Modell

Forschung der Gruppe Peschel

Modell
Foto: Prof. Dr. Ulf Peschel

Forschungsschwerpunkte

Quantum Random Walks Quantum Random Walks Foto: Ulf Peschel

1. "Quantum Random Walks" in diskreten Fasernetzwerken 

Random Walks finden in zahlreichen, naturwissenschaftlichen Gebieten Anwendung, um klassische Diffusionsprozesse von Teilchen zu modellieren. Im Gegensatz dazu benötigt man für die Ausbreitung von Licht oder die Bewegung von Teilchen gemäß der Quantenmechanik ein Modell, bei dem auch die Interferenz von Wellen berücksichtigt wird. Diese führt zu einer komplett anderen und facettenreichen Dynamik des Systems. In unsere Gruppe untersuchen wir nicht nur theoretisch sondern auch experimentell Zufallsbewegungen von kohärenten Lichtpulsen in einem ausgedehnten Fasernetzwerk. Hierfür verwenden wir einen Versuchsaufbau basierend auf Zeitmultiplexing, der aus zwei gekoppelten Faserschleifen besteht. Ein Längenunterschied ΔL der Schleifen erlaubt eine transversale Pulsausbreitung in der Zeit: Falls ein Lichtpuls in der kurzen Schleife zirkuliert, entspricht dies einer Abkürzung und kommt somit früher an dem zentralen Koppler an.

Modellierung von Halbleiter-Nanowire-Lasern Modellierung von Halbleiter-Nanowire-Lasern Foto: Ulf Peschel

2. Modellierung von Halbleiter-Nanowire-Lasern

Aufgrund ihrer einfachen Herstellung, der hervorragenden optischen Eigenschaften und der hohen Kristallqualität stellen Halbleiter-Nanodrähte ideale nanooptische Bauelemente dar. Wegen ihrer Resonatoreigenschaften und der Kopplung an den direkten Bandübergang der verwendeten Halbleiter können sie als optische und photonische Laser oder auch als polaritonische Bauelemente genutzt werden und so als kohärente Lichtquelle mit Nanometer-Abmessungen und Bindeglied zwischen elektronischen und photonischen integrierten Systemen dienen.

Dynamik des Lichts Dynamik des Lichts Foto: Ulf Peschel

3. Nichtlineare Dynamik von Polaritonen

Die Gruppe hat vielfältige Beiträge zur faszinierenden Physik der nichtlinearen Optik in künstlichen photonischen Strukturen wie beispielsweise gekoppelten Wellenleiter, nichtlinearen Mikroresonatoren und photonischen Kristallen geliefert. Diese Forschung widmet sich der systematischen Kontrolle und Änderung des Lichts vor allem durch seine lineare und nichtlineare Wechselwirkung mit Materie. Insbesondere wird der Einfluss der künstlich veränderten Eigenschaften hinsichtlich Streuung und Brechung des Lichts auf grundlegende Phänomene der nichtlinearen Dynamik untersucht. Dazu zählen optische Bistabilität, Modulationsinstabilität, parametrische Interaktionen und Bildung von robusten selbst lokalisierten Zuständen, auch bekannt als solitäre Wellen. Ein generelles Ziel dieser Forschung ist die Entwicklung von kompakten auf einem Chip realisierten rein optischen Geräten für neuartige Lichtquellen, Signalverarbeitung und hochauflösende Bildgebung.

Optische Eigenschaften hybrider Nanostrukturen Optische Eigenschaften hybrider Nanostrukturen Foto: Ulf Peschel

4. Optische Eigenschaften hybrider Nanostrukturen

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit nanostrukturierten Bauelementen für Spektroskopie, Mikroskopie, Photovoltaik und Katalyse. Grundlegende, optische Eigenschaften plasmonischer und dielektrischer Systeme werden mit Methoden klassischer Elektrodynamik untersucht, mit dem Ziel, Aspekte amorpher Materialien, rauer Oberflächen, sowie nichtlineare und nichtklassische Wechselwirkungen zu berücksichtigen. Die realistische Beschreibung komplexer Nanopartikelverteilungen und ultradünner Multilagenstrukturen mit multiphysikalischen Prozessen soll dabei ermöglicht werden, während gleichzeitig die verlässlichen und schnellen Methoden der computergestützten Nanophotonik erhalten bleiben bzw. erweitert werden.