke nicht-instantane Nichtlinearität auf, welche aus vergleichsweise langsamen Molekularbewegungen resultiert. Diese nicht-instantane Antwort ist flüssigkeitsspezifisch und hängt von der Pulsdauer des Anregungspulses ab, was einen wesentlichen Einfluss auf nichtlineare Verbreiterungsprozesse (z.B. Superkontinuumserzeugung (SKG)) sowie auf Solitondynamik hat. Den Einfluss auf parametrische Prozesse, wie z.B. der Vier-Wellen-Mischung (engl. Four-wave-mixing FWM), ist jedoch noch weitgehend unbekannt. FWM in nichtlinearen optischen Fasern stellt eine äußerst vielversprechende Plattform für die Lichterzeugung in verschiedenen Spektralbereichen einschließlich des mittleren Infraroten dar. Ziel dieses Projekts ist es, bekannte Konzepte hinsichtlich FWM auf LCOF zu übertragen und den Einfluss der flüssigkeitsspezifischen Eigenschaften auf den FWM-Prozess sowohl theoretisch als auch experimentell zu analysieren. Ausgehend von dieser Idee werden im Rahmen des Projekts drei Hauptthemen adressiert;1. Flüssigkeiten besitzen deutlich schärfere und schmalere Raman-Resonanzlinien als Glasmaterialien. Daher haben LCOF im Vergleich zu Quarzglasfasern besondere Vorteile, indem sie Raman-freie oder Raman-verstärkte (abhängig von der gewählten Phasenanpassung) Erzeugung von Signal- und Idlerbändern ermöglichen. Während Raman-freies FWM eine wichtige Rolle für die hintergrundfreie Erzeugung reiner Photonenpaare spielt, können Raman-verstärkte Effekte eine Steigerung der Umwandlungseffizienz bei begrenzter Signal/Idler bandbreite durch gain narrowing bei der Ramanresonanz ermöglichen. 2. Selektiv befüllte Fasern ermöglichen eine große Flexibilität hinsichtlich kaskadierter FWM aufgrund reduzierter Anforderungen an die Kontrolle der Dispersion. Hier bieten binären Flüssigkeitsmischungen und/oder die thermooptischen Eigenschaften von flüssigkeitsgefüllten Fasern einzigartige Möglichkeiten hinsichtlich Phasenanpassung, welche im Falle von kaskadierter FWM kritisch sind. Dies könnte erstmalig ein faserbasiertes kaskadiertes FWM-System ergeben, welches nur einer Pumpwelle bedarf.3. FWM in optischen Fasern ergibt sich aus dem Phasenrauschen des Eingangsfeldes im Falle von langen Pulsdauern. Nichtlineare Lichterzeugung in LCOFs weist diesbezüglich eine erhöhte spektrale Kohärenz auf, was auf eine erhöhte Anfälligkeit bzgl. Eingangsrauschen hinweist. Somit ermöglicht FWM in LCOFs die Bestimmung der nicht-instantanen Antwort verschiedener Flüssigkeiten mittels Messung FWM-Effizienz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Heike Ebendorff-Heidepriem
• Ehemalige Antragstellerin: Saher Junaid, Ph.D., bis 4/2023