Wissenschaftler verbessern die Technologie, um höhere Harmonische in nanostrukturierten Metaoberflächen zu erzeugen
Natürliche und künstliche Kristalle können die Spektralfarbe des Lichts verändern – dies wird wie nichtlinearer optischer Folge bezeichnet. Farbkonvertierung wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, z. B. in jener nichtlinearen Mikroskopie biologischer Strukturen und Materialuntersuchungen, in Lumineszenzdiode-Lichtquellen und Lasern, in jener optischen Kommunikation sowie in jener Photonik und darauf basierenden Technologien wie Quantencomputern. Wissenschaftler jener Universität Paderborn nach sich ziehen nun verdongeln Weg gefunden, den zugrunde liegenden physikalischen Prozess hinterm Phänomen zu verbessern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in jener Fachzeitschrift „Light: Science & Applications“.
Symbolbild
Universität Paderborn, Besim Mazhiqi
„Welcher Prozess basiert hinauf sogenannten anharmonischen Potentialen jener Kristallatome und führt mehrfach zu einer exakten Vervielfachung jener Lichtfrequenz, die wie Erzeugung von ‚höheren Harmonischen‘ bezeichnet wird – vergleichbar mit den Obertönen in jener Schwingung einer Saite.“ eines Instruments”, erklärt jener Paderborner Physiker Prof. Dr. Cedrik Meier. Obwohl jener Folge im Zusammenhang vielen Kristallen natürlich auftritt, ist er meist mega schwach. Es gibt von dort zahlreiche Ansätze, den Folge zu verstärken, wie durch die Zusammensetzung verschiedener Materialien und deren Strukturierung hinauf jener Mikro- und Nanoskala. Die Universität Paderborn betreibt in den letzten Jahrzehnten intensive und erfolgreiche Wissenschaft hinauf diesem Gebiet.
Ein Schwerpunkt dieser Wissenschaft in jener Photonik sind Metamaterialien und insbesondere Metaoberflächen. Dieserfalls werden hinauf einem dünnen Trägermaterial strukturierte Elemente im Nanometerbereich aufgebracht, mit denen dasjenige einfallende Licht wechselwirkt und wie optische Resonanzen bildet. Längere Verweilzeiten und Zentrierung zuteilen es dem Licht, höhere Harmonische effizienter zu erzeugen.
In einer interdisziplinären Zusammenarbeit funktionieren die Forschungsgruppen von Prof. Dr. Cedrik Meier (Nanophotonik & Nanomaterialien), Prof. Dr. Thomas Zentgraf (Ultraschnelle Nanophotonik) und Prof. Dr. Jens Förstner (Theoretische Elektrotechnik) an jener Universität Paderborn zusammen Welcher Sonderforschungsbereich/Transregio 142 „Maßgeschneiderte nichtlineare Photonik“ hat verdongeln innovativen Art und Weise entwickelt, um höhere Harmonische effizienter zu erzeugen. Durch die Verwendung speziell dimensionierter Anordnungen mikroskopisch Vorleger elliptischer Zylinder aus Silizium konnten sie den sogenannten Fano-Folge nutzen – verdongeln besonderen physikalischen Umstand, im Zusammenhang dem sich mehrere Resonanzen reziprok verstärken.
Die Wissenschaftler ermittelten zunächst mithilfe numerischer Simulationen die optimalen Geometrieparameter und untersuchten die zugrunde liegende Physik. Anschließend stellten sie die Nanostrukturen mit modernsten Lithographieverfahren her und führten optische Untersuchungen durch. Sowohl theoretisch wie unter ferner liefen experimentell konnte nachgewiesen werden, dass die Erzeugung jener dritten Harmonischen – ergo Licht mit jener dreifachen Schwingungszahl des einfallenden Lichts – im Vergleich zu bisher bekannten Strukturen dieser Genre insbesondere effizient sein kann.
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