2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16251In this proposal we draft the route towards experimental realisation of different index front-induced optical transitions close to the band edge of a periodical waveguides. Namely, light stopping, time lens, and ultrafast arbitrary waveform generation are considered. For that we propose to utilise silicon waveguides with Bragg gratings and operate them close to the band edge. The moving refractive index front will be generated in the same waveguide via instantaneous Kerr effect from the copropagating switching/pump pulse. To avoid the losses via free carrier generation we plan to use mid-infrared (MIR) radiation for the pump pulse.The proposed effects are utilising the theoretical concepts developed by our group in recent year which we now plan to demonstrate experimentally. In case of light stopping, like in a mechanical collision, the light pulse hits a propagating front and stops. Here, the light energy can be transferred to the zero group velocity mode and later released by a second front with an opposite slope. In case of a so-called optical push broom, the signal pulse is trapped by the index front with a simultaneous frequency change and compression. As we have recently shown theoretically the trapping in the front is equivalent to Fourier optics observed at the focal plane of conventional lenses. This effect allows not only pulse compression but also the transfer of information from real to reciprocal space and vice versa. Thus, a defined spectral composition of the signal can be converted in a designed short temporal pulse, allowing for customizable wave form generation.The proposed system will provide signal temporal compression, light stopping, and pulse structuring in integrated optics technology. The extension to the MIR pump pulse allows utilisation of established silicon waveguide technology with large nonlinearity and strong field confinement.In diesem Projekt entwerfen wir den Weg zur experimentellen Realisierung verschiedener indexfrontinduzierter optischer Übergänge nahe der Bandkante eines periodischen Wellenleiters. Lichtspeicherung, Zeitlinse und die Erzeugung beliebiger Wellenformen sind geplant. Zu diesem Zweck schlagen wir vor, Siliziumwellenleiter mit Bragg-Gittern zu verwenden und sie nahe der Bandkante zu betreiben. Die sich bewegende Brechungsindexfront wird im gleichen Wellenleiter über einen instantanen Kerr-Effekt vom kopropagierenden Schalt- / Pumpimpuls erzeugt. Um die Verluste durch die Erzeugung freier Ladungsträger zu vermeiden, planen wir die Verwendung von Strahlung im mittleren Infrarot (MIR) für den Pumpimpuls. Die vorgeschlagenen Effekte nutzen die theoretischen Konzepte, die unsere Gruppe im letzten Jahr entwickelt hat und die wir nun experimentell demonstrieren wollen. Beim Anhalten des Lichts, wie bei einer mechanischen Kollision, trifft der Lichtimpuls auf eine sich ausbreitende Front und stoppt. Hier kann die Lichtenergie in die Mode mit einer verschwindenden Gruppengeschwindigkeit übertragen und später von einer zweiten Front mit entgegengesetzter Steigung freigesetzt werden. Im Falle eines so genannten „optischen Besens“ wird der Signalimpuls von der Indexfront bei gleichzeitiger Frequenzänderung und Kompression eingefangen. Wie wir kürzlich theoretisch gezeigt haben, kann das in der Front eingefangene Licht analog zu der in der Brennebene einer Sammellinse erzeugten räumlichen Fouriertransformierten beschrieben werden. Dieser Effekt ermöglicht nicht nur die Impulskomprimierung, sondern auch die Übertragung von Informationen vom realen in den reziproken Raum und umgekehrt. Somit kann eine definierte spektrale Zusammensetzung des Signals in einen definierten zeitlich kurzen Impuls umgewandelt werden, was eine anpassbare Wellenformerzeugung ermöglicht. Das vorgeschlagene System wird zeitliche Signalkompression, Lichtspeicherung und Impulsstrukturierung in der integrierten Optiktechnologie ermöglichen. Der Einsatz von MIR-Pumpimpulsen erlaubt die Verwendung der etablierten Siliziumwellenleitertechnologie mit großer Nichtlinearität und starker Feldkonzentration.