Nichtlineare Optik in kleinsten Dimensionen

Ein Team von der Universität Jena und anderen Forschungs­einrichtungen möchte die Geheimnisse der Optik weiter enträtseln. Die Deutsche Forschungs­gemeinschaft bewilligte jetzt dafür den Sonder­forschungs­bereich 1375 „Nonlinear Optics down to Atomic Scales“; kurz NOA: Für zunächst vier Jahre erhält das Team um den Physiker Ulf Peschel und die Chemikerin Stefanie Gräfe eine Förderung von etwa neun Millionen Euro. Der Startschuss zum Groß­forschungsprojekt fällt am 1. Juli.

Phänomene der nicht­linearen Optik treten stets auf, wenn Licht auf Materie trifft, werden aber erst bei höheren Inten­sitäten sichtbar und wirklich relevant. Neben dem ursprüng­lichen Lichtstrahl wird dann zum Beispiel auch Strahlung anderer und zum Teil viel kürzerer Wellen­längen erzeugt – ein Effekt, der mit steigender Leistung immer wichtiger wird und daher als nichtlinear bezeichnet wird. 

„Unsere Forschung ist zunächst grund­lagenorientiert, wobei wir zukünftige Anwendungen natürlich nicht aus den Augen verlieren wollen“, sagt Ulf Peschel. Die Arbeit im Sonder­forschungsbereich werde deshalb zu gut zwei Dritteln aus Experimenten bestehen, das übrige Drittel sei der Theorie vorbehalten. Da neben der Optik auch Material­eigenschaften eine große Rolle spielen, arbeiten Physiker und Chemiker dabei Hand in Hand.

„Die auftretenden Wechsel­wirkungs­prozesse zwischen Licht und Materie wollen wir im jetzt genehmigten Sonder­forschungsbereich mit atomarer Auflösung untersuchen, im Computer modellieren und schließlich sogar lernen zu kontrol­lieren“, so Peschel. Gelingt das, winken viele attraktive Anwendungen, angefangen von winzigen Nanolasern, über extrem kompakte Röntgen­quellen bis hin zur optischen Detektion weniger Atome. Am Ende ließen sich vielleicht sogar chemische Reaktionen zwischen einzelnen Molekülen in Echtzeit beobachten – eine Dimension, in die lineare optische Systeme bisher nicht vordringen können. 

Im Rahmen des neuen Sonder­forschungsbereiches wird die Friedrich-Schiller-Universität Jena mit dem Fraunhofer-Institut für Ange­wandte Optik und Feinmechanik und dem Leibniz-Institut für Photonische Techno­logien in Jena, aber auch mit der Humboldt-Universität Berlin und der Technischen Universität München zusammen­arbeiten. 24 Doktoranden und ein Postdoc werden von nun an gemeinsam zur nichtlinearen Wechsel­wirkung zwischen Licht und Nano­strukturen oder Einzel­molekülen forschen. 

FSU Jena / JOL

Weitere Infos

• SFB 1375 „Nonlinear Optics down to Atomic Scales“, Abbe School of Photonics, Friedrich-Schiller-Universität Jena