Femtosekundenlaser
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Laser wurde für die Arbeiten im Exzellenzcluster „Engineering of Advances Materials (EAM) angeschafft und im Wesentlichen in die laufenden Forschungsarbeiten der Gruppen Peschel und von Zanthier integriert. Er wurde an mehreren Stellen als intensive Kurzpulsquelle durchstimmbarer Wellenlänge für Experimente der linearen und nichtlinearen Optik verwendet. Im Einzelnen waren das: a) Experimente zur Abhängigkeit von optischen Extremereignissen von chaotischer Rückstreuung und nichtlinearer Phasenmodulation (Gruppe Peschel, Vincent Schultheiß). Hier wurde die Feldausbreitung in gestörten AlGaAs Schichtwellenleitern untersucht. Induziert durch dominierende Rückstreuung zeigte die Feldverteilung im linearen Fall eine gegenüber einer Rayleigh Verteilung deutliche Häufung von Extremereignissen. Dahingegen reduzierte die bei Leistungserhöhung auftretende und im ungestörten System fokussierend wirkende Kerr-Nichtlinearität wider Erwarten die Häufigkeit der Extremereignisse, ein Effekt der auf eine nichtlinear induzierte Dephasierung in lokalen Resonatoren zurückgeht. Der Laser wurde hier für die nichtlinearen Experimente verwendet. b) Experimente zur kolloidal erhöhten Transmission von Metallschichten (Gruppe Peschel, Sergei Romanov; Gruppe Nicolas Vogel). Im Experiment wurde die Transmission von relativ dicken (50nm) Goldschichten, die mit einer hexagonalen Lage aus Polysterenekugeln bedeckt waren, untersucht. Wider Erwarten konnte die Transmission der praktisch undurchsichtigen Goldschicht (Transmission bei 1300nm etwa 1%) durch Stimulation plasmonischer Resonanzen in engen Spektralbereichen auf mehr als das Zehnfache erhöht werden. Zum Einsatz kamen hier der Laser als durchstimmbare Lichtquelle und das im Rahmen des Antrags angeschaffte Spektrometer. c) Experimente zur Zwei-Photonen-Interferenz mit statistisch unabhängigen Lichtquellen (Gruppe von Zanthier, Johannes Hölzl). In dem Forschungsvorhaben sollte der Übergang von klassischem zu nichtklassischem bzw. nichtlokalem Verhalten von Lichtfeldern statistisch unabhängiger Quellen in Abhängigkeit von räumlichen Freiheitsgraden experimentell untersucht werden. Dazu wurden räumliche Photonen-Korrelationsfunktionen höherer Ordnung für Lichtfelder, die aus Kombinationen von statistisch unabhängigen Quellen mit unterschiedlicher Photonenstatistik erzeugt wurden, gemessen. Es zeigte sich, dass durch Verminderung der mittleren Photonenzahl in den beteiligten klassischen/semiklassischen Feldern der Kontrast der räumlichen Photonen-Korrelationsfunktionen zunimmt. Ab einem gewissen Kontrast können auf diese Weise klassisch gültige Cauchy-Schwarz- bzw. lokal-realistisch gültige Bell-Ungleichungen verletzt werden. Für diese Experimente wurden nachverstärkte und frequenzverdoppelte Pulses des Ti-Saphier-Lasers verwendet. In zwei statistisch unabhängigen Konversionsprozessen wurden jeweils verschränkte Photonenpaare durch parametrische Frequenzhalbierung durch einen Typ-II-Prozess in quadratisch nichtlinearen Kristallen erzeugt. Durch Messung eines Photons der Paare wurden die Quellen zu Einphotonenquellen mit genau verfolgbarer Emission (Heralded Photon Sources). Verzichtete man auf die Messung des Zwillingsphotons, verhielten sie sich statistisch wie thermische Lichtquellen. Ziel war es Korrelationsmessungen zwischen den in den unterschiedlichen Paarerzeugungsereignissen generierten Photonenpaaren zu ermitteln. Die Messungen stellten sich als schwieriger als erwartet heraus und konnten noch nicht zu einem erfolgreichen Abschluss gebracht werden. d) Das Lebensdauer – Fluoreszenz-Spektrometer, das auch im Rahmen des Antrags angeschafft wurde stand wegen seiner relativ einfachen Bedienbarkeit allen Arbeitsgruppen im interdisziplinären Partikelzentrum zur Verfügung und wurde besonders rege von Gruppen des Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik (LFG), z.B. zur Messung der Fluoreszenz von Quantendots, genutzt.
