Nonlinear dynamics in multimode optical waveguide arrays

Setzpfandt, Frank GND

Ziel der vorliegenden Arbeit sind die Untersuchung und das Verständnis von Effekten, welche durch die nichtlineare Propagation geführter Moden höherer Ordnung in evaneszent gekoppelten Wellenleiterarrays ermöglicht werden. Um dies zu erreichen wurde die Lichtausbreitung in mehrmodigen Wellenleiterarrays untersucht. In diesen Wellenleiterarrays koppelt die optische Nichtlinearität zweiter Ordnung ein optisches Feld kleiner Frequenz, die sogenannte Fundamentalwelle, mit dem Feld der zweiten Harmonischen bei der doppelten Frequenz. Die Anregung von höheren Moden der zweiten Harmonischen aus einer in die Wellenleiter eingekoppelten Fundamentalwelle wurde für geringe Leistungen sowohl in Einzelwellenleitern als auch in Wellenleiterarrays untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass höhere Moden unter Berücksichtigung der entsprechenden Phasenanpassbedingungen kontrolliert angeregt werden können. Im Allgemeinen kann eine propagierende Fundamentalmode mit mehreren Moden der zweiten Harmonischen nichtlinear wechselwirken. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass diskrete räumliche Solitonen mit zwei verschiedenen Moden der zweiten Harmonischen existieren. Dabei wurden zwei unterschiedliche Typen räumlicher Solitonen identifiziert, in denen die zwei nichtlinearen Wechselwirkungsprozesse miteinander konkurrieren oder sich gegenseitig verstärken. Weiterhin konnte experimentell gezeigt werden, dass für bestimmte Parameter dynamische räumlich-nichtlineare Effekte durch die konkurrierenden Prozesse unterdrückt werden. Höhere Moden der zweiten Harmonischen in Wellenleiterarrays haben, im Gegensatz zur Grundmode, eine nichtverschwindende lineare Koppelstärke. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass diese lineare Kopplung der zweiten Harmonischen einen leistungsabhängigen Phasenübergang der diskreten räumlichen Solitonen ermöglicht. Dieser Prozess wurde für dynamische Lichtausbreitung experimentell nachgewiesen, sobald räumlich lokalisierte Strahlen erzeugt wurden.

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Setzpfandt, Frank: Nonlinear dynamics in multimode optical waveguide arrays. 2012.

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