Detailseite
Projekt
Rydbergatome in photonischen Kristallfasern
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316185019
Rydbergatome haben außergewöhnliche Eigenschaften. Vor allem ihre Größe und der damit verbundenen hohen Polarisierbarkeiten führen zu ungewöhnlich starken Wechselwirkungen. Zwar ist die van-der-Waals Wechselwirkung im strengen Sinne nicht langreichweitig, aber die schiere Stärke macht sie zur dominierenden Energieskala in ultrakalten, aber auch in heißen Gasen. Die effektive Reichweite kann viele Mikrometer (ultrakalt) bis ca. einem Mikrometer (heiß) erreichen. Die Dichte der Atome kann in beiden Fällen deutlich kleinere Abstände erzeugen und damit das System in ein stark wechselwirkendes Vielteilchen-System verwandeln. Die kollektiven und kohärenten Eigenschaften können nun dazu ausgenutzt werden um z.B. neue Quantenphasen zu beobachten oder um extreme optische Nichtlinearitäten zu erzeugen. In ultrakalten Gasen konnten bereits Rydberg-basierte nichtklassische Lichtquellen und Einzel-Photonen-Transistoren realisiert werden. In diesem Projekt geht es darum, derartige Nichtlinearitäten auch auf thermische Gase zu übersetzen. Durch eine genügend hohe Bandbreite in der Anregung können die Dephasierungseffekte durch die thermische Bewegung der Atome teilweise kompensiert werden. Ein weiterer Vorteil von thermischen Gasen ist die wesentlich größere Anzahl an verfügbaren Atomen und der damit verbundenen optischen Dichten. Um eine optimale Kopplung zwischen Licht und Atomen zu erreichen benutzen wir atombefüllte photonische Kristallfasern, die das Licht weit jenseits des Beugungslimits mit den Atomen interagieren lässt. Im Detail wollen wir zum einen optische Bistabilitäten untersuchen um neuartige THz - Quellen und Detektoren zu realisieren. Der Vorteil von Rydbergatomen ist die Vielzahl von Übergängen im Bereich bis 10 THz. Mit unserem Ansatz erwarten wir bei 1THz Leistungen über 1 uW, deutlich mehr als die meisten kommerziellen cw-Lösungen. Auch existiert bislang kein sensitiver und zugleich frequenzempfindlicher Sensor, was bei uns durch die scharfen Resonanzen der Rydbergserien von selbst gegeben ist. Im zweiten Arbeitspaket wollen wir die van-der-Waals Wechselwirkung ausnutzen, um auch in thermischen Gasen eine große Nichtlinearität dritter Ordnung nachzuweisen. Durch die zusätzliche Wechselwirkung zwischen den Rydbergatomen erwarten wir im Vergleich zu normalen Lambda- EIT-Systemen eine größere Nichtlinearität. Der Nachweis soll über die Erzeugung von nichtklassischem Licht erfolgen. Der essentielle Vorteil von Hohlkernfasern ist, dass das nichtlineare Medium bei gleichbleibenden Strahlparametern beliebig lang sein kann.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Teilprojekt zu
SPP 1929:
Giant Interactions in Rydberg Systems (GiRyd)
