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Symposium Simulation in Physik, Informatik und Informationstechnik Hauptvorträge
erzeugt und auch wieder hochempfindlich nachgewiesen werden. Diese
Impulse werden im wesentlichen nur aus einer einzelnen Oszillation
über ihre Pulslänge gebildet, und sie besitzen ein breites kontinuierliches
Fourier-Transformspektrum, das sich bis zu einigen THz erstreckt
und sich von der nieder- bis zur hochfrequenten Seite typisch um einen
Faktor hundert in der Frequenz ändert. In diesem Beitrag wird die Ausbreitung
dieser ungewöhnlichen Impulse in Dielektrika, Halbleitern und
Gasen sowie die dabei auftretende Wechselwirkung mit den Materialien
dargestellt. Aufgrund der niedrigen Pulsintensitäten lässt sich die
Pulsausbreitung durch die lineare Dispersionstheorie beschreiben. Unter
Berücksichtigung von Absorption und Dispersion des Mediums wird die
Pulsausbreitung im Medium simuliert und kann dann direkt mit den gemessenen
Impulsen hinter einer Probe verglichen werden. Aus solchen
Untersuchungen lassen sich mit hoher Genauigkeit Materialparameter
wie die komplexe Permittivität und Leitfähigkeit oder Relaxationskonstanten
der Stoffe in einem Frequenzbereich ermitteln, der bisher kaum
zugänglich war.
Hauptvortrag SYSI VII Di 14:00 HS 21
Simulation des verspannungsabhängigen Moden- und Polarisationsverhaltens
eines Halbleiterlasers — •D. Kallweit, A. Greiner,
J. Korvink und H. Zappe —Universität Freiburg
Oberflächen-emittierende Halbleiterlaser, sog. VCL (Vertical Cavity
Laser), haben eine Reihe von Leistungsvorteilen gegenüber kantenemittierenden
Halbleiterlasern. Dieser Umstand macht VCL sehr interessant
für eine Vielfalt von optischen Kommunikations- und Sensorsystemen.
Viele dieser Anwendungen setzen eine stabile Polarisation des Laserlichtes
voraus. Aufgrund der Zylindersymmetrie (u.a.) weist die Polarisation
von VCLn oft unvorhersagbare Sprünge auf. Diesen Umstand zu
verstehen, sowie die weitere Verbesserung der Polarisationsstabilität von
VCLn, ist derzeit ein sehr aktives Forschungsgebiet. Zu diesem Zweck
haben wir ein Simulationsmodell für die Analyse des Moden- und Polarisationsverhaltens
in Abhängigkeit des verspannungsabhängigen Brechungsindexprofils
im Laser entwickelt. Der Effekt von mechanischer Verspannung,
vor allem um ein asymmetrisches Brechungsindexprofil herbeizuführen,
kann ein Mittel dazu sein, die Laserpolarisation definiert einzustellen.
Experimentelle Arbeiten auf diesem Gebiet haben gezeigt, dass
mechanische Verspannung, induziert durch einen seitlich angebrachten
mikromechanischen Balken, dazu in der Lage ist die Polarisationsstabilität
sehr effektiv zu verbessern. Die präsentierten Ergebnisse beinhalten
eine Methode zur Berechnung der verspannungsabhängigen Lasermoden
und Ihrer Polarisation. Dies wird realisiert durch ein analytisches Modell
eines symmetrischen VCLs auf das wir Prinzipien der Störungstheorie
anwenden. Wir zeigen damit, daß bei gegebenem inhomogenem Brechungsindex
ein deutlicher Unterschied in der Intensitätsverteilung von
gestörtem und ungestörtem Lasersystem zu beobachten ist. Auch läßt
unser VCL-Modell die Berechnung der verspannungsabhängigen Polarisation
zu. Das inhomogene Brechungsindexprofil des VCLs wird dabei
numerisch mittels Finite Element Methode berechnet.
Hauptvortrag SYSI VIII Di 14:35 HS 21
Einsatz optischer Modellierungstechniken in der Glasindustrie
— •Matthias Brinkmann — Schott Glas, Mainz
Die Produktentwicklung bei SCHOTT Glas, Europas führendem Spezialglashersteller,
beschäftigt sich in den letzten Jahren verstärkt mit
der Funktionsweise und dem Design der Endprodukte (unserer Kunden),
welche SCHOTT Materialien als wesentlichen funktionellen Bestandteil
enthalten. Hierdurch garantiert SCHOTT u.a. optimale Werkstoff-
Lösungen für die Applikationen unserer Kunden. Insbesondere im Bereich
der Spezialgläser für optische Anwendungen sind bei SCHOTT diverse
numerische Modellierungswerkzeuge eingeführt worden. Im wesentlichen
werden hierfür kommerzielle Programme zur Lichtausbreitung
in Freiraumoptiken, in Wellenleitern und in optischen Signalverarbei-
tungssystemen eingesetzt. Diese unterscheiden sich in den verwendeten
mathematischen Algorithmen (Ray-Tracing, Beam-Propagation Methode,
Split-Step-Fourier Verfahren). Anhand von Beispielen wird die Leistungsfähigkeit
dieser Werkzeuge in der Praxis demonstriert. Die meisten
kommerziellen Programme lösen jedoch nur das “direkte“ optische
Problem, d.h. ausgehend von einem vorgegebenen optischen Setup (Linsensystem,
Wellenleiter-Indexprofil) wird die Veränderung des Lichtfeldes
durch das System berechnet. Zum Produktdesign oder -optimierung
benötigt man jedoch Solver für das “inverse“ Problem, d.h. zu einer
gewünschten Lichtverteilung wird das passende optische Setup gesucht.
Anhand von Beispielen werden diverse Möglichkeiten zur Implementierung
von Optimierungsstrategien in kommerzielle Programme vorgestellt.
Hauptvortrag SYSI IX Di 15:40 HS 21
Simulation der Pulsausbreitung in Glasfasern — •H. Harde 1 , R.
Schulz 1 , J. Pfuhl 1 und 2 — 1 Universität der Bundeswehr Hamburg
— 2
Das Studium nichtlinearer Prozessen von optischer Strahlung in Materialien
ist aus grundlegender wie aus technologischer Sicht von großem
Interesse. So gehen Frequenzkonversionsverfahren, die Ausbildung von
Solitonen sowie das Schalten von Licht auf diese Effekte zurück. Die
Ausbreitung kurzer Lichtimpulse in optischen Fasern wird maßgeblich
durch nichtlineare Effekte wie die Selbst- und Kreuzphasenmodulation,
Stimulierte Raman-Streuung und Vier-Wellenmischung unter gleichzeitiger
Wirkung der Faserdispersion bestimmt. Diese Prozesse begrenzen
die übertragbare Pulsspitzenleistung und verändern das Pulsprofil sowie
die spektrale Verteilung. Ebenso entstehen hieraus neue Pulse auf
veränderten Frequenzen mit veränderter Polarisation. Theoretisch wird
die Pulsausbreitung bei gleichzeitiger Konversion der Pulsenergie auf die
neu entstehenden Pulse durch ein gekoppeltes System von nichtlinearen
Wellengleichungen für die Amplituden und Phasenlagen der Pulse
beschrieben, das nur numerisch lösbar ist. In diesem Beitrag werden
Beispiele für die Simulation der Pulsausbreitung in Fasern vorgestellt,
die unmittelbar den Einfluss der nichtlinearen Prozesse im Zusammenspiel
mit der Dispersion verdeutlichen. Ebenso wird die Funktion und
das Verhalten von speziellen Lasern simuliert, mit denen ultrakurze Impulse
durch Ankopplung eines externen nichtlinearen Resonators erzeugt
werden können.
Hauptvortrag SYSI X Di 16:15 HS 21
Wellenoptische Optimierung des Schreib-/Lesekopfes für hochdichte
optische Speicherung — •Karl-Heinz Brenner 1 , Peter
Kümmel 1 , Ullrich Krackhardt 1 und 2 — 1 Universität Mannheim
— 2
Für die nächste Generation der DVD-Speichertechnik ist eine Steigerung
der Speicherdichte um den Faktor 4 - 6 gegenüber heute üblichen
DVD-Medien angestrebt. Die Verringerung der Wellenlänge allein ist dazu
nicht ausreichend; zusätzlich werden u.a. hochgeöffnete Linsen und
aktive Komponenten zur Aberrationskorrektur eingesetzt. Um innerhalb
des beugungsbegrenzten Fokus eine bestimmte Lichtverteilung zur
Optimierung des Übersprechens zu erzielen, wird das Gesamtsystem mithilfe
wellenoptischer Simulation optimiert. Die Berücksichtigung polarisierender
Effekte bedingt den Einsatz vektorieller Methoden. Für eine
annähernd interaktive Optimierung sind schnelle Verfahren zur Simulation
der Lichtausbreitung nötig. Diese Verfahren haben typischerweise
einen hohen Speicherbedarf: Das Abtasttheorem muß für die detailreichste
Ausbreitungsebene im optischen System erfüllt sein, was in allen
anderen Ebenen zu einer unnötig dichten Abtastung führt. Es werden
Methoden gezeigt, mit denen dieser Speicherbedarf aus physikalischen
Überlegungen heraus deutlich reduziert werden kann. Das hohe Parallelisierungspotential
der vorgeschlagenen Berechnungsmethode wird aufgezeigt.
Ergebnisse aus Rechnungen mit polarisiertem Licht werden diskutiert.