Betreuer: Herr Prof. Dr. Alexander Szameit
Da reale physikalische Systeme sehr komplex sind, ist es oft hilfreich, ihre Physik stattdessen auf
anderen, besser kontrollierbaren Plattformen experimentell zu emulieren. Diese können physika-
lisch ganz anders sein als das nachzubildende System. Dafür können sie aber so beeinflusst werden,
dass ihr Verhalten dem zu untersuchenden physikalischen Effekt ähnelt. Gleichzeitig erlaubt die
höhere experimentelle Kontrolle die flexiblere Variation von Parametern und die Verminderung
von störenden Einflüssen.
Ein besonders vielseitiger Typ solcher Emulationssysteme ist der Fokus dieser Arbeit: gekoppelte
optische Glasfaserschleifen. Diese Plattform nutzt die Propagation von Lichtpulsen durch gekop-
pelte Faserschleifen um photonische Gitter verschiedener Dimensionen zu emulieren. Aktuell wer-
den mit diesem Aufbau photonische Gitter mit einer räumlichen und einer zeitlichen Dimension
- (1+1)D - sowie zwei räumlichen und einer zeitlichen Dimension - (2+1)D - emuliert. In letzter
Zeit hat außerdem die intrinsische Kerr-Nichtlinearität der Fasern hohe Aufmerksamkeit erregt,
da sie die Emulation von interagierenden Systemen auf dieser Plattform ermöglicht.
Im Hauptteil dieser Arbeit wird die Erweiterung eines existierenden linearen (1+1)D Aufbaus
vorgenommen, um den Betrieb im nichtlinearen Regime zu ermöglichen. Dabei müssen techni-
sche Gegebenheiten mit der optimalen Nutzung der Nichtlinearität in Einklang gebracht werden.
Die erfolgreiche Realisierung des nichtlinearen Betriebs wird in der Beobachtung von nichtlinear
räumlich lokalisierten Anregungen des Gitters demonstriert (solitäre Wellen). Des Weiteren wird
die Erweiterung zu einem linearen (2+1)D Aufbau umgesetzt, wo ebenfalls technische Einschrän-
kungen für optimale Messergebnisse überwunden werden müssen. Hierbei wird die erfolgreiche
Umsetzung mit der Beobachtung linearer (2+1)D “light walks” gezeigt.

Betreuer: Prof. Dr. Alexander Szameit
Heutzutage sind elektronische Rechner wie Smartphones, Tablets, Laptops oder Computer, die komplexe mathematische Algorithmen in Sekundenschnelle lösen können, aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Aber es gibt bestimmte Probleme, die selbst die leistungsfähigsten konventionellen Supercomputer nicht effizient lösen können. Abhilfe könnte hier photonisches Quantencomputing, also das Rechnen mit Licht schaffen. Ähnlich zu elektronischen Schaltkreisen in konventionellen Computern können mit Hilfe von Lichtwellenleitern optische Schaltkreise geschaffen werden, wodurch unter Nutzung von Eigenschaften des Lichts wie Interferenz oder Polarisation „gerechnet“ werden kann. Wellenleiter können sowohl „klassisches Licht“ wie Laser als auch „Quantenlicht“, also Photonen, mit vergleichsweise geringen Verlusten leiten. In Glaschips integrierte Wellenleiter bieten außerdem eine Vielzahl anderer experimenteller Möglichkeiten. Beispielsweise können darin quantenmechanische Effekte oder relativistische Physik nachgeahmt werden.

In meiner Arbeit habe ich mich mit dem speziellen Gebiet der nicht-hermiteschen Photonik beschäftigt, d.h. mit Systemen, in denen die Gesamtenergie nicht erhalten ist. Zur Realisierung solcher Systeme spielt das Konzept der sogenannten Paritäts-Zeit (PT)-Symmetrie eine wichtige Rolle. In der Optik ist PT-Symmetrie für gewöhnlich eng mit Verstärkung und Verlust verknüpft, d.h. die Intensität des Lichts wird während der Ausbreitung in einem bestimmten Muster künstlich verstärkt bzw. geschwächt. Mir ist es in meiner Arbeit jedoch gelungen, ein PT-symmetrisches System ohne die Nutzung von Verstärkung und Verlust zu erzeugen, was in zukünftigen Experimenten von Vorteil sein kann.