Supersymmetrische Photonik

Modenkonversion in einer diskreten SUSY-Leiter. Hierarchische Anordnungen supersymmetrischer Partnerstrukturen weisen den Weg zu integrierten Mode-Division-Multiplexing-Architekturen.
Mit supersymmetrischen optische Transformationen können beliebige Indexprofile kontinuierlich deformiert werden, ohne ihre Reflexions- und Transmissionseigenschaften zu beeinflussen.

Das Konzept der Supersymmetrie (SUSY) eröffnet eine komplett neue Klasse photonischer Systeme [Phys. Rev. Lett. 110, 233902 (2013)].

SUSY Partnerstrukturen sind in Hinblick auf ihr gesamtes Modenspektrum global phasenangepasst. Einzige Ausnahme davon ist die Grundmode, wodurch leiterartige Anordnungen aus SUSY-Wellenleitern für höchst effiziente Moden-Transformationen genutzt werden können [Nature Commun. 5, 3698 (2014)] und so die grundlegende Funktionalität für zukünftige integrierte Mode-Division-Multiplexing-Verfahren zur Verfügung stellen.

Optische SUSY Transformationen ermöglichen die Synthese von Äquivalentstrukturen mit niedrigem Brechzahlkontrast, die sowohl in ihren Reflektions- als auch Transmissionseigenschaften identisch zu Hochkontraststrukturen sind [Optica 1, 89 (2014)]. Diese Ideen können zudem auf nicht-hermitesche Strukturen erweitert werden, wo neue Familien pseudo-hermitescher Strukturen entstehen, die über PT-Symmetrie hinausgehen [Phys. Rev. A 87, 043819 (2013)].

Der Schwerpunkt unserer experimentellen Arbeit liegt bei diskreten supersymmetrischen Strukturen, die mithilfe der Femtosekunden-Laserschreibtechnik realisiert werden und die Umsetzung von SUSY Systemen drastisch vereinfachen. Wellenleiterfluoreszenzmikroskopie gestattet es uns dabei, komplexe Propagationsdynamiken direkt abzubilden. Auf diese Weise gelang uns die erste Beobachtung eines supersymmetrischen Streuvorgangs in Wellenleiterarrays [Optics Lett. 39, 6130 (2014)].

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