Optische Uhren für Weltraumanwendungen
So untersuchte das Projekt CHRONOS (Route to on-chip resonating optical clocks via nonlinear optics) neuartige Funktionsprinzipien für die Steuerung der Modenphasenkopplung bei mikroresonatorgesteuerten optischen Frequenzkämmen (Optical Frequency Combs, OFCs). Ziel war die Auslegung von optischen Präzisionsuhren mit ultrahohen Wiederholraten. Die Projektarbeit basierte auf einem neuartigen Modenkopplungsprinzip für Laser mit einer hohen Wiederholungsrate (> 200 GHz), wobei ein nichtlinearer hochwertiger Resonator in einen Faserlaser-Hohlraumresonator eingebettet ist. Dieses System liefert eine stabile, vollständig modengekoppelten Impulsfolge und stellt so einen einfachen und effektiven Weg zur Verfügung, um eine OFC-induzierte Phase durch Vierwellenmischen in Mikroresonatoren zu koppeln. Bemerkenswerterweise besteht der Entwurf aus einem einfachen Faserhohlraum. Die Faser ist jenes aktive Element, das die für das Lasern erforderliche Verstärkung liefert, wobei der Mikroresonator für die Wellenmischung der Moden verantwortlich ist. Die Auslegung der Steuerparameter für den Laser mit verschachteltem Hohlraumresonator (Nested-Cavity-Laser) wurde vollendet. Das Lasersystem, das die Grundlage der neuesten Generation von miteinander korrelierten Photonenpaaren bildet, kam in Optics Express und Nature Communications zur Veröffentlichung. Experimentelle Untersuchungen des Lasers strebten einen allgemeineren Satz von nichtlinearen Filtern an, was zur Demonstration eines alternativen Modenkopplungsregimes hinführte. Diese Resultate wurden vor kurzem auf internationalen Konferenzen vorgestellt und werden nun zur Publikation vorbereitet. Mit der detaillierten Untersuchung der beim Vierwellenmischen entwickelten Dynamik wurde eine Studie über die Stabilität von optischen Strahlen möglich, die in Physical Review Letters veröffentlicht wurde, wobei sich interessante Konsequenzen für das direkte Laserschreiben auf Lichtwellenleitern ergeben. Man entwickelte und veröffentlichte einen innovativen Ansatz zur Charakterisierung des Rauschens des Lasers. Die Untersuchung erbracht nicht nur die vorhergehend erläuterten wissenschaftlich-technischen Werte, sondern veranschaulichte das Potenzial zur Entwicklung eines außergewöhnlich einfachen, leicht zu handhabenden und sehr vielseitigen Allzweckprüfstands für eine allgemeine Klasse optischer Technologien. Das Projekt gestaltete sich theoretisch und experimentell als eine Herausforderung: Ziel war die Definition einer neuartigen Klasse von optischen Uhren, die durch den Einsatz zukunftsweisender Ansätze der nichtlinearen Wissenschaft Realität werden, wobei neue, grundlegende und interdisziplinäres Erkenntnisse erschaffen wurden. In der Folge hat das Projekt mit der Entwicklung kostengünstiger, ultraschneller Photonikquellen für eine Vielzahl von Anwendungen die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Photonikindustrie verbessert.
Schlüsselbegriffe
optische Uhren, Laser, CHRONOS, nichtlineare Optik, optische Frequenzkämme, Resonatoren
