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Zeitaufgelöste optische Spektroskopie („Pump-Probe“)

Ein erster ps- oder fs-Impuls („pump“) erzeugt eine Anregung (Nicht­gleichgewichtszustand) in einer Probe, deren Weg zurück ins Gleichgewicht mit einem zweiten Abfrage- („probe“-) Impuls als Funktion der Zeit beobachtet wird. Mit dieser Technik werden die unterschiedlichsten ultraschnellen Vorgänge untersucht; in der FG Optik sind dies derzeit insbesondere:

• Verformung von Silbernanopartikeln in Glas (SFB 418)
• Ladungsträger- und Schaltdynamik in ZnO bzw. ZnO/BaTiO₃ Schichtsystemen (SFB 762)
• Schwingungs- und Rotationsdynamik von kleinen Flüssigkeitsmolekülen
• Energietransfer in Mikroemulsionen („lasergesteuerter Nanoreaktor“)

Charakterisierung von optischen Materialeigenschaften (linear und nichtlinear)

Die optischen (und strukturellen) Eigenschaften verschiedener, z.T. nanostrukturierter Materialien werden mit Hilfe nichtlinearer Verfahren wie der Erzeugung optischer Oberwellen (2. und höhere Harmonische, Summenfrequenz, …) oder dem nichtlinearen Brechungsindex („z-scan“) charakterisiert; ergänzend werden konventionelle Spektrometer (für UV bis IR, sowie Ramanstreuung) routinemäßig eingesetzt. Untersucht werden unter anderem:

• Photonische Kristalle auf Silizium-Basis
• Gläser mit eingelagerten Nanopartikeln
• ferroelektrische / halbleitende Oxide

Laser-Materialbearbeitung

Mit ps und fs-Laserimpulsen können Verfahren wie „kalter“ Materialabtrag von Oberflächen, Nanostrukturierung oder berührungsloses Schneiden transparenter Materialien realisiert werden, die zunehmende technologische und medizinische Bedeutung erlangen. In der FG Optik werden in Kooperationen mit Industriepartnern verschiedene Verfahren untersucht bzw. optimiert, z.B.:

• Abtrag von Passivierungsschichten auf Si-Solarzellen
• (Refraktive) Hornhautchirurgie
• Herstellung polarisierender Strukturen durch Nanopartikelverformung

nanostrukturierte optische Materialien

Unter Einfluss von elektrischen Feldern und/oder erhöhten Temperaturen können Gläser durch Einbau von Ionen sowie Bildung und Auflösung von Nanopartikeln die unterschiedlichsten optischen Eigenschaften annehmen; mit entsprechend strukturierten Elektroden können so photonisch- plasmonische Strukturen hergestellt werden. Untersucht werden vor allem:

• feldgetriebener Einbau von Metallnanopartikeln in Glas
• feldgestützte Auflösung von Nanopartikeln (Nano-Löcher)
• „Upkonversion“ von Licht in dotiertem Glas (BMBF-Projekt)

Erzeugung und Manipulation ultrakurzer Laserimpulse

Um maßgeschneiderte Laserimpulse für die verschiedenen Experimente zu haben, werden in der FG Optik mehrere Systeme zur Manipulation der spektralen Verteilung und des zeitlichen Verlaufes der Impulse betrieben und stetig weiterentwickelt, insbesondere für:

• parametrische Frequenzkonversion ins IR (in weiten Bereichen frei wählbare Wellenlängen)
• breitbandige Abfrageimpulse (fs-„Weißlicht“)
• zeitliche Formung der Impulse (mit LCD-Modulator)