Forschungsbereich Enabling Technologies (Seiten 68 - 83) - quest

Thomas Damm / QUEST 

68 

Institut für Quantenoptik 

Leibniz Universität Hannover 

Telefon: (+49) (511) 762-2452 

E-Mail: morgner@iqo.uni-hannover.de 

Mode-locked Lasers / 

Mode Combs 

Area Manager | Leiter des Forschungsbereichs 

Prof. Dr. Uwe Morgner 

Ultrahigh Quality Optical Layers 

and Characterisation 

Morgner 

Kolleck 

Photonic Devices 

for Space Applications 

Ristau 

Reinhardt 

Chichkov 

Nanophotonics 

Weßels 

Optical technologies have a long tradition 

in Hanover, given an official footing as 

long ago as 1986 with the foundation of the 

Laser Zentrum Hannover e.V. Over the past 

20 years, unique qualifications have been established, 

especially in laser-, thin-film, and 

space technologies, which are now amongst 

the essential foundations of QUEST. 

A cornerstone of topical research 

in QUEST is the research area “Enabling 

Technologies”, where the technological 

foundation for the other three research areas 

is itself the subject of investigation. In the 

group “Ultrahigh Quality Optical Layers and 

Characterisation” new optical materials and 

thin film processes for laser components 

are developed. The Group “Nanophotonics” 

produces 2D and 3D micro- and nanostructures 

and analyzes their optical properties. 

Special integrated optical fiber components 

are produced and characterised with high 

precision in the group “Fiber Optics”. In the 

junior research group “3 rd 

3 rd Generation Gravitational 

Wave Detector Laser Source 

Kessler 

Kracht 

Sub-Hz Lasers and 

High-Performance Cavities 

Generation Gravitational 

Wave Detector Laser 

Fibre Optics 

Source “ new concepts for high power lasers 

for the observation of gravitational waves 

are explored. The research group “Sub-Hz 

Laser and High-Performance Cavities” investigates 

ultra narrow bandwidth lasers for 

precision metrology while the group “Mode 

Locked Laser / Mode Combs “ is working on 

mode-locked comb generators. Finally, in 

“Photonic Devices for Space Applications” 

space technologies are pursued. 

Substantial strategic investments together 

with a new professorship for applied 

physics in QUEST strengthen the Hanover 

research location. Within this research area, 

combined with the Task Group “Advanced 

Light Sources and Optical Materials”, QUEST 

advances the collaboration network between 

the Leibniz Universität Hannover, 

the Max-Planck-Institute for Gravitational 

Physics (Albert-Einstein-Institut), the Laser 

Zentrum Hannover e.V., and the Physikalisch- 

Technische Bundesanstalt in Brunswick. The 

resulting local competence center allows for 

ongoing global technology leadership.

LZH in Kooperation mit Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, von 

Hoerner & Sulger GmbH, DLR 

Research Area | Forschungsbereich 

Enabling Technologies 

Die optischen Technologien haben in Hannover eine 

lange Tradition, was mit der Einrichtung des Laser Zentrum 

Hannover e.V. schon 1986 institutionell manifestiert wurde. 

Während der letzten zwanzig Jahre haben sich dort vor 

allem in den Dünnschicht-, Weltraum- und Lasertechnologien 

Alleinstellungsmerkmale gebildet, die jetzt für die 

Arbeiten in QUEST ganz wesentliche Eckpfeiler darstellen. 

Im Forschungsbereich „Enabling Technologies“ werden 

wichtige Schlüsseltechnologien erforscht, die eine Basis für 

die drei übrigen QUEST-Forschungsbereiche bilden. So 

werden in der Gruppe „Ultrahigh Quality Optical Layers and 

Characterisation“ neue optische Materialien und Dünnschicht-Verfahren 

für Laserkomponenten entwickelt und 

in der Gruppe „Nanophotonics“ 2D- und 3D- Mikro- und 

Nanostrukturen hergestellt und bezüglich ihrer optischen 

Research Groups | Forschungsgruppen 

QUEST-Technologie für Missionen 

zum Mars: Prototyp eines Lasers 

für den Mars Organic Molecule 

Analyser (MOMA) der ExoMars- 

Mission (ESA). 

QUEST technology for Mars missions 

– Prototype laser for the Mars Organic 

Molecule Analyzer (MOMA) of the 

ExoMars Mission (ESA). 

Ultrahigh Quality Optical Layers and Characterisation, Prof. Dr. Detlev Ristau (Page | Seite 70) 

3 rd Generation Gravitational Wave Detector Laser Source, Dr. Peter Weßels (Page | Seite 72) 

Fiber Optics, Dr. Dietmar Kracht (Page | Seite 74) 

Sub-Hz Lasers and High-Performance Cavities, Dr. Thomas Kessler (Page | Seite 76) 

Photonic Devices for Space Applications, Dr. Christian Kolleck (Page | Seite 78) 

Mode-locked Lasers / Mode Combs, Prof. Dr. Uwe Morgner (Page | Seite 80) 

Nanophotonics, Dr. Carsten Reinhardt, Prof. Dr. Boris Chichkov (Page | Seite 82) 

Femtosekunden-Lasersystem zur Erzeugung von Nanostrukturen. 

Femtosecond laser system for the generation of nanostructures. 

Eigenschaften untersucht. Spezielle integrierte optische Faserkomponenten 

werden in der Gruppe „Fiber Optics“ mit 

hoher Präzision hergestellt und charakterisiert. In der Nachwuchs-Forschungsgruppe 

„3 rd Generation Gravita tional Wave 

Detector Laser Source“ werden neue Hochleistungslaser- 

Konzepte für die Beobachtung von Gravitationswellen erkundet. 

Die Forschungsgruppe „Sub-Hz Lasers and High-Performance 

Cavities“ untersucht ultra-schmalbandige Laser für 

die Präzisionsmetrologie, die Gruppe „Mode-locked Lasers / 

Mode Combs“ beschäftigt sich mit innovativen modengekoppelten 

Kammgeneratoren, und die Wissenschaftler der 

Gruppe „Photonic Devices for Space Applications“ bauen die 

Weltraumtechnologien aus. 

Substanzielle strategische Investitionen und die Einrichtung 

einer neuen Professur für Angewandte Physik stärken 

durch QUEST den Standort, wie auch maßgeblich die Vernetzung 

der Leibniz Universität mit Max-Planck-Institut, Laser 

Zentrum Hannover e.V. und Physikalisch-Technischer Bundesanstalt 

gefördert wird. Die daraus erwachsende kohärente 

Forschungsstruktur befähigt Hannover, an vorderster 

globaler Front weiterhin technologische Maßstäbe zu setzen. 


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Laser Zentrum Hannover e.V. 

Telefon: (+49) (511) 2788-240 

E-Mail: d.ristau@lzh.de 

Weitere Forschungsprojekte Further Research Projects 

» Verbundprojekt: Plasma und Optische Technologien (PluTO) – Teilvorhaben: Plasmaunterstützte 

Zerstäubungsprozesse, Bundesministerium für Bildung und Forschung 

(BMBF) 

» Verbundprojekt: Präparation, Evaluation und Anwendung Randomisierter Laser- 

Systeme (PEARLS) – Teilvorhaben: Evaluation und Charakterisierung Randomisierter 

Laser-Systeme, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 

» Collaborative project: Plasma and Optical Technologies (Pluto)—Project part: Plasma 

deposition process, Federal Ministry for Education and Research (BMBF) 

» Collaborative project: preparation, evaluation and application of randomized laser 

systems (PEARLS)—Project part: Evaluation and characterization of randomized laser 

systems, Federal Ministry of Education and Research (BMBF) 

Kooperationen Collaborations 

» Leibniz Universität Hannover 

» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig 

» Albert-Einstein-Institut, Hannover 

» Departement of Physics & Astronomy, Albuquerque, New Mexico, USA 

» Laser Research Center, Vilnius University, Vilnius, Lithuania 

Group Leader | Gruppenleiter 

Prof. Dr. Detlev Ristau 

» Leibniz Universität Hannover 

» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig 

» Albert-Einstein-Institut, Hannover 

» Departement of Physics & Astronomy, Albuquerque, New Mexico, USA 

» Laser Research Center, Vilnius University, Vilnius, Lithuania 

Lehre (Auszug) Selected Teaching 

» Vorlesung mit Übung und Praktikum „Optische Schichten“, HAWK Göttingen 2009 

» Vorlesung mit Übung und Seminar „Optische Schichten“, Universität Hannover 2009/10 

» D. Ristau. Optical Coatings for Laser Technology. Master of Photonics Course, Universität 

Barcelona, Spanien, 06.-10.Juli 2009 

» D. Ristau. Optical Coatings for Laser Technology. Tagesseminar. Universität Vilnius, 

Litauen. Dezember 2007 

» D. Ristau und A. Ohl: Symposium „Plasma und Optischen Technologien“ (SYPT), 

gemeinsam veranstaltet vom Fachverband Kurzzeitphysik (K), der Deutschen Gesellschaft 

für Plasmatechnologie e.V. (DGPT) und dem EFDS Fachausschuss „Beschichtungen 

für die Optik und Optoelektronik“ (FABO), anlässlich der DPG-Tagung AMOP, 

Hannover, März 2010 

» 14. OptiLayer-Workshop on Advanced Topics in Optical Thin Films, Hannover, März 2010 

Optical components are key elements 

in modern optics and laser technology. In 

analogy to the resistors, capacitors or many 

other parts controlling the electron current 

in electronic circuits, they are needed to manipulate 

and control light in photonic circuits. 

For instance, no laser system could be 

operated without adapted mirrors forming 

a resonance cavity to store the light in the 

laser material until sufficient amplification is 

attained. For this task, everyday shaving mirrors 

with a typical reflectance of around 80 

percent would never be sufficient, because 

after every bounce 20 percent of the light 

» Lectures with exercises and practical course “Optical Coatings”, Göttingen HAWK 2009 

» Lectures with exercises and Seminar “Optical Coatings”, University of Hannover 2009/10 

» D. Ristau. Optical Coatings for Laser Technology. Master of Photonics Course, University 

of Barcelona, Spain, 06-10 July 2009 

» D. Ristau. Optical Coatings for Laser Technology. Day seminar. University of Vilnius, 

Lithuania. December 2007 

» D. Ristau and A. Ohl: Symposium “Plasma and optical technologies” (SYPT), jointly 

organized by the Association of short-time physics (K), the German Society of Plasma 

Technology Association (DGPT) and the EFDS the Expert Committee on Coatings for 

Optics and Optoelectronics ( FABO), at the DPG meeting AMOP, Hannover, March 2010 

» 14 th OptiLayer-Workshop on Advanced Topics in Optical Thin Films, Hannover, March 

2010 

would be lost allowing for only few round 

trips in the cavity. Typically, several hundred 

round trips have to be achieved for 

the photons to keep the system above the 

laser threshold. As a consequence, mirror reflectance 

values above 99 percent are often 

required. Such high values and many other 

optical functions can be achieved by optical 

interference coatings, which are formed by 

a stack of single transparent layers with different 

refractive indices. The new laser concepts 

and high precision measurement systems 

developed in QUEST impose extreme 

demands on the quality of interference 

coatings. The research group on ultrahigh 

quality optical layers is dedicated to this new 

generation of optical coatings. One of the 

major targets is the development of coatings 

with extremely high reflectivity above 

99.9999 percent enabling several million 

round trips in a laser cavity. As a fundamental 

coating process, ion beam sputtering is 

modified and optimized to achieve optical 

losses in the sub ppm-range.

Research Group | Forschungsgruppe 

Ultrahigh Quality Optical Layers and Characterisation 

Die Mitarbeiter Maro Jupé (stehend) 

und Jorge Escriche Ferrer 

des QUEST-Teams „Ultrahigh Quality 

Optical Layers and Characterisation“ 

an der Beschichtungsanlage. 

Co-workers Maro Jupé (standing) and 

Jorge Escriche Ferrer of the QUEST-Team 

“Ultrahigh Quality Optical Layers and 

Characterisation” working on the deposition 

system. 

Optische Komponenten sind Schlüsselelemente in der 

modernen Optik und Lasertechnologie. Ähnlich wie Widerstände, 

Kondensatoren und andere Bauteile zur Kontrolle 

von Elektronenströmen in elektronischen Schaltkreisen 

werden sie in optischen Schaltkreisen gebraucht, um Licht 

zu manipulieren und zu kontrollieren. Beispielsweise könnte 

kein Lasersystem ohne angepasste Spiegel betrieben 

werden, die eine Resonanzzelle bilden und Licht so lange 

speichern, bis es im Lasermaterial genügend verstärkt ist. 

Für diese Aufgabe wäre ein normaler Rasierspiegel mit typischen 

Reflexionswerten um 80 Prozent niemals ausreichend, 

weil bei jeder Reflexion 20 Prozent des Lichts verloren und 

so nur wenige Umläufe in der Resonanzzelle möglich wären. 

Typischerweise müssen mehrere Hundert Umläufe erreicht 

werden, um das System über der Laserschwelle zu halten. 

Folglich werden oft Spiegel mit einer Reflexion über 99 Pro- 

Selected publications | Ausgewählte Publikationen: 

zent benötigt. Solche hohen Werte und andere optische 

Funktionen lassen sich mit optischen Interferenzschichten 

realisieren, die aus einem Stapel transparenter Schichten mit 

verschiedenen Brechwerten bestehen. Die neuen Laserkonzepte 

und hochempfindlichen Messsysteme, die in QUEST 

entwickelt werden, stellen extreme Anforderungen an die 

Qualität der Interferenzschichten. Die Arbeitsgruppe „Ultrahigh 

Quality Optical Layers and Characterisation“ ist dieser 

neuen Generation von optischen Schichten gewidmet. Eines 

der wichtigsten Ziele ist die Entwicklung von Beschichtungen 

mit extrem hoher Reflexion oberhalb von 99,9999 Prozent, 

die mehrere Millionen Umläufe in einer Resonanzzelle 

ermöglichen würden. Als grundlegender Beschichtungsprozess 

soll das Ionenstrahl-Zerstäuben modifiziert und optimiert 

werden, um optische Verluste im Sub-ppm-Bereich 

zu erreichen. 

» L. Jensen, I. Balasa, H. Blaschke, and D. Ristau, Novel technique for the determination of hydroxyl distributions in fused silica, Optics Express 

17, 17144-17149 (2009) 

Schema eines hermetisch gekapselten Strahlenverlaufs der 

vierten Harmonischen eines gütegeschalteten Nd:YAG-Lasers. 

Scheme of the hermetically sealed beamline operating at the 

4 harmonics of a Nd:YAG Q-switched laser. 

» M. Jupé, L. Jensen, A. Melninkaitis, V. Sirutkaitis, and D. Ristau, Calculations and experimental demonstration of multi-photon absorption 

governing fs laser-induced damage in titania, Optics Express 17, 12269-12278 (2009) 

» D. Ristau and H. Ehlers, High Power laser components, Chinese Optics Letters 8, (2010) 

Simulation des Wachstums optischer Schichten auf der 

Grundlage von molekulardynamischen Monte-Carlo-Methoden. 

Simulation of the growth of optical coatings based on molecular 

dynamic Monte Carlo methods. 

homas Damm, AG Ristau/Laser Zentrum Hannover e.V., Marcus 

Turowski 

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Telefon: (+49) (511) 2788-215 

E-Mail: p.wessels@lzh.de 


» Weiterentwicklung und Aufbau des ersten Laser-Prototypen für den Advanced LlGO 

Detektor 

» Aufbau von drei Lasersystemen für den Advanced LIGO Detektor 

» Further development and assembly of the first laser prototype for the advanced LIGO 

detector 

» Assembly of three laser systems for the Advanced LIGO Detector 


» Max Planck Institut für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut), Hannover 

» Institut für Photonische Technologien e.V., Jena 

» National Optics Institute (INO), Québec, Kanada 

» Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) 

» Gravitationswellendetektor GEO 600 

» QUEST Ringvorlesung 2009 

» Vorlesung „Festkörperlaser“, 2008 und 2010 


Dr. Peter Weßels 

The interferometric detection of gravitational 

waves sets an exceptionally high requirements 

for the laser source used. Besides 

diffraction limited beam quality and the 

single-frequency emission, the extremely 

high output power needed for 3 rd generation 

gravitational wave detectors is the 

major challenge. Depending on the mirror 

substrates used in the interferometers, either 

up to 1 kW of output power at a wavelength 

of 1064 nm or 100-200 W at a wavelength 

of 1.55 µm wavelength is needed. For the 

realization of such laser sources, different 

concepts are evaluated with respect to their 

suitability for low noise amplification of single-frequency 

radiation. In the 1.55 µm range, 

pure fiber based systems utilizing both Er- 

» Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute), Hannover 

» Institute of Photonic Technology, Jena 

» National Optics Institute (INO), Québec, Canada 

» Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) 

» Gravitational Wave Detector GEO 600 


» QUEST Lecture Series 2009 

» Lecture “Solid State Lasers”, 2008 and 2010 

doped as well as Er/Yb-co-doped fibers are 

examined. At 1064 nm wavelength, hybrid 

fiber-solid state amplifiers using both Ybdoped 

fibers and Nd-doped laser crystals are 

realized. Due to the high intensity in the fiber 

core and the long interaction length, fiber 

based systems enable very high efficiency 

even in the low power range. However, the 

same properties can be limiting in the high 

power range as they favor non-linear scattering 

processes like the stimulated Brillouin 

scattering which increases the frequency 

and intensity noise. Thus, these amplifiers 

are complemented by solid-state amplifiers 

which need high input power for an 

efficient power extraction due to their large 

mode field areas.


3 rd Generation Gravitational Wave Detector Laser Source 

Berechnetes Modenprofil einer Multifilamentkern-Faser. 

Calculated mode profile of a multifilament core fiber. 

Arbeiten im Reinraum an einem Hochleistungsverstärkersystem. 

Working in the clean room on a high power amplifier system. 

Die interferometrische Gravitationswellendetektion 

(GWD) stellt extrem hohe Anforderungen an die verwendete 

Laserquelle. Neben der beugungsbegrenzten Strahlqualität 

und der einfrequenten Emission ist insbesondere die 

benötigte Ausgangsleistung für die GWD der dritten Generation 

eine große Herausforderung. Je nach verwendetem 

Substratmaterial in den Interferometern werden entweder 

bis zu 1 kW bei einer Wellenlänge von 1064 nm oder 100- 

200 W bei einer Wellenlänge von 1.55 µm benötigt. In dieser 

Arbeitsgruppe werden verschiedene Konzepte zum Erreichen 

dieser Ziele evaluiert. Während bei einer Wellenlänge 

von 1.55 µm reine Faserverstärker (sowohl basierend auf Er- 

wie auch auf Er/Yb-kodotierten Fasern) auf ihre Eignung zur 

rauscharmen Verstärkung der einfrequenten Strahlung un- 


tersucht werden, werden bei einer Wellenlänge von 1064 nm 

hybride Faser-Festkörperverstärker (Yb-dotierte Glasfaser / 

Nd:YAG Kristalle) realisiert. Die faserbasierten Systeme haben 

ihre Stärke gerade im unteren Leistungsbereich, wo sie aufgrund 

der großen Wechselwirkungslängen und hohen 

Intensitäten bereits bei geringen Leistungen eine große 

Effizienz ermöglichen. Die gleichen Eigenschaften können 

jedoch bei hohen Leistungen zu Limitierungen durch 

nichtlineare Effekte wie der stimulierten Brillouin-Streuung 

führen, durch die das Frequenz- und Leistungsrauschen 

stark zunimmt. In diesem Leistungsbereich soll daher die 

Verstärkung mit Festkörperverstärkern ergänzt werden, die 

durch die großen Modenfelder erst hier ihre volle Effizienz 

entfalten können. 

» M. Hildebrandt, S. Büsche, P. Weßels, M. Frede, and D. Kracht, Brillouin scattering spectra in high-power single-frequency ytterbium doped 

fiber amplifiers, Opt. Express 16, 15970-15979 (2008) 

» V. Kuhn, P. Weßels, J. Neumann, and D. Kracht, Stabilization and power scaling of cladding pumped Er:Yb-codoped fiber amplifier via auxiliary 

signal at 1064 nm, Opt. Express 17, 18304-18311 (2009) 

» H. Tünnermann, O. Puncken, P. Weßels, M. Frede, D. Kracht, and J. Neumann, Intrinsic Reduction of the Depolarization in Nd:YAG Crystals, 

Advanced Solid State Photonics 2010 , Paper AMB19 , San Diego (2010) 

Junior Research Group „3 rd Generation Gravitational Wave 

Detector Laser Source“. 

v.l.n.r./left to right: Henrik Tünnermann, Chandrajit Basu, Peter Weßels, 

Heike Karow, Vincent Kuhn. 

Laser Zentrum Hannover e.V. (1), Thomas Damm / QUEST (2) 

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Telefon: (+49) (511) 2788 113 

E-Mail: d.kracht@lzh.de 


Dr. Dietmar Kracht 

For the development of stable and 

alignment-free fiber-based high power 

laser systems the availability of corresponding 

passive fiber components is essential. 

In particular, these include high efficiency 

pump combiners for Ytterbium-based lasers 

emitting in the spectral region around 

1 µm. For the realisation of such components 

different approaches have been designed 

and implemented. First, pump combiners 

based on double-clad fibers (pump core 

250 µm) and up to four pump fibers were 

assembled. The coupling efficiency was in 

excess of 90 percent. Currently, investigations 

concerning the realisation of novel 

photonic crystal fiber (PCF) based combin- 


» BMBF Verbundprojekt PULSAR GePUlstes LaserSystem mit Adaptierbaren Pulsparametern 

(FKZ: 13N9685) 

» BMBF Verbundprojekt SYNERGIE Femtosekunden-Faserlasersystem hoher Repetitionsrate 

und Pulsenergie für die Presbyopie (FKZ 13N10450) 

» BMBF joint project Pulsed laser system with adaptable pulse parameters (FKZ: 

13N9685) 

» BMBF joint project Femtosecond fiber laser system with high repatition rate and pulse 

energy for presbyopia treatment (FKZ 13N10450) 



» Gooch & Housego (Torquay) Ltd 

» Menlo Systems GmbH 

» Vorlesung „Festkörperlaser“, 2008, 2009 und 2010 


» Gooch & Housego (Torquay) Ltd 

» Menlo Systems GmbH 


» Lecture “Solid State Laser” 2008, 2009 and 2010 

ers are being performed. For this purpose 

double clad PCFs are also used. All studies 

have been supported by substantial numerical 

simulations. In addition, small-bandwidth 

fiber-based wavelength division multiplexers 

(WDM), which are necessary for the realisation 

of all-fiber ultrafast laser systems, have 

been developed. All of these components 

have been successfully implemented in 

the corresponding 1 µm fiber lasers. At the 

same time, thulium-based ultrafast fiber lasers 

emitting in the 2 µm wavelength range 

have been designed and investigated. These 

systems have a high potential, e.g. for the 

realisation of frequency combs in the longwavelength 

range.


Fiber Optics 

Herstellung eines Multimode Pump-Combiners. 

Manufacturing of a multimode pump combiner. 

Für die Entwicklung von stabilen und justagefreien faserbasierten 

Lasersystemen hoher Leistung ist die Verfügbarkeit 

entsprechender passiver Faserkomponenten zwingend 

erforderlich. Dazu gehören insbesondere Pumplichtkoppler 

hoher Effizienz für Ytterbium-basierte Laser mit Emissionen 

im Wellenlängenbereich um 1 µm. Für die Realisierung solcher 

Komponenten wurden verschiedene Lösungsansätze 

konzipiert und umgesetzt. Zum einen konnten Pumplichtkoppler 

auf der Basis von Doppelkernfasern (Pumpkern 

250 µm) hergestellt werden, die bis zu vier Pumpfasern mit 

der aktiven Faser kombinieren. Die Koppeleffizienz betrug 

mehr als 90 Prozent. Darüber hinaus werden aktuell Untersuchungen 

zur Realisierung von neuartigen Kopplern auf 

der Basis von photonischen Kristallfasern (PCF) durchgeführt. 


Dabei werden auch Doppelkern-PCFs eingesetzt. Begleitet 

werden diese Forschungen durch umfangreiche numerische 

Simulationen. Des Weiteren konnten schmalbandige 

fasergestützte Wellenlängenmultiplexer (WDM), die für 

den Aufbau von vollständig faserbasierten Ultrakurzpuls- 

Lasersystemen notwendig sind, entwickelt und hergestellt 

werden. Alle Komponenten wurden erfolgreich in den entsprechenden 

1-µm-Faserlasern eingesetzt. Parallel zu diesen 

Arbeiten wurden Thulium-basierte Ultrakurzpuls-Faserlaser, 

die im Wellenlängenbereich um 2 µm emittieren, aufgebaut 

und untersucht. Für diese Systeme ist ein hohes Potential, z.B. 

für die Realisierung von Frequenzkämmen im langwelligen 

Spektralbereich, abzusehen. 

» M. Hildebrandt, S. Büsche, P. Weßels, M. Frede, and D. Kracht, Brillouin scattering spectra in high-power single-frequency fiber amplifiers, Opt. 

Express 16, 15970-15979 (2008) 

Aktive Faser mit undotierter Endkappe, die mithilfe einer 

Schmelztechnik zur Verbesserung der Wärmeabfuhr angefügt 

wurde. 

Active fiber with undoped end cap spliced using a melting technique 

which results in improved heat dissipation. 

Herstellung eines Wellenlängenmultiplexer (WDM). 

Manufacturing of a wavelength division multiplexer (WDM). 

» F. Haxsen, A. Ruehl, M. Engelbrecht, D. Wandt, U. Morgner, and D. Kracht, Stretched-pulse operation in a thulium-doped fiber laser, Opt. 

Express 16, 20471(2008) 

» H. Sayinc, D. Mortag, D. Wandt, J. Neumann, and D. Kracht, Sub-100 fs pulses from a low repetition rate Yb-doped fiber laser, Opt. Express 17, 

5731 (2009) 


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Physikalisch-Technische Bundeanstalt, Braunschweig 

Telefon: (+49) (531) 592-4310 

E-Mail: thomas.kessler@ptb.de 


» ESA-Design-Studie: Designanalyse stabiler optischer Referenzhohlräume für zukünftige 

optische Atomuhr-Implementierungen 

» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Fachbereich 4.3 

» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Abteilung 7 

» Jun Ye Group, JILA, Boulder, USA 

» Institut für Angewandte Physik (IAP), Jena 


Dr. Thomas Kessler 

The research project deals with the development 

of ultra-stable laser systems for 

applications in ultra-high resolution spectroscopy 

as well as metrology. For instance, 

the short-term stability of an optical clock is 

nowadays limited by the frequency instability 

of the laser probing the optical atomic 

transition, the “pendulum” of the atomic 

clock. To attain superior frequency stability 

the frequency of the laser is typically stabilized 

to a narrow resonance line of an optical 

cavity. The frequency instability of the laser is 

then determined by the stability of the resonator 

length itself. 

Changes in the cavity length might 

arise from seismic or acoustic noise as well 

as temperature fluctuations. Currently the 

frequency stability of the best lasers is lim- 

» ESA Design Study: Design Analysis of Stable Optical Reference Cavities for Use in Future 

Optical Atomic Clock Implementations 


» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Department 4.3 

» Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Division 7 

» Jun Ye Group, JILA, Boulder, USA 

» Institute of Applied Physics (IAP), Jena 

ited by thermal length fluctuations caused 

by the Brownian motion of the molecules in 

the resonator material. This so-called thermal 

noise can be suppressed by using crystalline 

structures of high mechanical quality 

instead of amorphous glass as a cavity 

material. To this end the research project 

is currently investigating mono-crystalline 

silicon as resonator material. At a temperature 

of -150 °Celsius the material should 

be insensitive against thermal length fluctuations. 

Therefore a vibration-free cooling 

mechanism is currently being developed. 

Additionally, the research project is investigating 

novel highly-reflective materials to 

reduce the thermal noise arising from the 

mirror coatings of the optical resonator.

Sub-Hz Lasers and High-Performance Cavities 

PTB Braunschweig Research Group | Forschungsgruppe 

Modell des Kryostaten für den 

optischen Resonator. 

Model of the cryostat for the optical 

resonator. 

Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung 

von ultrastabilen Lasern für Anwendungen in der höchstauflösenden 

Laserspektroskopie und Metrologie. So ist beispielsweise 

die Kurzzeitstabilität von optischen Uhren durch 

die Frequenzstabilität der Laser begrenzt, die der Abfrage 

des atomaren Übergangs dienen. Um die beste Frequenzstabilität 

zu erreichen, wird die Frequenz des Lasers üblicherweise 

auf eine schmale Resonanzlinie eines optischen 

Resonators stabilisiert. Die Frequenzstabilität des an den 

Resonator angekoppelten Lasers wird durch die Stabilität 

der Resonatorlänge bestimmt. Längenänderungen können 

durch seismische und akustische Schwingungen sowie Temperaturschwankungen 

verursacht werden. Gegenwärtig ist 

die Frequenzstabilität der besten Laser letztendlich durch 


thermische Längenfluktuationen aufgrund der Brown‘schen 

Molekularbewegung des Resonatormaterials begrenzt. 

Da dieses thermische Rauschen mitunter durch die Wahl 

eines geeigneten Resonatormaterials hoher mechanischer 

Güte stark unterdrückt werden kann, untersucht die Forschergruppe 

momentan die Verwendung von monokristallinem 

Silizium. Das Material ist bei einer Temperatur von 

-150 °Celsius stabil gegenüber thermischen Längenausdehnungen 

und erfordert somit die Konzeption einer vibrationsarmen 

Kühlung. Zusätzlich untersucht die Arbeitsgruppe 

die Verwendung neuartiger hochreflektiver Strukturen, um 

das thermische Rauschen der im Resonator verwendeten 

Spiegel weiter zu unterdrücken. 

» T. Legero, T. Kessler, and U. Sterr, Tuning the thermal expansion properties of optical reference cavities with fused silica mirrors, JOSA B 27, 

914-919 (2010) 

» U. Sterr , T. Legero, T. Kessler, H. Schnatz, G. Grosche, O. Terra, and F. Riehle, Ultrastable lasers – new developments and applications, Proc. SPIE 

74310, A-1-14 (2009) 

Optischer Resonator aus mono-kristallinem Silizium. 

Optical resonator made of mono-crystalline silicon. 

» T. Nazarova, F. Riehle, and U. Sterr, Vibration-insensitive reference cavity for an ultra-narrow-linewidth laser, App. Phys. B 83, 531-536 (2006) 

PTB Braunschweig 

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Telefon: (+49) (511) 2788-219 

E-Mail: c.kolleck@lzh.de 


» Entwicklung eines UV-Laserkopfes für ein Laserdesorptions-Massenspektrometers für 

die Detektion organischer Moleküle auf dem Mars (Mission ExoMars) 

» Weiterentwicklung eines Lasers für Laser-induzierte Breakdown-Spektroskopie (LIBS) 

für die Anwendung auf planetaren Erkundungsmissionen 

» Development of a UV laser head for a laser-desorption mass spectrometer for the 

detection of organic molecules on Mars’ surface (ExoMars mission) 

» Advancement of a laser head for laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for the 

application in planetary exploration missions 


» Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt 

» Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 

» von Hoerner & Sulger GmbH 

» Kayser-Threde GmbH 

» Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Planetologie 

» John Hopkins University, Department of Physics & Astronomy 

» John Hopkins University, Applied Physics Laboratory 

» Universität Jena, Institut für Physikalische Chemie 

» Universität der Bundeswehr München, Institut für Luftfahrttechnik 

» Centre national de la recherche scientifique, LPC2E 


Dr.-Ing. Christian Kolleck 

» German Aerospace Center 

» Max Planck Institute for Solar System Research 

» von Hoerner & Sulger GmbH 

» Kayser-Threde GmbH 

» Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Planetologie 

» John Hopkins University, Department of Physics & Astronomy 

» John Hopkins University, Applied Physics Laboratory 

» Universität Jena, Institut für Physikalische Chemie 

» Universität der Bundeswehr München, Institut für Luftfahrttechnik 

» Centre national de la recherche scientifique, LPC2E 


» Einzelvorlesung „Simulation von Lasern für Weltraumanwendungen“ in der Vorlesungsreihe 

„Festkörperlaser“ 2008, 2010 

» Vorlesung „Introduction to nonlinear optics“ auf der „International Travelling Summer 

School on Microwaves and Lightwaves“ 2008, 2009 

The research group “Photonic Devices 

for Space Applications” is engaged in the 

development of photonic components for 

use in space, including optical assemblies 

such as pulsed or continuous-wave lasers 

and amplifiers. To ensure their practicability 

for space applications, these devices must 

be very compact and lightweight on the 

one hand, but on the other hand must be 

able to withstand the harsh environmental 

conditions in terms of large temperature 

differences, mechanical loads and ionizing 

radiation. 

Important contributions to the development 

work are the design, simulation, and 

testing of the opto-mechanical components 

and assemblies. Simulation is necessary to 

ensure, prior to realization of the mechan- 

» Lecture “Simulation of lasers for spaceborne applications” in lecture series “Solid state 

lasers”, summer terms 2008, 2010 

» Lecture “Introduction to nonlinear optics” on the “International Travelling Summer 

School on Microwaves and Lightwaves” Summer terms 2008, 2009 

ics that the design works well in spite of the 

applied loads. Environmental tests like vibration 

tests, thermal vacuum tests and radiation 

tests are performed to verify experimentally 

the functionality of the optical device in 

a simulated space environment. A thermal 

vacuum chamber system is being planned 

and realized to provide the possibility of carrying 

out thermal tests of our own within 

QUEST, and testing procedures will be established. 

Furthermore, process development 

related to the space-suitable and contamination-free 

integration of optical assemblies 

as well as sealing and joining techniques for 

the fabrication of hermetically tight, rugged 

housings for optical systems are parts of the 

group’s activities.


Photonic Devices for Space Applications 

Aufbau und Charakterisierung von miniaturisierten Laseroszillatoren 

im Labor. 

Setup and characterization of miniaturized laser resonators in the lab. 

Labormodell eines kompakten, gepulsten Lasers als Grundlage 

für die Entwicklung weltraumgeeigneter Laser. 

Lab model of a compact pulsed laser as basis for the development of 

space-suitable lasers. 

Die Arbeitsgruppe „Photonic Devices for Space Applications“ 

befasst sich mit der Entwicklung von optischen Komponenten 

für die Nutzung im Weltraum. Dazu zählen optische 

Baugruppen wie gepulste oder Dauerstrich-Laser. Für 

die Anwendung im Weltraum sollen sie sehr kompakt und 

leicht sein, müssen auf der anderen Seite aber den rauen 

Umgebungsbedingungen in Form von hohen Temperaturunterschieden, 

mechanischen Belastungen oder ionisierender 

Strahlung standhalten. Einen wesentlichen Bestandteil 

der Entwicklungsarbeit stellen Design, Simulation und Test 

der opto-mechanischen Komponenten und Baugruppen 

dar. Die Simulation soll im Vorfeld der Entwicklung sicherstellen, 

dass die Mechanik den beschriebenen Belastungen 

Testaufbau zur Verifikation der hermetischen Dichtigkeit geschlossener 

Mechanik-Strukturen. 

Testing facilities and setup for testing the hermetic tightness of closed 

housings. 

standhält. Umwelttests – dazu zählen Thermal-Vakuum- 

Tests, Vibrationstests oder Strahlungstests – verifizieren experimentell 

in simulierter Weltraumumgebung die Funktionsfähigkeit 

der optischen Baugruppe. Um innerhalb des 

Exzellenzclusters QUEST Thermal-Vakuum-Tests durchführen 

zu können, wird eine entsprechende Testanlage geplant 

und verwirklicht sowie die dazu notwendigen Testverfahren 

etabliert. Zu den weiteren Tätigkeiten zählt die Weiterentwicklung 

von Prozessen in Bezug auf weltraumtaugliche, 

verunreinigungsfreie Integration von Baugruppen oder 

Dicht- und Fügetechniken für die Herstellung hermetisch 

dichter, robuster Gehäuse für die optischen Systeme. 


» T. Denis, S. Hahn, S. Mebben, R. Wilhelm, C. Kolleck, J. Neumann, and D. Kracht, Compact diode stack end pumped Nd:YAG amplifier using 

core-doped ceramics, Applied Optics 49, 811-816 (2010) 

» R. Huß, R. Wilhelm, C. Kolleck, J. Neumann, and D. Kracht, Suppression of parasitic oscillations in a core-doped ceramic Nd:YAG laser by 

Sm:YAG cladding, Optics Express 18, 31094-13101 (2010) 

Thomas Damm / QUEST (3) 

79


80 

Institut für Quantenoptik 

Leibniz Universität Hannover 

Telefon: (+49) (511) 762-2452 

E-Mail: morgner@iqo.uni-hannover.de 


» Sub-100 nm two photon polymerization for biomed or optical applications (DFG) 

» Pulse laser deposition (PEARLS, BMBF) 

» VENTEON GmbH, Garbsen 

» HighQLaser Production GmbH, Rankweil 

» Politecnico di Milano, Italien 

» University of Twente, Enschede, Niederlande 

» Max-Born Institut, Berlin 

» University of Southern Denmark 


Prof. Dr. Uwe Morgner 

» Sub-100 nm two photon polymerization for biomed or optical applications (DFG) 

» Pulse laser deposition (PEARLS, BMBF) 


» VENTEON GmbH, Garbsen 

» HighQLaser Production GmbH, Rankweil 

» Politecnico di Milano, Italien 

» University of Twente, Enschede, Niederlande 

» Max-Born Institut, Berlin 

» University of Southern Denmark 


» Schülerpraktika 

» Vorlesungen in Optik, Atomphysik, Photonik, Nichtlinearer Optik, Laserphysik 

» Vorträge und Kolloquien in diversen Großstädten 

» Öffentliche Vorträge: Saturday Morning Lecture (LUH), Mensch, Natur, Technik (Stadt 

Garbsen) 

Mode combs—very precise frequency 

scales which connect optical frequencies 

of different wavelengths and optical with 

radio frequencies—form an essential element 

for some of the precision metrology 

experiments carried out by QUEST. They 

rely on mode-locked laser oscillators emitting 

femtosecond pulses and are the main 

research subject of this group. Subtopics 

include some fundamental investigations 

into the interaction of matter with ultrashort 

laser pulses aimed at improvements in the 

compactness, and reliability of the comb 

oscillators. 

» Practical courses for schools 

» Lectures in optics, atom physics, photonics, non-linear optics, laser physics 

» Colloquia in major cities across Germany 

» Talks of public interest: Saturday Morning Lecture (LUH), Mensch, Natur, Technik (City 

of Garbsen) 

Comb generators are well established 

and commercially available in the near infrared 

wavelength region; some experiments, 

for example those which QUEST Research 

Area A “Quantum Engineering” would undertake, 

require frequency combs in the 

more distant spectral ranges, especially in 

the UV. Therefore, new combs based on 

novel mode-locked lasers and on parametric 

oscillators are now the subject of research. 

Furthermore, investigation and application 

of transfer concepts for existing comb generators 

into new spectral ranges, for example 

by plasmon enhanced nonlinear conversion, 

are currently under investigation and 

show great promise. 

Mit direktem Bezug auf diese Forschungsgruppe 

wurde im Okotber 2008 die VENTEON Laser Technologies 

GmbH ausgegründet. 

With direct reference to this research group, the VENTEON 

Laser Technologies GmbH was founded in October 2008.


Mode-locked Lasers / Mode Combs 

Prismenkompressor eines gepulsten Lasers. 

Prism based compressor of a pulsed laser. 

Weißlichtspektrum – ultra-breitbandiger Modenkamm aus 

einer photonischen Kristallfaser. 

White light spectrum—ultra broadband mode comb from a photonic 

crystal fiber. 

Modenkämme – sehr genaue Frequenzmaßstäbe, die 

optische Frequenzen unterschiedlicher Wellenlänge und optische 

Frequenzen mit Radiofrequenzen fest verbinden – sind 

ein wichtiger Bestandteil der modernen Präzisionsmetrologie 

in QUEST. Sie beruhen auf Laser-Oszillatoren, die Femtosekunden-Pulse 

emittieren und sind zentraler Forschungsgegenstand 

dieser Arbeitsgruppe. Zum Themenspektrum gehören 

dabei Untersuchungen ganz grundlegender Fragen der 

Wechselwirkung derart kurzer Lichtpulse mit Materie mit dem 

langfristigen Ziel, die Kammoszillatoren immer kompakter und 

zuverlässiger zu machen. 

Kammgeneratoren sind im nahen infraroten Spektralbereich 

bereits etabliert und kommerziell erhältlich. Manche 


Experimente der Präzisionsmetrologie, zum Beispiel aus dem 

QUEST-Forschungsbereich „Quantum-Engineering“, werden 

allerdings mittelfristig Frequenzkämme erfordern, die sich 

auch in andere, entferntere Spektralbereiche erstrecken, insbesondere 

in den ultravioletten Bereich. Zu diesem Zweck 

wird in dieser Arbeitsgruppe an neuen Kämmen geforscht, 

die auf bereits etablierten, aber auch auf neuen modengekoppelten 

Lasern und parametrischen Oszillatoren basieren. 

Ein weiteres Augenmerk liegt auf der Untersuchung und 

Anwendung von Transferkonzepten für bereits existierende 

Kämme in neue Spektralbereiche. Dabei sind zum Beispiel 

nichtlineare nano-optische Methoden besonders aktuell und 

vielversprechend. 

» S. Rausch, T. Binhammer, A. Harth, F.X. Kärtner, and U. Morgner, Few-cycle femtosecond field synthesizer, Optics Express 16, 17410-9 (2008) 

» M. Schultze, T. Binhammer, A. Steinmann, G. Palmer, M. Emons, and U. Morgner, Few-cycle OPCPA system at 143 kHz with more than 1 μJ of 

pulse energy, Optics Express 19, 2836-41 (2010) 

» S. Rausch, T. Binhammer, A. Harth, E. Schulz, and U. Morgner, Octave-spanning Ti:sapphire laser with zero CEO-frequency and 65 attosecond 

phase jitter, Optics Express 17, 20282-90 (2009) 

Die Arbeitsgruppe „Mode-locked Lasers / Mode Combs“. 

The Research Group “Mode-locked Lasers / Mode Combs” (v.l.n.r./left 

to right: Uwe Morgner, Stefan Rausch, Carsten Clever, Fabian Elster, 

Anne Harth, Nils Pfullmann, Tino Lang, Thomas Binhammer, Patrick 

Oppermann). 

AG Morgner (3) 

81


82 


Dr. Carsten Reinhardt 

Telefon: (+49) (511) 2788 136 

E-Mail: c.reinhardt@lzh.de 


Dr. Carsten Reinhardt, Prof. Dr. Boris Chichkov 

Prof. Dr. Boris Chichkov 

Telefon: (+49) (511) 2788 316 

E-Mail: b.chichkov@lzh.de 


» DFG-Schwerpunktprogramm 1391 – Ultrafast Nanooptics, „Untersuchung nichtlinearer 

Plasmon-Plasmon Wechselwirkungen“ 

» DFG, „Entwicklung und Herstellung funktioneller mikromechanischer und MikroOpto- 

ElektroMechanischer Systeme (MOEMS)“ 

» 7. Rahmen-Forschungsprogramm 

» „Polymerbasierte Nanoplasmonische Komponenten und Bauteile (PLASMOCOM)“ 

» „Fotopolymerbasierte kundenspezifische additive Herstellungsverfahren (PHOCAM)“ 

» „Mikro-Herstellung von polymerischen Lab-on-a-Chip mit integrierter optischer 

Detektion durch ultrakurze Laserpulse (microFLUID)“ 

» 6. Forschungsprogramm: ERASPOT, „2PP Lightwave“ 

» DFG Programme 1391—Ultrafast Nanooptics, “Probing of nonlinear plasmonplasmon 

interactions” 

» DFG, “Development and fabrication of functional micromechanical and 

MicroOptoElectro-Mechanical Systems (MOEMS)” 

» 7 th Framework Programme 

» “Polymer-based nanoplasmonic components and devices (PLASMOCOM)” 

» “Photopolymer based customized additive manufacturing technologies (PHOCAM)” 

» “micro-Fabrication of polymeric Lab-on-a-chip by Ultrafast lasers with Integrated 

optical Detection (microFLUID)” 

» 6 th Framework Programme—ERASPOT, “2PP Lightwave” 


» Alain Dereux, Université de Bourgogne, Dijon, France 

» Sergey Bozhevolnyi, Syddansk Universitet – Southern Danish University, Odense, 

Denmark 

» Anatoly Zayats, Queens University Belfast, Belfast, UK 

» SILIOS Technologies, Peynier-Rousset, France 

» Romain Quidant, Institut de Ciències Fotòniques – The Institute of Photonic Sciences, 

Mediterranean Technology Park, Castelldefels (Barcelona), Spain 

» Foundation for Research and Technology Hellas (FO.R.T.H), Heraklion, Crete, Greece 

» Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Maschinenbau, Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik 

» Alain Dereux, Université de Bourgogne, Dijon, France 

» Sergey Bozhevolnyi, Syddansk Universitet—Southern Danish University, Odense, 

Denmark 

» Anatoly Zayats, Queens University Belfast, Belfast, UK 

» SILIOS Technologies, Peynier-Rousset, France 

» Romain Quidant, Institut de Ciències Fotòniques—The Institute of Photonic Sciences, 

Mediterranean Technology Park, Castelldefels (Barcelona), Spain 

» Foundation for Research and Technology Hellas (FO.R.T.H), Heraklion, Crete, Greece 

» Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Maschinenbau, Lehrstuhl für 

Laseranwendungstechnik 


» Vorlesung „Optical Fields in Nanostructures“, 2009/2010 (Reinhardt, Chichkov) 

» Vorlesung/Übung „Nonlinear Optics“ 2010 (Reinhardt, Chichkov) 

» Seminar „Nanoengineering“ (Chichkov) 

» Vorlesung, Sommerschule des Schwerpunktprogramms 1391 

» „Ultrafast Nanooptics“: Leakage Radiation Microscopy for the Characterization of Surface 

Plasmon-Polariton Propagation (Reinhardt) 

Besides exploring the fundamental connections 

between quantum physics and of 

space-time phenomena, research at QUEST 

is focused on the exploitation of innovative 

methods for realizing novel optical components 

and technologies for the integration 

of quantum effects in manageable devices. 

The research group “Nanophotonics”, founded 

at the inception of QUEST at the Laser 

Zentrum Hannover e.V., comes under this 

context. The work of the group deals with research 

on potential applications of modern 

laser systems for the generation of 2D and 

3D micro- and nanostructures. Using these 

» Lecture “Optical Fields in Nanostructures”, 2009/2010 (Reinhardt, Chichkov) 

» Lecture/Course “Nonlinear Optics” 2010 (Reinhardt, Chichkov) 

» Seminar “Nanoengineering” (Chichkov) 

» Lecture, Summer School of the priority program 1391 

» “Ultrafast Nanooptics”: Leakage Radiation Microscopy for the Characterization of Surface 

Plasmon-Polariton Propagation (Reinhardt) 

laser-based techniques, it is already possible 

to produce structures with resolutions 

below 100 nm in a manner that is both fast 

and flexible. The structured materials show 

up a variety of new and unexpected optical 

properties which are studied both experimentally 

and theoretically. The combination 

of metallic and dielectric nanostructures allows 

adjustments to the refractive index 

of these “metamaterials” with the possibility 

of even achieving negative values, thus 

opening up ways for realizing novel optical 

elements. 

The fabricated micro- and nanostructures 

may also form a basis for integrating 

atomic time and frequency standards (atomic 

chips). To connect these complex microscale 

components with the outside world, 

new and innovative optical technologies 

based on surface plasmon-polaritons, exploiting 

the propagation of light along metallic 

nanostructures, are under investigation 

within the research group.


Nanophotonics 

Modernes Femtosekunden-Lasersystem zur Erzeugung von 

Nanostrukturen. 

Modern femtosecond laser system for the generation of nanostructures. 

Mit Laserverfahren hergestellte nano-optische plasmonische 

Elemente für Anwendungen im IT-Bereich. 

Laser fabricated nano-optical plasmonic elements for IT applications. 

Ein Schwerpunkt von QUEST ist neben der Erforschung 

grundlegender Zusammenhänge der Quantenphysik und 

von Raum-Zeit-Phänomenen die Erschließung innovativer 

Methoden zur Realisierung neuartiger optischer Komponenten 

und Technologien zur Integration von Quanteneffekten 

in handhabbaren Baugruppen. In diesem Themenbereich 

arbeitet die Forschungsgruppe „Nanophotonik“, die mit Beginn 

von QUEST am Laser Zentrum Hannover e.V. eingerichtet 

wurde. Die Gruppe beschäftigt sich mit der Erforschung 

des Anwendungspotenzials hochmoderner Lasersysteme 

zur Erzeugung von 2D- und 3D-Mikro- und Nanostrukturen. 

Mit diesen laserbasierten Verfahren lassen sich bereits heute 

schnell und einfach Strukturen mit Auflösungen im Bereich 

unter 100 nm herstellen. Die strukturierten Materialien weisen 

eine Reihe neuer und ungewohnter optischer Eigen- 


schaften auf, die experimentell und theoretisch untersucht 

werden. Die Kombination metallischer und dielektrischer 

Nanostrukturen erlaubt es, den Brechungsindex dieser „Metamaterialien“ 

einzustellen, wobei sogar negative Brechwerte 

realisierbar sind und damit neuartige optische Elemente 

ermöglicht werden. 

Die hergestellten Mikro- und Nanostrukturen bilden 

unter anderem eine Basis für die Integration atomarer Zeit- 

und Frequenzstandards, die sogenannten Atomic Chips. 

Zur Anbindung dieser komplexen Mikrokomponenten an 

die Außenwelt werden in der Arbeitsgruppe neue optische 

Technologien basierend auf Oberflächenplasmonen 

erforscht, die die Lichtleitung in metallischen Nanostrukturen 

ausnutzen. 

» A. Schilling, J. Schilling, C. Reinhardt, and B. Chichkov, A superlens for the deep Ultraviolet, Applied Physics Letters 95, 121909-1—121909-3 (2009) 

» C. Reinhardt, A. Seidel, A. B. Evlyukhin, W. Cheng, and B. Chichkov, Mode-selective excitation of laser-written dielectric-loaded surface 

plasmon-polariton waveguides, Journal of the Optical Society of America B 26, B55-B60 (2009) 

» M. Farsari and B. Chichkov, Two-Photon Fabrication, Nature Photonics 3, 450-452 (2009) 

Die Arbeitsgruppe „Nanophotonics“ am Laser Zentrum Hannover 

e.V. 

The Research Group “Nanophotonics” at the Laser Zentrum Hannover 

e.V. (v.l.n.r./left to right: Andreas Seidel, Carsten Reinhardt, Boris Chichkov, 

Wei Cheng). 

Thomas Damm / QUEST (3) 

83

Forschungsbereich Enabling Technologies (Seiten 68 - 83) - quest

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