Neue Forschung beleuchtet ultraschnelle Dynamik
Ultrakurze optische Pulse sind ein zunehmend wichtiges Werkzeug für verschiedene Bereiche, angefangen bei der Kommunikation bis hin zu Medizin und Technik, wo extreme Präzision erforderlich ist. Ob es die Fähigkeit ist, extrem hohe Momentanleistungen zu liefern, oder die Dauer, die diese Pulse für Anwendungen kritisch macht, die Fähigkeit, ihre elektrische Felddynamik in Zeit oder Frequenz zu charakterisieren, wird die Zuverlässigkeit aktueller ultraschneller optischer Techniken erhöhen. Hier kommt das EU-finanzierte INCIPIT-Projekt ins Spiel. Angesichts der kritischen Rolle ultrakurzer optischer Pulse in photonischen Systemen konzentrierte sich das Projektteam auf die Durchführung neuer Arten von Experimenten und die Entwicklung von Vorrichtungen zur Pulscharakterisierung, die im Vergleich zum Stand der Technik potentiell vielseitiger und effizienter sind. Licht-Materie-Wechselwirkung in der integrierten Photonik Optische Pulse können durch verschiedene Parameter charakterisiert werden, einschließlich der Impulsdauer, der raumzeitlichen Form, der Energie und der Kohärenz. Obwohl die Ultrakurzpuls-Messtechnik in den letzten Jahren bereits große Fortschritt gemacht hat, gibt es noch viel Raum für Verbesserungen. Darüber hinaus ist die herkömmliche Instrumentierung zur Pulscharakterisierung typischerweise sperrig, da sie in vielen Fällen auf bewegliche Teile angewiesen ist. „Präzise und vielseitige Ultrakurzpuls-Messtechniken und -Vorrichtungen, die mindestens so robust sind wie die Erzeugung ultrakurzer Pulse, sind für das Studium der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Technologie von entscheidender Bedeutung“, bemerkt Professor Marco Peccianti. Die Kontrolle der Wechselwirkung von Licht und Materie in photonischen Strukturen wie Wellenleitern, Resonatoren und Interferometern ist unter anderem für integrierte Schaltungen der nächsten Generation von zentraler Bedeutung. „Der Einsatz integrierter photonischer Schaltkreise kann die Größe und den Stromverbrauch optischer Geräte reduzieren, die Zuverlässigkeit verbessern und neue Funktionen ermöglichen“, so Dr. Benjamin Wetzel. Im Rahmen des INCIPIT-Projekts richteten sich theoretische und experimentelle Arbeiten auf die Untersuchung der optischen Wechselwirkungen zwischen ultrakurzen Pulsen, die sich in photonischen Wellenleitern auf integrierten photonischen Chips ausbreiten. Neue photonische Chipprototypen und -ansätze erwiesen sich als ein vielversprechendes Werkzeug für die ultrakurzen Pulse. Sie ermöglichten es den Wissenschaftlern, ihre Natur zu qualifizieren, während sperrige Komponenten entfernt wurden. Insgesamt führten die Aktivitäten der Forscher zu Fortschritten in einem breiten Spektrum, das von der Demonstration und Kontrolle neuartiger optischer Quantenzustände über die experimentelle Erzeugung und Charakterisierung von speziellen und schwer fassbaren optischen Pulsen bis hin zur Entwicklung neuartiger optischer Quellen reichte. Zu den bemerkenswerten Leistungen gehören die Realisierung eines optischen Frequenzkamms auf dem Chip, eines bichromatischen optischen parametrischen On-Chip-Oszillators sowie eines modusgekoppelten Lasers mit einer ultraniedrigen spektralen Bandbreite. Ultraschnelle Computer und optische Netzwerke Die Entwicklung von immer kleineren Transistoren und Verbesserungen bei der Rechengeschwindigkeit und -leistung gehen mit der Verringerung der Größe der Vorrichtungen Hand in Hand. Photonische Chips, die mit aktuellen elektronischen Plattformen kompatibel sind und ultrakurze Pulse im Femtosekundenbereich umfassen, können die Rechenleistung und Geschwindigkeit zukünftiger Photonik- und Quantensysteme erheblich steigern und zukünftige optische Netzwerke auf unglaublich hohe Datenraten bringen. INCIPIT veröffentlichte sein Wissen in Fachzeitschriften und Präsentationen auf relevanten Konferenzen, um dieses mit der Forschungsgemeinschaft zu teilen.
Schlüsselbegriffe
INCIPIT, ultrakurze optische Pulse, photonische Chips, integrierte Photonik, Pulsqualifikation, ultraschnelle Dynamik, ultraschnelle Computer
