Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

38 — Forschung Professur für Angewandte Physik/Nanooptik Prof. Dr. Thomas Pertsch Forschungsschwerpunkte  Ultraschnelle Licht-Materie-Wechselwirkung und quantenoptische Phänomene in mikro- und nano- strukturierter Materie, wie z.B. photonische Nanomaterialien, Metamaterialien, photonische Kristalle und effektive Medien  Nichtlineare räumlich-zeitliche Dynamik, integrierte Quantenoptik, Plasmonik, Nahfeldoptik, nichtli- neare optische Mikroresonatoren hoher Güte, opto-optische Prozesse in integrierten optischen Bau- elementen, optische Signalverarbeitung  Experimentelle Verfahren zur Detektion optischer Nahfelder: optische Rasternahfeldmikroskopie (SNOM) mit mehreren Sonden, Photoemissions-Elektronenmikroskopie (PEEM) mit gepulster Laser- anregung  Anwendungen photonischer Nanomaterialien für multi-funktionelle diffraktive optische Elemente  Anwendungen optischer Nanostrukturen für die Effizienzsteigerung von photovoltaischen Systemen  Anwendungen photonischer Konzepte für die astronomische Instrumentierung Photonenpaare mit einstellbaren Eigenschaften sind die Grundlage vieler Anwendungen der Quantenoptik. Diese speziellen Quantenzustände des Lichts können mittels spontaner parametri- scher Konversion in Materialien mit einer Nichtli- nearität 2. Ordnung erzeugt werden. Dabei zer- fällt ein Pumpphoton in ein Paar aus Signal- und Idlerphotonen. Integriert-optische Systeme erlau- ben eine weitgehende Kontrolle dieser Konversi- onsprozesse und damit die Erzeugung von auf die spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen abgestimmter Photonenpaare. Die Quantenspektroskopie erlaubt durch Aus- nutzung von Quanteninterferenzeffekten die Vermessung schwer zugänglicher Spektralberei- che, z.B. des mittleren Infraroten (MIR), mittels Detektion in anderen Spektralbereichen. Dafür werden Photonenpaare mit je einem Photon in jedem der adressierten Spektralbereiche benö- tigt. Eine entsprechende Quelle konnte in einem Lithiumniobat-Wellenleiter realisiert werden [1]. Dabei war es möglich, Photonenpaare mit einer Signalwellenlänge von ca. 1 µm und einer Idler- wellenlänge im MIR von ca. 2,7 µm zu erzeugen, deren Wellenlängen durch die Pumpwellenlänge kontrolliert werden konnte (siehe Abb. 1). Diese Quelle soll zukünftig als Grundlage für die Reali- Integrierte Quellen für verschränkte Photonenpaare Abb. 1. Spektren der Signalphotonen in Abhängigkeit von der Pumpwellenlänge, die Idlerphotonen im MIR werden durch nicht erfasst. [1] A. S. Solntsev, P. Kumar, T. Pertsch, A. A. Sukhorukov, and F. Setzpfandt, "LiNbO3 Waveguides for Integrated Quantum Spectroscopy," submitted to APL Photonics (2017) [2] S. Saravi, T. Pertsch, and F. Setzpfandt, "Generation of counter- propagating path-entangled photon-pairs in a single periodic waveguide," Phys. Rev. Lett. 118, 183603 (2017)