Unsere Forschungsthemen

Wir sind besonders an nicht-zentrosymmetrischen Kristallen interessiert, weil diese besonders starke nichtlinear-optische Effekte zeigen können. Bei diesen beeinflusst das Licht die optischen Materialeigenschaften so, dass dies auf die Lichtwelle selber spürbar zurückwirkt. Wir erforschen die Eigenschaften einer großen Bandbreite von Substanzen. Das versetzt uns in die Lage, nichtlinear-optische Systeme vom ultravioletten bis zum langwelligen infraroten Spektralbereich zu realisieren. Ein wichtiges Thema ist die Strukturierung ferroelektrischer Domänen, welche nötig ist, um optische Frequenzkonverter zu bauen. Durch kalligraphisches Polen mit Hilfe einer elektrisch geladenen Metallspitze können wir Domänenstrukturen fast beliebiger Form erzeugen. Außerdem erforschen wir die elektrischen und optischen Eigenschaften der Domänenwände. Ein weiteres wichtiges Gebiet ist die optische Transparenz der Materialien, welche oftmals durch Defekte eingeschränkt wird. Wir können auch kleinste Verluste im ppm-Bereich noch messen und haben das Ziel, die Ursache der Verluste zu identifizieren und diese dann auch gezielt zu minimieren.

Flüstergalerieresonatoren sind rotationssymmetrische Monolithen aus dielektrischen Materialien. In ihnen wird eingestrahltes Laserlicht durch Totalreflexion auf eine kreisförmige Bahn gelenkt. Obwohl sie nur Durchmesser im (sub-)Millimeterbereich aufweisen, kann das Licht in ihnen effektiv bis zu mehrere Kilometer umlaufen. Außerdem wird die Leistung des Laserlichts um mehrere Größenordnungen überhöht. Dadurch ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Sensorik und in der nichtlinearen Optik. Wir fertigen diese einzigartigen Kavitäten als Volumenresonatoren oder auch chip-integriert aus verschiedensten kristallinen Materialien. Eingesetzt werden sie von uns zur Materialforschung sowie zur Realisierung miniaturisierter Laser und optisch-nichtlinearer Frequenzkonverter.

Mit Hilfe von Flüstergalerieresonatoren entwickeln und erforschen wir miniaturisierte Festkörperlaser. Diese kommen ganz ohne dielektrische Beschichtungen oder Spiegel aus. Die eingesetzten Resonatoren sind mit laseraktiven Ionen wie Erbium, Neodym oder Praseodym dotiert und können zum Teil sogar mit LEDs gepumpt werden. Auch ohne zusätzliche frequenzselektive Elemente erreichen wir einen stabilen Einfrequenzbetrieb und modensprungfreies Abstimmen der Emissionswellenlänge.

Mit optischen Frequenzkonvertern – insbesondere optisch parametrischen Oszillatoren (OPOs) – können spektrale Bereiche erschlossen werden, die von Lasern nicht oder nur schwer erreicht werden. Mit einem OPO lässt sich im Prinzip Licht beliebiger Wellenlänge erzeugen, solange diese größer als die des eingestrahlten Laserlichts ist. Hinsichtlich der Wellenlängenflexibilität ist ein OPO daher einem Laser weit überlegen. Wir erforschen und realisieren miniaturisierte flüstergaleriebasierte optisch parametrische Oszillatoren vom sichtbaren Spektralbereich bis ins mittlere Infrarot bei mehr als 8 µm Wellenlänge. Die Oszillationsschwellen liegen im Mikro- und Milliwattbereich, und die Konversionseffizienzen übersteigen 50 %. Kaskadierte Prozesse sind zudem grundsätzlich geeignet, um Frequenzkämme zu erzeugen, welche sehr großes Potential für die Spektroskopie aufweisen.