Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

60 — Forschung Random Walks beschreiben gewöhnlich Diffusi- onsprozesse von klassischen Partikeln. Bei quan- tenmechanischen Teilchen wie Photonen tritt noch zusätzlich Interferenz auf, was zu einer völ- lig neuen und wesentlich facettenreicheren Dyna- mik führt, die man erst in neuester Zeit angefan- gen hat zu untersuchen. In unsere Gruppe studieren wir theoretisch und experimentell Zufallsbewegungen von kohären- ten Lichtpulsen in einem ausgedehnten Faser- netzwerk. Hierfür verwenden wir einen Versuchs- aufbau, der aus zwei gekoppelten Faserschleifen besteht (Abb. 1a). Ein Längenunterschied ΔL der Schleifen führt zu einer effektiven Diskretisierung der Ankunftszeit der Pulse. Nach einer festen Zahl von Umläufen (Schritt m) hängt die An- kunftszeit des Pulses (Position n) von der Zahl der Durchgänge durch die kurze/lange Schleife ab. Die Evolution der Pulse ist äquivalent zu der Ausbreitung quantenmechanischer Teilchen auf einem Gitter, auf dem die finale Position auch von der Zahl der Schritte nach links oder rechts abhängt. Wegen seines einfachen Aufbaus er- laubt unser System die experimentelle Verifikati- on fundamentaler Voraussagen zur Evolution kohärenter Pulse auf regulären Gittern (Abb. 1b,e), auch unter dem Einfluss von optischem Gewinn und Verlust oder unter der Wirkung von Nichtlinearitäten (Abb 1c,d,f,g). M. Wimmer, H. M. Price, I. Carusotto, and U. Peschel, “Experimental measurement of the Berry curvature from anomalous transport,” Natu- re Physics 13, 545-550 (2017). Lineare und Nichtlineare Dynamik in diskreten Fasernetzwerken Abb. 1. a) Experimentelle Realisierung eines Photon- Random-Walks und äquivalente Gitter, auf die die Pulsevolution abgebildet werden kann. Durch Ver- wendung optischer Verstärker (EDFA) und Abschwä- cher (AOM) können unterschiedliche effektive Gitter mit moduliertem Gewinn und Verlust erzeugt werden. b) und e) Für geringe Pulsleistungen breitet sich das Feld ballistisch im Gitter aus (b,e). Bei Erhöhung der Pulsleistung kommt es zur nichtlinearen Lokalisierung und Solitonenbildung (c,d,f,g) Lehrstuhl für Festkörperoptik Prof. Dr. Ulf Peschel Forschungsschwerpunkte  Theoretische Analyse und numerische Simulation der Ausbreitung von Licht: Optik nanophotonischer Komponenten; Eigenzustände der Feldevolution wie Wellenleiter– oder Resonatormoden; effiziente Algorithmen zur Modellierung elektromagnetischer Wellen und ihrer Wechselwirkung mit Metallen und Dielektrika  Nichtlineare Dynamik und Selbstorganisation von Licht in optischen Systemen: Modulationsinstabilitä- ten und Musterbildung; Anregung und Ausbreitung von optischen Solitonen; numerische Bestimmung und Stabilitätsanalyse von solitären Wellen; nichtlineare Lokalisierung  Licht-Materie-Wechselwirkung in resonant angeregten Halbleitern: Simultane numerische Beschrei- bung der Feldausbreitung (Finite Difference Time Domain- FDTD) und des resonant angeregten Halb- leitermaterials (Halbleiter-Maxwell-Bloch-Gleichungen); Exzitonen und andere optisch angeregte Qua- siteilchen  Optik räumlich und zeitliche diskreter Systeme: Photonische Gitter; Wellenleiterarrays; Bandstrukturen; Einfluss von Symmetrien und Topologie; Parity-Time (PT) symmetrische Systeme; diskrete Solitonen