Saturation behavior of nonlinear refraction

• Applicant: Professor Dr. Günter Steinmeyer
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 205782889

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Dieses Projekt hat das theoretische Verständnis nichlinearer optischer Effekte bei extremen Intensitäten verbessert. Die veröffentlichten Resultate reichen von theoretischen Studien über Messungen einer zuvor unbekannten endlichen Lebenszeit eines nichtlinearen optischen Effekts hin zu Extremwertverteilungen in Mehrfachfilamenten, die sich als extrem wertvolle Analogie zu Monsterwellen im Ozean erwies. Die im optischen System plötzlich auftretenden Lichtblitze werden dabei durch atmosphärische Turbulenz ausgelöst, ähnlich wie die Monsterwellen im Ozean letztlich durch den Wind erzeugt werden. Beide Systeme sind zudem zweidimensional und erwiesen sich als deterministisch, was automatisch auf eine gewisse Vorhersagbarkeit auch extremer Ereignisse schließen lässt. Hier zeigte sich aber, dass Monsterwellen im Ozeankontext sehr viel weniger vorhersehbar scheinen als im optischen System. So mag es sich auch in der Zukunft als praktisch unmöglich erweisen, solche extremen Ereignisse anhand der an einem einzelnen Punkt gemessenen Information vorherzusagen. Unsere Analyse zeigt auf, dass dieses bestenfalls einige zehn Sekunden vorher möglich sein könnte. Ein Radiointerview mit Dr. Günter Steinmeyer und Simon Birkholz wurde von NDR Inforadio im Wissenschaftsmagazin Logo am 19.6.2015 ausgestrahlt.

Publications

• "Saturation of the all-optical Kerr effect in solids," Opt. Lett. 37, 1541-1543 (2012)
  Bastian Borchers, Carsten Brée, Simon Birkholz, Ayhan Demircan, and Günter Steinmeyer
  
• “Kramers-Kronig relations and high-order nonlinear susceptibilities,” Phys. Rev. A 85, 033806 (2012)
  Carsten Brée, Ayhan Demircan, and Günter Steinmeyer
  
• “Spatiotemporal Rogue Events in Optical Multiple Filamentation,” Phys. Rev. Lett. 111, 243903 (2013)
  Simon Birkholz, Erik T. J. Nibbering, Carsten Brée, Stefan Skupin, Ayhan Demircan, Goëry Genty, and Günter Steinmeyer
  
• "Noninstantaneous polarization dynamics in dielectric media," Optica 2, 151-157 (2015)
  Michael Hofmann, Janne Hyyti, Simon Birkholz, Martin Bock, Susanta K. Das, Rüdiger Grunwald, Mathias Hoffmann, Tamas Nagy, Ayhan Demircan, Marco Jupé, Detlev Ristau, Uwe Morgner, Carsten Brée, Michael Woerner, Thomas Elsaesser, and Günter Steinmeyer
  
• “Predictability of Rogue Events,” Phys. Rev. Lett. 114, 213901 (2015)
  Simon Birkholz, Carsten Brée, Ayhan Demircan, and Günter Steinmeyer
  
• “Rogue waves: will a forecast ever be possible?” SPIE Newsroom, 7 March 2016
  Günter Steinmeyer, Carsten Brée, and Ayhan Demircan
  
• „Nonlinear time series analysis: towards an effective forecast of rogue waves,” Proc. SPIE 9732, 973205 (2016)
  Günter Steinmeyer, Simon Birkholz, Carsten Brée, and Ayhan Demircan