Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Angewandte Physik

Betreuer: Prof. Dr. Alexander Szameit



Toni Eichelkraut
(e-mail: toni@eichelkraut.org )

Light Evolution in Dissipative Waveguide Lattices

Two decades ago, a seminal paper by Bender and Boettcher has reignited physicists interest in parity-time-symmetry, the symmetry of space-time reflection. Since then, in optics the awareness about symmetry has altered the way scientists view the evolution of light - now, optical losses are not considered undesirable anymore, but count as a useful tool for manipulation. This thesis aims at laying the foundation for handling parity-time-symmetric structures in femtosecond-LASER-written waveguide arrays. This is done by presenting a thorough theoretical and experimental investigation of sinusoidally modulated waveguides, which constitute a new way to implement well defined losses in femtosecond-LASER-written waveguides. In addition, this thesis comprises the first experimental realization of a parity-time-symmetric structure on this platform, as well as an extended coupled mode theory for dissipative waveguides. In this context, the existence of diffusion in ordered parity-time-symmetric systems is discussed as a prime example of how these systems differ from their hermitian counterparts.

Vor zwei Jahrzehnten entfachte die zukunftsweisende Veröffentlichung von Bender und Boettcher das Interesse an der PT-Symmetrie, der Symmetrie der Raum-Zeit-Spiegelung, neu. Auf dem Gebiet der Optik hat diese Symmetrie die Sichtweise der Wissenschaftler auf die Ausbreitung des Lichtes völlig verändert. Jetzt werden optische Verluste nicht mehr als unerwünschte Nebeneffekte wahrgenommen, sondern gelten als nützliches Werkzeug zur Manipulation des Lichtes. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Basis für die Beschreibung von PT-symmetrischen Strukturen in femtosekunden-Laser-geschriebenen Wellenleitergittern zu liefern. Die Grundlage hierfür bildet eine sorgfältige theoretische und experimentelle Untersuchung sinusförmig gekrümmter Wellenleiter. Diese Wellenleiter bieten einen neuen Weg wohldefinierte Verluste in femtosekunden-Laser-geschriebenen Wellenleitergitter einzutragen. Zusätzlich beinhaltet diese Arbeit sowohl die erste experimentelle Realisierung PT-symmetrischer Strukturen für solche Wellenleitergitter, als auch eine erweiterte Theorie gekoppelter Moden für dissipative Wellenleiter. In diesem Zusammenhang beschreibt die Arbeit, wie das Vorhandensein von Diffusion in geordneten PT-symmetrischen Strukturen ein Paradebeispiel dafür ist, wie sich die Eigenschaften solcher Systeme von ihren hermitischen Pendants unterscheiden.