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Lichtwellenleiter bieten eine hervorragende Plattform für die Übertragung von Licht über große Entfernungen, die Manipulation von Licht und die Verbesserung der Licht-Materie-Wechselwirkung. Nun hat die Forschungsgruppe ›Ultraschnelle & verdrehte Photonik‹ am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) eine neue Hohlkernfaser entwickelt, die optische Wirbel je nach Helizität selektiv leitet und potenzielle Anwendungen in der chiralen Sensorik, der Erzeugung von Wirbelmoden und der optischen Kommunikation bietet. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift ›ACS Photonics‹ veröffentlicht.
Neben der Übertragung von Licht über große Entfernungen bieten Lichtwellenleiter auch geeignete Möglichkeiten, die Wechselwirkung von Licht mit Materie zu verstärken und die Eigenschaften des geführten Lichts zu manipulieren. Unter den verschiedenen Eigenschaften von Licht sind reine Polarisationszustände für viele Anwendungen und Forschungsbereiche von entscheidender Bedeutung. Im Laufe der Jahre wurden mehrere Wellenleiter und strukturierte Materialien entwickelt, um lineare und zirkulare Polarisation über große Entfernungen zu erhalten und diese Zustände mit ausreichender Unterscheidungskraft zu analysieren. In den letzten zwei Jahrzehnten hat auch Licht mit komplexeren Polarisationszuständen, wie z.B. optische Wirbel, vielfältige Anwendungen gefunden. Die jüngste Entwicklung von Lichtwellenleitern, die optische Wirbel leiten, hat einen Weg für die Nutzung des vom Licht getragenen Bahndrehimpulses für das Datenmultiplexing eröffnet und damit die Kapazität von Glasfasernetzen erhöht. Optische Wirbel wurden auch zur chiralen Diskriminierung eingesetzt, was Anwendungen in der pharmazeutischen Industrie hat, und zur Steuerung der Bewegungen von Elektronen. Daher besteht ein wachsendes Interesse an der Entwicklung neuer optischer Elemente, die die Helizität optischer Wirbel unterscheiden können. Die wenigen strukturierten Materialien, die für diesen Zweck entwickelt wurden, haben jedoch keine hohe Unterscheidungskraft gezeigt.
In ihrer Arbeit gehen die MPL-Wissenschaftler über die Steuerung und Manipulation von Licht mit linearer und zirkularer Polarisation hinaus und berichten über einen neuen Hohlkernwellenleiter, der einen starken helikalen Dichroismus aufweist. Das bedeutet, dass die optische Dämpfung vom Bahndrehimpuls des geführten Lichts abhängt. Somit überträgt der Wellenleiter optische Wirbel mit einer bestimmten Helizität und dämpft Wirbel mit entgegengesetzter Helizität weitgehend. Die Hohlkernfaser kann auch für Spektralbereiche ausgelegt werden, die für andere optische Systeme nicht zugänglich sind, und wenn er mit flüssigen oder gasförmigen Medien gefüllt wird, können Untersuchungen der Licht-Materie-Wechselwirkung über größere Entfernungen durchgeführt werden. Diese helikal dichroitischen Wellenleiter versprechen daher die Realisierung neuer Geräte mit außergewöhnlichen Unterscheidungsfähigkeiten – vergleichbar mit denen, die für die lineare Polarisation mit kristallbasierten Polarisatoren erzielt werden, und sogar darüberhinausgehend. Sie bieten potenzielle Anwendungen in der chiralen Sensorik, der Erzeugung von Wirbelmoden und der optischen Kommunikation.
Bildunterschrift:
Abb. 1 (links): Schematische Darstellung einer verdrillten Hohlkernfaser mit helikalem Dichroismus. Beim Einleiten von Wirbelstrahlen mit der topologischen Ladung 𝓁 = ±1 in den Wellenleiter hängt die Übertragung stark vom Vorzeichen von 𝓁. Abb. 2 (rechts): Gemessene Transmission für die Anregung des Grundmodus (FM, 𝓁 = 0) und für in die verdrillte Hohlkernfaser eingekoppelte Wirbelstrahlen (quadratische/sternförmige Markierungen für s=±1).
Dr. Francesco Tani
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen
Forschungsgruppenleiter ›Ultraschnelle & verdrehte Photonik‹
https://mpl.mpg.de / francesco.tani@mpl.mpg.de
Christof Helfrich, Michael H. Frosz, and Francesco Tani, “Giant Helical Dichroism in Twisted Hollow-Core Photonic Crystal Fibers”, ACS Photonics 2025 12 (2), 564-569.
DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.4c02019
s. Ende des Textes.
Enge Zusammenarbeit zwischen Dr. Francesco Tani (links) und Dr. Michael Frosz (rechts), Leiter der T ...
MPL, Susanne Viezens
Criteria of this press release:
Journalists
Physics / astronomy
transregional, national
Scientific Publications
German
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