Nichtlineare Optiken oder optisch nichtlineare Materialien finden unter anderem beim Bau von optischen Schaltern und Modulatoren Anwendung. So befinden sich beispielsweise in grünen Laserpointern häufig Dioden, die infrarotes Licht erzeugen, das mit einem nichtlinearen Kristall frequenzverdoppelt und dadurch grün wird. Außerdem können sie als Bauelemente in der optischen Daten- und Bildverarbeitung eingesetzt werden.
Nichtlineare optische Materialien erlauben es, insbesondere bei hohen Lichtintensitäten, gezielt die Wellenlänge (Lichtfarbe) von eingestrahltem Licht zu verändern. Dabei „zerfällt“ beispielsweise ein blaues Lichtteilchen in zwei rote Lichtteilchen, die sich dann als Photonenpaar in einem „verschränkten“ Zustand befinden. Bei der Verschränkung sind zwei Teilchen, die ehemals als Paar erzeugt wurden, auch nach ihrer räumlichen Trennung in ihren Eigenschaften miteinander verbunden. Zusammen mit der Nutzung von Halbleiterlasern als Pumplichtquelle und Lichtwellenleitern ermöglichen diese Materialien prinzipiell die Erzeugung neuer kompakter und preiswerter Lichtquellen für vielfältige Anwendungen in der Photonik und den Quantentechnologien.
Hocheffiziente Photonenquellen in Aussicht
Um insbesondere neue effiziente Lichtquellen für den nahen ultravioletten Spektralbereich weiter in die Anwendung zu bringen, sollen im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Vorhabens Linobus die Materialeigenschaften und technologischen Grundlagen von periodisch gepolten Lithiumtantalat-Wellenleitern erforscht und verbessert werden. Linobus steht für „Lithiumtantalat-Wellenleiter für die nichtlineare Optik im blauen und ultravioletten Spektralbereich bei hohen Leistungen“. Konkretes Ziel ist es, sogenannte Rippenwellenleiter durch ein neuartiges Verfahren (Diamantsägen) zu erzeugen und diese durch das Einbringen von bestimmten Atomarten unempfindlicher gegen hohe Lichtleistungen werden zu lassen.
Weitere Arbeiten betreffen die Entwicklung massentauglicher Verfahren für die Erzeugung periodisch gepolter Kristalle, die für eine besonders effiziente Lichtumwandlung notwendig sind. Speziell die Erzeugung sehr kleiner Perioden im Kristall, wie sie im ultravioletten Spektralbereich erforderlich sind, stellen eine Herausforderung dar.
„Wenn die Arbeiten die erhofften Ergebnisse liefern, stehen Materialien und Prozesse für die Realisierung neuartiger kompakter Strahlquellen zur Verfügung, die ein breites Anwendungsfeld, beispielsweise für hocheffiziente Photonenquellen, für die Quantenmetrologie oder die Fluoreszenzspektroskopie etwa in medizinischen Anwendungen, ermöglichen“, sagt Projektkoordinator Kip.
