abgeschlossene Projekte
Utraschnelles Schalten mit Licht - Pulsschneiden und Pulse-Reshaping
Transiente Gitter sind bekannt als extrem leistungsfähige optische Meßtechniken, mit denen die dynamische Antwort einer gestörten Probe getestet werden kann. In den letzten Jahren sind neue Resultate veröffentlicht worden, die die Signifikanz der transienten Gitter im Bereich ultraschneller Phänomene demonstrieren (A. Zewail – Nobelpreis 1999).
In unserer Arbeitsgruppe konnten wir die Entstehung eines transienten Brechungsindex-Gitters in Bariumfluorid demonstrieren, welches als ultraschneller optischer Schalter eingesetzt werden kann. Dabei wurde ein Konzept für einen sehr schnellen rein optischen Demultiplexer für die Telekommunikation vorgestellt.
Genaue Untersuchungen der Beugungseigenschaften des transienten Brechungsindex-Gitters haben ergeben, dass fast unabhängig von dem Verlauf der ursprünglichen Pulse, die gebeugten Pulse, sowohl in der Zeit- als auch in der Frequenzdomäne eine Gauß-förmige Struktur aufweisen. Diesen Effekt kann man auch als Pulse-Reshaping bezeichnen.
Außerdem ist man in der Lage einem unabhängigen dritten Puls zeitlich eine Struktur aufzuprägen. Diese ultraschnelle Amplitudenmodulation bietet prinzipiell die Möglichkeit in hochrepetierenden Systemen optische Signale zu markieren, so z.B. als kryptographisches Verfahren in Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssystemen.
Effiziente Frequenzverdreifachung und ultraschnelles Rechnen mit Licht
Über das transiente Gitter kommt es zu einer effizienten Erzeugung der dritten Harmonischen (THG). Beruhend auf diesem Effekt, konnte „Optisches Rechnen auf der Femtosekunden Zeitskala“ demonstriert werden.
Diese Projekte wurden in Zusammenarbeit mit dem ehemaligen Lehrstuhl Experimentalphysik II / Materialwissenschaften (Prof. Jürgen Reif) durchgeführt.
Ultrakurze Laserpulse können dazu benutzt werden, dynamische Vorgänge auf sehr kurzen Zeitskalen zu erforschen.
Bei Experimenten mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen zeigte sich, dass Silizium, Galliumarsenid und andere Halbleiter mit einer Veränderung ihrer Oberflächensymmetrie und/oder der Ladungsverteilung an der Oberfläche innerhalb weniger 100 fs reagieren.
Als geeignete Experimente zur Erforschung dieser Umwandlung haben sich Messungen der Frequenzverdopplung an Oberflächen (Surface second harmonic generation (SSHG)) erwiesen. Sie sind hoch oberflächenselektiv und ermöglichen es, die Oberflächensymmetrie und deren Veränderungen sehr gut aufzulösen. Eine Veränderung zeigt sich in solchen Messungen als ein Abfall der oberflächenselektiven SHG. Allgemein wird die Intensitätsänderung des SH-Signals als Übergang von einem geordneten kristallinen Zustand in einen ungeordneten flüssigkeitsähnlichen, metallischen Zustand des Halbleiters verstanden. Einige Messungen deuten daraufhin, dass sich dabei zumindest zwei Teilprozesse formulieren lassen. Der Erste wird durch eine starke elektronische Anregung charakterisiert und der Zweite durch die Änderung der Oberflächensymmetrie.
Unsere Arbeiten am Thema "Direkt Observation of the Refractive Index Change in Surface Second-Harmonic Pump-Probe Experiments" zeigen, dass im Falle von Silizium, in den ersten hundert Femtosekunden (<150 fs) nach der Laseranregung, die schnelle Änderung der SHG hauptsächlich durch die Änderung der linearen (Brechungsindex) und nichtlinearen Eigenschaften bestimmt wird und nicht durch den Verlust der strukturellen Symmetrie.