Nichtlineare Frequenzkonversion ist ein Werkzeug, um Licht mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu erzeugen. Forschende des Leibniz-IPHT haben einen völlig neuen Ansatz auf dem Gebiet der nichtlinearen Frequenzkonversion entwickelt und präsentieren einen in der Photonik bisher nicht bekannten Effekt.

Tilman Lühder und Markus A. Schmidt ist es gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen vom Leibniz-IPHT gelungen, zu zeigen, dass periodische Resonanz-basierte Dispersionsmodulation mithilfe von dickenmodulierten Nanofilmen in mikrostrukturierte Fasern eingefügt werden können. Diese Anordnung führt zu einem neuartigen Dispersionsabstimmungsschema, das zu mehreren schmalbandigen spektralen Features in den erzeugten Superkontinua führt. Weiterhin wurde Zugang zu bisher unzugänglichen Dispersionslandschaften ermöglicht, wodurch sich neue Möglichkeiten für nichtlineare Frequenzkonversion ergeben.

Eine Form der Superkontinuums-Erzeugung mit ultrakurzen Lichtpulsen basiert auf der Spaltung solitonischer Zustände und der Emission überschüssiger Energie in sogenannte dispersive Wellen. Dieser Effekt korreliert stark mit der Dispersion des zugrunde liegenden Wellenleiters. Dieses Konzept der Lichtkonversion ist in der Faseroptik gut etabliert, obwohl neue Ansätze für die zukünftige Forschung benötigt werden.

Ein solcher innovativer Ansatz wurde kürzlich untersucht:

Für eine Studie haben die Jenaer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Fasern mit freiliegendem Kern von der Universität Adelaide, Australien, selektiv mit dielektrischen Nanofilmen beschichtet. Entscheidend war dabei die periodische Modulation der Dicke der Filme entlang der Faser mit Gitterkonstanten im Millimeterbereich. Die Nanofilme haben einen höheren Brechungsindex als die Faser, was zu zusätzlichen wellenleiterbasierten Resonanzen führt, welche die Dispersion der Faserkernmoden erheblich beeinflussen. Aufgrund des Gitter-induzierten Impulses ergibt diese spezielle Modulation einen zusätzlichen Term in der Phasenanpassungsbedingung für dispersive Wellen – ein Effekt, der im Zusammenhang mit der ultraschnellen Superkontinuumsgeneration bisher ungenutzt blieb. In Experimenten konnte gezeigt werden, dass durch die spezielle Art der Modulation erstmals schmalbandige Features außerhalb des typischen Spektralbereichs von Solitonen und dispersiven Wellen erzeugt werden können. Eine Eigenschaft dieser Features ist ihre zeitliche Länge, die im Femtosekunden-Bereich liegt.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Zeitschrift ADVANCED SCIENCE.