2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15837In diesem Projekt wollen wir erstmalig auf photonischen Kristallen basierende relativistische Spiegel realisieren. Mit diesen propagierenden Spiegeln lässt sich die Frequenz und die Bandbreite von optischen Signalen dramatisch verändern. Dafür schlagen wir vor, ein System von gekoppelten photonischen Kristall-Wellenleitern zu verwirklichen und dieses nahe am Punkt der Entartung (Dirac Punkt) zu betreiben. Diese Entartung kann durch freie Ladungsträger aufgehoben werden, die mittels Zweiphotonenabsorption des Pumpimpulses erzeugt werden. Die aufgehobene Entartung führt zu einer lokalen photonischen Bandlücke, wobei sich die räumliche Begrenzung dieser Bandlücke mit der Gruppengeschwindigkeit des Pumpimpulses bewegt. Ein optisches Signal bei einer Frequenz innerhalb der lokalen Bandlücke wird daher reflektiert und erfährt dabei eine Frequenzverschiebung und Bandbreitenänderung. Das von uns angestrebte System ermöglicht erstmalig die Anwendung des Konzepts relativistischer Spiegel in der integrierten Optik. Das Hauptziel dieses Projektes ist die Realisierung von gekoppelten Wellenleitern mit geringem Verlust, die in der Nähe des Dirac Punktes betrieben werden und die eine effiziente Injektion der Signal- und Pumpimpulse in das Wellenleitersystem erlauben. An diesen Systemen sind in der Folge dynamische Experimente zur Charakterisierung der Signalreflexion an der relativistisch propagierenden photonischen Bandlückenfront geplant. Wir erwarten, dass die Pulsbreite des Signals durch die Reflexion um den Faktor 10 bis 100 komprimiert werden kann, ohne dass die Zentralfrequenz hierbei signifikant verschoben wird. Die experimentelle Realisierung solcher propagierender photonischer Bandlückenfronten ermöglicht auch die Untersuchung anderer verwandter Effekte, wie z.B. die Untersuchung der spontanen Erzeugung von Photonen an der Front.Das Projekt wird im Rahmen des gemeinsam von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der National Natural Science Foundation of China (NSFC) aufgelegten Förderprogramms "Joint Sino-German Research Projects" beantragt. Es soll in Zusammenarbeit mit Dr. Juntao Li und Dr. Xinlun Cai von der Sun Yat-sen University (SYSU), Guangzhou, China, durchgeführt werden. Das Projekt an der SYSU konzentriert sich auf die Optimierung von Designs im Hinblick auf Lithographie- und Ionenätzprozesse sowie auf die Fertigung der verlustarmen gekoppelten photonischen Kristallwellenleiter. Die Herausforderung liegt hierbei auf der Weiterentwicklung der Prozesse mit dem Ziel der nanometergenauen Herstellung der Strukturen. Die Antragsteller von der Technischen Universität Hamburg (TUHH) entwickeln diese Strukturen in Bezug auf deren physikalisch-optische Funktionalität und führen die experimentelle Charakterisierung der relativistischen Effekte auf den hergestellten Chips durch.In this proposal we first time draft the route towards experimental realisation of photonic crystal based relativistic mirrors which can be used to dramatically manipulate the frequency and bandwidth of optical signals. For that we propose to realise a system of coupled photonic crystal waveguides and operate it close to the point of degeneracy, also called Dirac point. This degeneracy can be lifted by free carriers generated via two photon absorption of the pump pulse. The lifted degeneracy will constitute a local photonic band gap, where the spatial boundary of this band gap will move with the group velocity of the pump pulse. The optical signal at a frequency within the local band gap will experience reflection with frequency shift and bandwidth change. The proposed system will allow an exploitation of the relativistic mirror in integrated optics technology. The main goals of this project are the realisation of coupled waveguides with small propagation loss close to the Dirac point, as well as efficient injection of the signal and pump pulses into the waveguide system. Afterwards the dynamic experiments of signal reflection from relativistic photonic band gap front are planned. It is expected that the signal duration can be compressed by 10-100 times after reflection without significant frequency shift. Experimental realisation of photonic band gap fronts will also make possible the investigation of other related effects, e.g. spontaneous generation of photons at the front.The project is submitted in the frame of the Joint Sino-German call for proposals organised by the German Research Foundation (DFG) and the National Natural Science Foundation of China (NSFC). It will be conducted in cooperation with Dr. Juntao Li and Dr. Xinlun Cai from Sun Yat-sen University (SYSU), Guangzhou, China. The project at SYSU will concentrate on the design optimization for lithography and ion etching processes and on fabrication of low loss coupled photonic crystal waveguides. The challenge is the adjustment of manufacturing processes for nanometer precision. The applicants at Hamburg University of Technology (TUHH) will design the structures and measure relativistic effects on chip.