Aktualisiert: 2023-07-02
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Photonik
Schlüsselwort: nichtlineare Optik
Photonik
Optik
Für Studierende der Physik in Grund- und Hauptstudium ist das Buch ein Begleittext vor allem für die Vorlesungen und Praktika der elementaren und höheren Experimentalphysik im Bereich der Optik. Neben den wichtigsten theoretischen Grundlagen der Optik werden insbesondere die experimentellen und anwendungsbezogenen Aspekte der Optik dargestellt - elektromagnetische Wellen (Licht-, Laser- und Röntgenstrahlung) als auch Materiewellen/Teilchen (Elektronen, Neutronen, Atome). Für Diplomanden und Doktoranden bietet es zudem eine kompetente Heranführung an die Fachliteratur - zu jedem Kapitel findet sich ein umfassendes Literaturverzeichnis. Das Buch wendet sich auch an Naturwissenschaftler, Ingenieure und Lehrer, die sich mit licht- und teilchenoptischen Problemen befassen und über den aktuellen Stand der Forschung informieren wollen. Durch das ausführliche Register ist das Buch auch als Nachschlagewerk geeignet. Weitere Informationen zum Bergmann/Schaefer finden Sie hier.
Aktualisiert: 2023-05-29
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Ludwig Bergmann; Clemens Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik / Optik
Für Studierende der Physik in Grund- und Hauptstudium ist das Buch ein Begleittext vor allem für die Vorlesungen und Praktika der elementaren und höheren Experimentalphysik im Bereich der Optik. Neben den wichtigsten theoretischen Grundlagen der Optik werden insbesondere die experimentellen und anwendungsbezogenen Aspekte der Optik dargestellt - elektromagnetische Wellen (Licht-, Laser- und Röntgenstrahlung) als auch Materiewellen/Teilchen (Elektronen, Neutronen, Atome). Für Diplomanden und Doktoranden bietet es zudem eine kompetente Heranführung an die Fachliteratur - zu jedem Kapitel findet sich ein umfassendes Literaturverzeichnis. Das Buch wendet sich auch an Naturwissenschaftler, Ingenieure und Lehrer, die sich mit licht- und teilchenoptischen Problemen befassen und über den aktuellen Stand der Forschung informieren wollen. Durch das ausführliche Register ist das Buch auch als Nachschlagewerk geeignet. Weitere Informationen zum Bergmann/Schaefer finden Sie hier.
Aktualisiert: 2023-05-29
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Ladungsträgerdynamik in Graphen unterhalb der optischen Phononenergie
Dieses Buch präsentiert Ergebnisse der Grundlagenforschung an Graphen. Nach einer kritischen Auseinandersetzung mit dem Begriff des Graphen-Zeitalters werden zwei Studien aus dem Bereich der Kurzzeitspektroskopie im mittleren Infrarotbereich vorgestellt. Eine konsistene Reihe von Herleitungen vermittelt didaktisch die benötigten Grundlagen zum Einstieg in die Forschungsarbeiten. Durch die Verwendung des Freie-Elektronen-Lasers FELBE in einem Photonenergiebereich unterhalb der optischen Phononenergie in Graphen von 200 meV kann in diesen Studien die Streuung der Ladungsträger mit diesen Phononen effizient unterdrückt werden. Hierdurch wird ein unverstellter Blick auf die verbleibenden Prozesse der Ladungsträgerdynamik freigegeben.
In einer ersten Studie wird so mittels polarisationsaufgelöster Anregungs-Abfrage-Experimente die zuvor weit verbreitete Hypothese einer universell gültigen nahezu instantanen Thermalisierung einer optisch induzierten Nichtgleichgewichtsverteilung des elektronischen Systems widerlegt. In einer zweiten Studie werden durch entartetes Vier-Wellen Mischen in Landau-quantisiertem Graphen die nichtlinearen optischen Eigenschaften dieses Materials nachgewiesen. Während die gemessenen Nichtlinearitäten in Graphen unter Abwesenheit magnetischer Felder den Erwartungen bislang nicht gerecht werden, konnte hier für Landau-quantisiertes Graphen die Größenordnung der Suszeptibilität dritter Ordnung, sowie das Resonanzverhalten experimentell im Einklang mit den Vorhersagen bestätigt werden. Beide Studien leisten so einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis der Ladungsträgerdynamik in Graphen.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Photonik
Photonik
Ein-Atom-Maser
In Buchform erschienene Disseration aus dem Bereich der Atomphysik.
Aktualisiert: 2021-02-17
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Quantenoptik, Laser, nichtlineare Optik
Kohärente Optik
Optik, Licht und Laser
Diese Einführung stellt die Konzepte der klassischen Optik für Physiker, andere Naturwissenschaftler und Ingenieure vor. Sie behandelt die Eigenschaften von Laser-Lichtquellen im Detail und schreitet bis zu optischen Detektoren und der nichtlinearen Optik voran. Ebenso beleuchtet wird die Verknüpfung traditioneller Themen mit ausgewählten Fällen moderner Forschungsarbeiten, um Begeisterung für neuere wissenschaftliche und technische Herausforderungen der Optik zu wecken.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Photonik
Die Photonik beschäftigt sich mit der kontrollierten Erzeugung, Ausbreitung, Manipulation und Detektion von – vorwiegend kohärenten – Lichtfeldern. Der Begriff ist nicht nur in Anlehnung an die Elektronik gebildet, in zahlreichen Anwendungen (Nachrichten-, Daten-, Displaytechnik oder Sensorik) gehen Photonik und Elektronik tatsächlich eine intensive Verbindung ein.
Das Buch vermittelt ein fundiertes Verständnis dieses modernen Wissensgebietes, von den physikalischen Grundlagen bis hin zur Ebene der photonischen "Bauelemente": Laser, Verstärker, Wellenleiter, Modulatoren und Schalter, Interferometer, Detektoren etc. Dabei werden nicht nur die Grundkonzepte dargestellt, sondern auch leistungsfähige Formalismen zur Analyse photonischer Prozesse eingeführt. Damit liefert das Buch für Physiker und Techniker einen umfassenden Überblick und das Rüstzeug zur Einarbeitung in Spezialgebiete der Angewandten Optik, wie Nachrichtentechnik, Lasermaterialbearbeitung, Sensorik und medizinische Laseranwendungen.
Aktualisiert: 2023-03-28
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Stabilisierung und Durchstimmung nichtlinear-optischer Prozesse in Lithiumniobat-Flüstergalerieresonatoren
Optische Flüstergalerieresonatoren vereinen mechanische Stabilität mit hoher optischer Güte. Dadurch eignen sie sich hervorragend zur nichtlinearen Frequenzkonversion mit niedrigen Pumpleistungen. Ein bisher großes ungelöstes Problem besteht in der schnellen und genauen Kontrolle der Konversionsprozesse. In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur Wellenlängenkontrolle beschrieben und verglichen. Als besonders praktikabel erwies sich dabei das geometrische Durchstimmen mittels eines in den Flüstergalerieresonator eingebetteten Piezoaktors. Dadurch lässt sich ein sprungfreies Durchstimmen übere mehrere 10 GHz erreichen.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Optik
Für Studierende der Physik in Grund- und Hauptstudium ist das Buch ein Begleittext vor allem für die Vorlesungen und Praktika der elementaren und höheren Experimentalphysik im Bereich der Optik. Neben den wichtigsten theoretischen Grundlagen der Optik werden insbesondere die experimentellen und anwendungsbezogenen Aspekte der Optik dargestellt - elektromagnetische Wellen (Licht-, Laser- und Röntgenstrahlung) als auch Materiewellen/Teilchen (Elektronen, Neutronen, Atome). Für Diplomanden und Doktoranden bietet es zudem eine kompetente Heranführung an die Fachliteratur - zu jedem Kapitel findet sich ein umfassendes Literaturverzeichnis. Das Buch wendet sich auch an Naturwissenschaftler, Ingenieure und Lehrer, die sich mit licht- und teilchenoptischen Problemen befassen und über den aktuellen Stand der Forschung informieren wollen. Durch das ausführliche Register ist das Buch auch als Nachschlagewerk geeignet. Weitere Informationen zum Bergmann/Schaefer finden Sie hier.
Aktualisiert: 2023-03-27
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Untersuchung der Dynamik von photoinduziertem Ladungstransfer in Donor-Akzeptor-Doppelkäfigen und Berlinerblau-Analoga mittels Ultrakurzzeit-Spektroskopie
In Rahmen dieser Promotionsarbeit wurden photophysikalische Eigenschaften zweier unterschiedlicher supramolekularer Metallkomplexe mittels Femtosekunden-Pump-Probe-Spektroskopie im UV/Vis- und midIR-Bereich charakterisiert, wodurch ein Einblick in deren jeweilige photoinduzierte Kinetik eröffnet wurde. Zum einen wurden Palladium Pd(II) komplexierte Donor-Akzeptor-Doppelkäfigstrukturen, die aus Phenothiazin- und Anthrachinon-Liganden assembliert werden, hinsichtlich ihrer photoinduzierten Ladungsseparation und somit potentieller photovoltaischer Anwendung untersucht. Zum anderen wurden Berlinerblau-Analoga (Prussian Blue Analogues, PBA) charakterisiert, die schon länger für ihre Fähigkeit der Schaltbarkeit von Spin- sowie Redoxzuständen bekannt sind und sich potentiell für die Informationsspeicherung auf molekularer Ebene als nanoskalige elektronische Bauteile eignen.
Aktualisiert: 2021-03-31
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Kaskadierte x(²)-Prozesse zur hocheffizienten, festkörperbasierten Erzeugung von tief-ultravioletter Strahlung bei 191,7 nm
Gegenstand dieser Arbeit ist die Erzeugung von breitbandiger und longitudinal einmodiger Strahlung bei einer Wellenlänge von 191,7 nm durch kaskadierte Frequenzverdopplung und Summenfrequenzerzeugung von Nd:YVO4-Lasern bei 1342 nm bis zur siebten Harmonischen. Diese Strahlung ist insbesondere für die Herstellung von Faser-Bragg-Gittern mittels eines interferometrischen Herstellungsverfahrens von Interesse. Die im Rahmen dieser Arbeit demonstrierten Systeme bei 191,7 nm basieren auf der Erzeugung der siebten Harmonischen von 1342 nm Lasern in vier Konversionsstufen: der Frequenzverdopplung und -verdreifachung, der Erzeugung der sechsten Harmonischen durch Frequenzverdopplung der dritten Harmonischen und schließlich der Erzeugung der siebten Harmonischen durch Summenfrequenzmischung der sechsten Harmonischen mit der Fundamentalen. Entscheidend bei der Umsetzung dieses Konzeptes war die Realisierung von breitbandigen und longitudinal einmodigen gütegeschalteten Nd:YVO4-Lasern bei 1342 nm mit hoher Impulsspitzenleistung und mittlerer Leistung, sowie die optimale Auslegung der kaskadierten Frequenzkonversion in den tief-ultravioletten Spektralbereich. Im longitudinal einmodigen Betrieb wurde bei der siebten Harmonischen eine Leistung von 185 mW bei sehr guter Strahlqualität mit einem gaußförmigen Strahlprofil und einer Beugungsmaßzahl von M² < 1,5 für beide Richtungen erreicht. Die spektrale Breite der 191,7 nm Strahlung betrug 240 MHz (FWHM).
Aktualisiert: 2021-03-31
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Frequenzkonversion mittels chipintegrierter Flüstergalerieresonatoren aus Lithiumniobat
Laserlichtquellen sind in einer Vielzahl optischer Technologien heute nicht mehr wegzudenken. Grund hierfür ist die gute Fokussierbarkeit und definierte Wellenlänge, welche durch Energieübergänge im Lasermedium definiert ist. Dies ist jedoch auch eine Einschränkung, da Laserlicht somit nicht in jedem beliebigen Wellenlängenbereich zur Verfügung steht bzw. die Emissionswellenlänge von Laser meist nur über einen geringen Bereich durchgestimmt werden kann. Diese Einschränkung lässt sich mit nichtlinear-optischen Frequenzkonvertern beispielsweise aus Lithiumniobat (LiNbO3, LN) aufheben. Die für die nichtlinear-optische Frequenzkonversion hohen Intensitäten lassen sich in Resonatoren erreichen. Eine kompaktere Bauform stellen die Flüstergalerieresonatoren (FGR) dar. Die Integration der FGR auf Chipebene ist hierbei von großem Interesse, da eine reproduzierbare und parallele Herstellung von sehr kleinen integrierten FGR (iFGR) mit Radien im 10-mikrometer-Bereich möglich wird. Außerdem besteht das Potential Pumplaser, Detektoren und Heizelemente oder Elektroden zum Durchstimmen der Resonanzfrequenzen mit den iFGR auf einem Chip zu integrieren. Diese Arbeit widmet sich einem neuartigen Herstellungsverfahren von domänenstrukturierten iFGR mit dem Güten bis zu 10 Millionen erreicht werden. Dank dieser hohen Güten konnte quasiphasenangepasste Frequenzkonversion in iFGR gezeigt werden. Es wurde Frequenzverdopplung, Summenfrequenzerzeugung und stimulierte Raman-Streuung in den iFGR untersucht und somit das Potential der iFGR zur Realisierung kompakter Frequenzkonverter verdeutlicht.
Aktualisiert: 2022-04-23
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Ladungsträgerdynamik in Graphen unterhalb der optischen Phononenergie
Dieses Buch präsentiert Ergebnisse der Grundlagenforschung an Graphen. Nach einer kritischen Auseinandersetzung mit dem Begriff des Graphen-Zeitalters werden zwei Studien aus dem Bereich der Kurzzeitspektroskopie im mittleren Infrarotbereich vorgestellt. Eine konsistene Reihe von Herleitungen vermittelt didaktisch die benötigten Grundlagen zum Einstieg in die Forschungsarbeiten. Durch die Verwendung des Freie-Elektronen-Lasers FELBE in einem Photonenergiebereich unterhalb der optischen Phononenergie in Graphen von 200 meV kann in diesen Studien die Streuung der Ladungsträger mit diesen Phononen effizient unterdrückt werden. Hierdurch wird ein unverstellter Blick auf die verbleibenden Prozesse der Ladungsträgerdynamik freigegeben.
In einer ersten Studie wird so mittels polarisationsaufgelöster Anregungs-Abfrage-Experimente die zuvor weit verbreitete Hypothese einer universell gültigen nahezu instantanen Thermalisierung einer optisch induzierten Nichtgleichgewichtsverteilung des elektronischen Systems widerlegt. In einer zweiten Studie werden durch entartetes Vier-Wellen Mischen in Landau-quantisiertem Graphen die nichtlinearen optischen Eigenschaften dieses Materials nachgewiesen. Während die gemessenen Nichtlinearitäten in Graphen unter Abwesenheit magnetischer Felder den Erwartungen bislang nicht gerecht werden, konnte hier für Landau-quantisiertes Graphen die Größenordnung der Suszeptibilität dritter Ordnung, sowie das Resonanzverhalten experimentell im Einklang mit den Vorhersagen bestätigt werden. Beide Studien leisten so einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis der Ladungsträgerdynamik in Graphen.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Untersuchung der Dynamik von photoinduziertem Ladungstransfer in Donor-Akzeptor-Doppelkäfigen und Berlinerblau-Analoga mittels Ultrakurzzeit-Spektroskopie
In Rahmen dieser Promotionsarbeit wurden photophysikalische Eigenschaften zweier unterschiedlicher supramolekularer Metallkomplexe mittels Femtosekunden-Pump-Probe-Spektroskopie im UV/Vis- und midIR-Bereich charakterisiert, wodurch ein Einblick in deren jeweilige photoinduzierte Kinetik eröffnet wurde. Zum einen wurden Palladium Pd(II) komplexierte Donor-Akzeptor-Doppelkäfigstrukturen, die aus Phenothiazin- und Anthrachinon-Liganden assembliert werden, hinsichtlich ihrer photoinduzierten Ladungsseparation und somit potentieller photovoltaischer Anwendung untersucht. Zum anderen wurden Berlinerblau-Analoga (Prussian Blue Analogues, PBA) charakterisiert, die schon länger für ihre Fähigkeit der Schaltbarkeit von Spin- sowie Redoxzuständen bekannt sind und sich potentiell für die Informationsspeicherung auf molekularer Ebene als nanoskalige elektronische Bauteile eignen.
Aktualisiert: 2022-04-22
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Infrarotspektroskopie mittels nichtlinear-optischer Hochkonversion
Die Infrarotspektroskopie findet als optische Analysemethode für molekulare Stoffe und Stoffgemische breite Anwendung in Medizin, Chemie, Materialwissenschaften und Astronomie. Im mittleren Infrarot mit Wellenlängen über 3 µm ist die Empfindlichkeit spektroskopischer Messungen dabei häufig begrenzt durch das Dunkelrauschen der verfügbaren Halbleiterdetektoren. Umgangen werden kann diese Begrenzung durch die nichtlinear-optische Hochkonversion der infraroten Strahlung. Die Übertragung der Information zu kürzeren Wellenlängen erlaubt den Einsatz empfindlicherer Detektoren, beispielsweise aus Silizium. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung der Hochkonversion hin zu einsetzbaren Messsystemen. Aspekte und Eigenschaften der Konversion werden am Beispiel zweier Umsetzungen untersucht und diskutiert. Vorteile der Hochkonversion werden im Einsatz für die zeitaufgelöste Flammenspektroskopie und für die Ferndetektion infrarotaktiver Gase demonstriert.
Aktualisiert: 2021-12-20
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