Forschung & Methoden
AG Quantennanophotonik: Forschung & Methoden
- Nanophotonik
- Im Forschungsfeld der Quantennanophotonik werden mit Partnern weltweit und vor Ort am IPI mikroskopische Systeme der Licht-Materie Kopplung sowohl mit Blick auf flexible Nano-Photovoltaik/-Lichterzeugung als auch die Quantenoptik erforscht. Unterstützt von Simulationen entwickelt die AG Rahimi-Iman beispielsweise Nanostrukturen für 2D-Materialienphotonik und optimiert unter anderem Designs für chirale Metaoberflächen mittels maschinellen Lernens.
- vdW Heterostructures
- Hauchdünne van-der-Waals Schichtkristalle, sogenannte 2D-Materialien, mit unterschiedlichen elektrischen und optischen Eigenschaften sind als einzelne Lage, als „Monolage“, oftmals weniger als 1 nm hoch und werden von Projektmitarbeitenden der AG manuell von millimeter-großen Kristallen mechanisch getrennt und nahezu beliebig zu funktionalen Nano-Heterostrukturen gestapelt.
- Polaritonen
- Quasiteilchen der starken Licht-Materie Kopplung in optischen Mikrokavitäten mit eingebetten elektronischen Quantenstrukturen: (Exziton-)Polaritonen, teils Licht, teils Materie, können durch optische Pulse einerseits angeregt und andererseits manipuliert oder kontrolliert werden. Ihre hybride Natur verleiht ihnen spezifische Vorteile gegenüber anderen Quasiteilchen in Halbleiterkristallsystemen, sowohl im linearen als auch nichtlinearen Regime. Mit ihnen gelang unter anderem die Demonstration dynamischer Bose-Einstein-artiger Kondensate, auf deren Grundlage sowohl die Erforschung von neuartigen Quantenflüssigkeiten in Festkörpern als auch elektrisch betriebener Polariton-Laser ermöglicht wurde. Auch optisch/elektromagnetisch zugängliche beziehungsweise kontrollierbare Quantenbits (Qubits), oder Quantensimulatoren, könnten auf ihnen beruhen, was sie attraktiv für die photonische Quanteninformationsverarbeitung macht.
- Nichtlineare Effekte in Halbleiterschichten
- Halbleiterscheibenlaser bieten die Möglichkeit, vielseitige leistungsstarke und spezialisierte Laser zu entwickeln. Die überwiegend optisch gepumpten Chips beherbergen nanometergenau konfigurierte Halbleiterschichtstrukturen in einer sogenannten Mikrokavität, die mit einem externen Spiegel vervollständigt werden kann. In diesen Chips können durch das darin stehende Kavitätslichtfeld verstärkt nichtlineare optische Effekte auftreten, die unter anderem für die Modenkopplung des Laserlichts von sogenannten VECSELn genutzt werden kann. Das Phänomen der Selbstmodenkopplung verspricht dabei zum Beispiel, mögliche Einschränkungen durch (intrakavitäre) sättigbare Absorber zu überwinden. Zudem sind VECSEL nun sogar für die selbststartende Frequenzkammerzeugung interessant geworden.
- Kooperationen
- (in Bearbeitung)
- Kompetenzen-Übersicht
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Anwendung neuronaler Netze / maschinelles Lernen,
Herstellung photonischer Nanostrukturen,
Laserphysikalische Messungen,
Mikro-Kryo-Spektroskopie und Fourierraum-Bildgebung,
Mikrokavitäts-Design / -Simulation und -Charakterisierung,
Nichtlineare Optik und Frequenzkonversion,
Optische räumliche und zeitliche Kohärenzuntersuchungen,
Photonische Quantenkorrelationen.
(in Bearbeitung)