Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

Forschung — 39 sierung von auf optischen Chips integrierter Quan- tenspektroskopie dienen. Daneben wurden Konzepte entwickelt, um durch eine komplexere Wellenleitergeometrie auch die Kontrolle der räumlichen Eigenschaften er- zeugter Photonenpaare zu ermöglichen. Wie in Abb. 2 schematisch dargestellt, erlaubt z.B. eine periodische Strukturierung die simultane Erzeu- gung von Photonenpaaren, bei denen die Signal- photonen entweder vorwärts oder rückwärts und die Idlerphotonen jeweils entgegengesetzt propa- gieren. Für spezifische Wellenleitergeometrien können dadurch Photonenpaare erzeugt werden, deren Propagationsrichtungen maximal ver- schränkt sind [2]. Die Erzeugung derartiger Zustän- de in Wellenleitern ist eine wichtige Grundlage für die Integration komplexerer quantenoptischer Sys- teme, die auch die Wechselwirkung mit anderen Quantensystemen und komplexeren Wellenleiter- geometrien einbeziehen [3,4]. Abb. 2. Schema eines periodischen Wellenleiters zur Erzeugung verschränkter Photonen durch zwei Konversionsprozesse A und B. Ultraschnelle Prozesse in hybriden photonischen Nanosystemen Abb. 3. Schema für die Auftrennung eines polarisati- onskodierten optischen Datenstroms hoher Bitrate in zwei Richtungen eines dielektrischen Wellenleiters mittels eines plasmonischen Nanorouters. [3] S. Saravi, A. N. Poddubny, T. Pertsch, F. Setzpfandt, and A. A. Sukhorukov, "Atom-mediated spontaneous parametric down- conversion in periodic waveguides," Opt. Lett. 42, 4724-4727 (2017) [4] S. Saravi, R. Quintero-Bermudez, F. Setzpfandt, N. A. Mortensen, and T. Pertsch, "Effect of loss on slow-light-enhanced second harmonic generation in periodic nanostructures," Opt. Lett. 41, 3110-3113 (2016) Photonische Technologien besitzen ein großes Potenzial, die Übertragung und Verarbeitung gro- ßer Datenmengen um ein Vielfaches zu beschleu- nigen. Während dieser Geschwindigkeitsvorteil photonischer Systeme für die Signalübertragung bereits umfangreich genutzt wird, fehlen für die photonische Signalverarbeitung noch wichtige Schlüsseltechnologien. Insbesondere photoni- sche Nanosysteme können für die Realisierung von ultraschnellen optischen Bauelementen wich- tige Lösungen liefern. Im Rahmen von For- schungsarbeiten in einem internationalen Team ist es gelungen, grundlegende Prozesse für solche Bauelemente zu demonstrieren. So konnte ge- zeigt werden, dass plasmonische Nanoresonato- ren die notwendige Bandbreite besitzen, um die räumliche Aufspaltung von Datenströmen hoher Bitrate in verschiedene Ausgangskanäle rein op- tisch zu bewältigen [5]. Weiterhin konnten Halb- leitermaterialien mittels Nanostrukturierung und Hybridisierung mit resonanten plasmonischen Strukturen so modifiziert werden, dass sie eine starke opto-optische Wechselwirkung in kleinsten Volumina ermöglichen und so perspektivisch ne- ben hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten auch eine hohe Integrationsdichte photonischer Schlüs- selkomponenten ermöglichen [6,7]. [5] R. Guo, M. Decker, F. Setzpfandt, X. Gai, D.-Y. Choi, R. Kiselev, A. Chipouline, I. Staude, T. Pertsch, D. N. Neshev, and Y. S. Kivshar, "High bit-rate ultra-compact light routing with mode-selective on- chip nanoantennas," Sci. Adv. 3, e1700007 (2017). [6] M. R. Shcherbakov, S. Liu, V. V. Zubyuk, A. Vaskin, P. P. Vabish- chevich, G. Keeler, T. Pertsch, T. V. Dolgova, I. Staude, I. Brener, and A. A. Fedyanin, "Ultrafast all-optical tuning of direct-gap semi- conductor metasurfaces," Nat. Comm. 8, 17 (2017). [7] A. S. Shorokhov, K. I. Okhlopkov, J. Reinhold, C. Helgert, M. R. Shcherbakov, T. Pertsch, and A. A. Fedyanin, "Ultrafast control of third-order optical nonlinearities in fishnet metamaterials," Scien- tific Reports 6, 28440 (2016).