Fasern und Nanomaterialien

Wir verwenden fluoridbasierte Systeme wie die bekannten NaYF₄:Er,Yb-Nanokristalle. In diesen Partikeln werden Nahinfrarot-Photonen von den Ytterbium-Ionen absorbiert. Die Energie von zwei oder mehr dieser Ionen wird auf ein Erbium-Ion übertragen, was zu einer sogenannten Aufwärtskonversion (engl. Upconversion) führt. Die Aufwärtskonversionsemission der Erbium-Ionen enthält u.a. zwei grüne Linien, die wir für die Nanothermometrie ausnutzen.

Wird Natrium durch Lithium ersetzt, kann LiYF4 synthetisiert werden, das aus der Laserphysik sehr gut bekannt ist. Durch Dotierung mit Praseodym-Ionen, emittieren diese Nanokristalle mehrere Linien im sichtbaren Spektrum.

Kohlenstoffnanoröhren sind für ihre herausragenden Eigenschaften wie die sättigbare Absorption für die Modenkopplung in ultrakurzgepulsten Faserlasern bekannt. Derzeit müssen Kohlenstoffnanoröhren in Polymerfilme eingearbeitet und zwischen zwei Faseranschlüsse gepresst werden, um sie als ultraschnelle Schalter verwenden zu können, was im Vergleich zu konventionellen faserbasierten Modenkopplungssystemen komplexe Aufbauten erfordert. Um diese Komplexität zu verringern, arbeiten wir an einem faserintegrierten Modenkoppler auf der Grundlage von Kohlenstoff-Nanoröhren.

Plasmonische Nanopartikel aus Edelmetallen erhitzen sich unter Laseranregung auf extreme Temperaturen. Diese lokalisierten hohen Temperaturen können für die Katalyse ausgenutzt werden und lassen sich mit Hilfe der Nanothermometrie messen. Wir arbeiten an der Verkleinerung von Gaskatalysereaktoren auf der Grundlage von plasmonischen Nanopartikeln, die in photonische Kristallfasern mit Hohlkern eingebaut werden.

Nanomaterialdispersionen in Kapillarfasern einzufüllen ermöglicht uns, die Dispersionen zu modulieren und ihre optische Reaktion auf die Modulation zu untersuchen. Zum einen untersuchen wir die Modulation des Brechungsindexes in Fasern durch die Verwendung von metallorganischen Gerüstverbindungen (engl. metal-organic frameworks - MOFs). Zum anderen untersuchen wir die optische Modulation von Nanoplättchen für neuartige Verstärkungsmedien und begleiten die experimentellen Ergebnisse mit numerischen Untersuchungen auf der Grundlage von Ratengleichungen.

Kolloidale Quantenpunkte weisen zudem auch hervorragende Einzelphotonen-Emissionseigenschaften auf. Viele Anwendungen der Quantenmetrologie erfordern, dass Einzelphotonenströme in einer wohldefinierten räumlichen Mode verbleiben. Jedoch gibt es bisher keine geeignete Faserkopplung für diese Emitter. Wir arbeiten an der Faserintegration von Einzelphotonen-Emittern auf der Grundlage kolloidaler Nanomaterialien.