Nichtlineare Spektroskopie

Wird ein Material mit sehr kurzen Laserpulsen bestrahlt, so können durch die hohe Intensität der Pulse nichtlineare Effekte auftreten. Wie beim Anschlagen einer Glocke, bei der neben dem Grundton immer auch Obertöne zum Schwingen angeregt werden, kann das Material neben Licht der Anregefrequenz auch Licht anderer Frequenzen abstrahlen. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Erzeugung der zweiten Harmonischen: dabei wird Licht der doppelten Frequenz erzeugt, sodass bei Anregung z.B. mit rotem Licht zusätzlich auch blaues Licht abgestrahlt wird.

Die Wahrscheinlichkeit für nichtlineare Prozesse ist stark von den Materialeigenschaften abhängig. Wir untersuchen die nichtlinearen Eigenschaften von Metallnanopartikeln, die durch ihre plasmonischen Eigenschaften starke Nichtlinearitäten zeigen. Werden wie bei uns einzelne Partikel untersucht, so kann neben der Frequenzabhängigkeit der Nichtlinearität z.B. auch die winkelabhängige Abstrahlcharakteristik untersucht werden. Durch die Kohärenz der nichtlinearen Prozesse kommt es zu Interferenzprozessen zwischen verschiedenen Emissionszentren. Im Zusammenspiel mit numerischen Simulationen kann so mit hoher Präzision der räumliche Ursprung nichtlinearer Signale bestimmt werden.Neben dem grundlegenden Verständnis nichtlinearer Prozesse auf der Nanoskala sind unsere Experimente vielversprechend im Hinblick auf optischer Kommunikation über photonische Schaltkreise. Im nächsten Schritt soll hierzu die Kopplung der nichtlinearen Emission an Wellenleiter untersucht werden. Mit diesen kann das erzeugte Licht an einen anderen Ort geleitet werden um dort z.B. eine weitere Struktur anzuregen.