Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine nichtlineare Resonanzkatastrophe im Licht ultrakurzer Impulse

11.02.2015

Ultrakurze Lichtimpulse aus modernen Lasern erlauben die zeitliche Auflösung selbst der schnellsten Prozesse in Molekülen oder Festkörpermaterialien.

Nach optischer Anregung lassen sich chemische Reaktionen beispielsweise bis auf eine Zeitskala von 10 fs nachverfolgen (1 Femtosekunde (fs) = 10(hoch)-15 Sekunden), auf der das Lichtfeld selbst nur wenige Male hin und her schwingt. Es gibt jedoch eine Klasse optischer Prozesse, die keine meßbare Verzögerung zum Lichtfeld aufweisen und die man bisher als, "instantan" betrachtete.


Reaktion von SiO2 und TiO2 auf ein kurzes gepulstes Lichtfeld. In SiO2 folgt die Auslenkung von Elektronenhülle und Atomkern dem Feld. Nach Abklingen des Pulses endet auch unmittelbar die Oszillation von Hülle und Kern. In TiO2 beobachtet man hingegen, dass sich bei der dritten Harmonischen des Anregungsfeldes resonant eine Oszillation aufschaukelt, die auch nach Ende der Anregung fortbesteht für beide Materialen sind Bilder kristalliner Modifikationen als Einschub gezeigt (Fotos von Didier Descouens, CC BY 3.0 und Rob Lavinsky, CC-BY-SA-3.0).

Hierzu gehört die Erzeugung optischer Harmonischer in Kristallen, d.h. von Licht bei Vielfachen der Frequenz der eingestrahlten Grundwelle. Mit diesem Prozess wird das grüne Licht eines Laserpointers aus unsichtbarem Infrarotlicht erzeugt. Die eingestrahlte Frequenz liegt in den meisten Anwendungen fernab jeder Resonanz des Kristalls, um Absorptionsverluste zu vermeiden.

In einer gemeinsamen Arbeit haben nun Forscher des Max-Born-Instituts, des Weierstraß-Instituts und der Leibniz-Universität erstmals gezeigt, dass selbst fern von Resonanzen der Grundwelle ein nichtinstantanes Verhalten auftritt.

Die Analyse der mit extrem kurzen Lichtimpulsen in dünnen Titandioxid-Schichtern erzeugten dritten Harmonischen zeigt ein Abklingen des Erzeugungsprozesses mit einer Zeitkonstante von 8 fs, d.h. ein nichtinstantanes Verhalten. Obwohl dies deutlich länger ist als die Dauer der kürzesten momentan verfügbaren Laserimpulse, qualifiziert sich dieser Prozess dennoch als einer der schnellsten, die jemals zeitaufgelöst beobachtet wurden.

Eine eingehende theoretische Modellierung dieser überraschenden Beobachtung zeigt, dass ein nichtinstantanes Verhalten nur auftritt, wenn die erzeugte dritte Harmonische im Bereich einer Resonanz des optischen Materials liegt. Dann oszilliert die vom eingestrahlten Impuls erzeugte Materialanregung für mehrere Lichtperioden und strahlt die dritte Harmonische über dieses Zeitintervall ab. Der Vorgang erscheint daher als eine Art "Resonanzkatastrophe", der – ähnlich wie bei klassischen mechanischen Oszillatoren – zu einer nichtinstantanen Antwort auf die Anregung führt

Diese Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen für Meß- und Erzeugungsverfahren ultrakurzer Lichtimpulse. Derartige Methoden beruhen auf einer instantanen Natur der verwendeten nichtlinearen optische Prozesse. Ähnlich wie man militärischen Gleichschritt auf Brücken vermeiden sollte, muss man daher auch die beobachteten optischen Resonanzen bei der Messung kurzer Laserimpulse umgehen.

Originalveröffentlichung:
Michael Hofmann, Janne Hyyti, Simon Birkholz, Martin Bock, Susanta K. Das, Rüdiger Grunwald, Mathias Hoffmann, Tamas Nagy, Ayhan Demircan, Marco Jupé, Detlev Ristau, Uwe Morgner, Carsten Brée, Michael Woerner, Thomas Elsaesser, Guenter Steinmeyer
Noninstantaneous polarization dynamics in dielectric media
OPTICA doi.org/10.1364/OPTICA.2.000151

Kontakt:
Dr. Günter Steinmeyer Tel: 030 6392 1440

Weitere Informationen:

http://www.mbi-berlin.de
http://www.wias-berlin.de

Saskia Donath | Forschungsverbund Berlin e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin
23.01.2017 | Ferdinand-Braun-Institut Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik

nachricht Einblicke ins Atom
23.01.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikro-U-Boote für den Magen

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Echoortung - Lernen, den Raum zu hören

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

RWI/ISL-Containerumschlag-Index beendet das Jahr 2016 mit Rekordwert

24.01.2017 | Wirtschaft Finanzen