Lichtausbreitung in einem nichtlinearen Medium
Licht verhält sich bei der Ausbreitung in photonischen Kristallen in einer Weise, die analog zu Elektronen in einem Halbleiterkristall ist. Mit anderen Worten, periodische Strukturen können verwendet werden, um den Lichtstrom in einer Weise zu steuern, wie Elektronen in elektronischen Halbleitervorrichtungen gesteuert werden. Ein Großteil der Forschung des EU-finanzierten Projekts INDIGO (Interaction of nonlinearity and disorder: Gateways to optics) widmete sich der Erforschung dieser Periodizitätseffekte in photonischen Kristallen. Der Schwerpunkt lag auf einem wenig untersuchten Phänomen: die Thermalisierung von gekoppelten Lichtfeldern in Gegenwart von Kreuzphasenmodulation und Wellenmischung. Im Bereich der nichtlinearen Optik entspricht diese Situation der Ausbreitung von polarisiertem Licht in doppelbrechenden Materialien. Das Team von INDIGO verwendete Aluminiumgalliumarsenid als Probenmaterial mit kubischer Symmetrie und Quarzglas als entsprechendes Beispiel eines isotropen Kristalls. Es zeigte sich, dass die Evolution des Systems bis zum endgültigen Gleichgewichtszustand eine Zwischenstufe durchlief, in der der Energieaustausch zwischen den Wellenleitern vernachlässigbar ist. Andererseits ist die Verteilung von Phasendifferenzen, Intensität und Polarisationszustand eines jeden Wellenleiters stark abhängig von den Materialparametern und Anfangsbedingungen. Das Forschungsprojekt stellte den ersten Versuch dar, Polarisationseffekte bei Thermalisierung in diskreten optischen Wellenleitersystemen zu untersuchen. Die Ergebnisse sollen bedeutende Auswirkung auf die Signalverarbeitung mit Faserkommunikationssystemen haben. Sie sind darüber hinaus sehr allgemein und können auch für andere nichtlinear gekoppelte Systeme angewendet werden. Als eine mögliche Fortsetzung dieser Forschung werden die Wissenschaftler von INDIGO eine detaillierte Studie über die Materialabhängigkeit beim thermischen Endzustand und eine vollständige thermodynamische Analyse in Betracht ziehen.
Schlüsselbegriffe
Nichtlineares Medium, Lichtstreuung, Nichtlinearität, photonischer Kristall, Optik, Thermalisierung
