Gedanken zu den Versuchen, die Quantennatur des sichtbaren Lichtes direkt nachzuweisen

Wolfgang Tittel, W. Martienssen

Abstract Licht ist das Elixier unseres Lebens: Das Licht der Sonne spendet uns Energie; Licht gibt uns die Möglichkeit zu sehen und über den Lichtsinn mit unserer Umgebung zu kommunizieren; Licht, das vom Himmel kommt, gibt uns wegen seiner endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit Einblicke in die Frühzeit und in die Evolution unseres Universums. Was ist aber das Wesen des Lichtes, wie verhält sich das Licht, wenn wir es auf Photonen‐Ebene betrachten, was vermag uns das Licht über die Quantenwelt und ihre Phänomene erkennen zu geben und wie unterscheiden sich diese Phänomene von denen der klassischen Welt unserer alltäglichen Erfahrung? Hier wollen wir versuchen, mithilfe ausgewählter Experimente Antworten auf diese Fragen direkt aus der Beobachtung zu erschließen.

Enrico Fermi

Ferdinand Evers

Die Quantenwelt ist faszinierend anders. Teilchen sind in ihr wie Wellenkämme; sie bewegen sich in fester Materie fort wie auf einem Ozean, der von den vielen anderen Teilchen gebildet wird. Und ganz wie die Wasserwelle in einem Teich oder die Radiowelle inmitten der Großstadt, so werden auch Teilchenwellen an Hindernissen gestreut, sie überlagern sich und bilden Muster. Diese Interferenz ist ein Markenzeichen der Quantennatur jeder Materie. Freilich ist die Entfernung zweier Wellenberge, die „Wellenlänge“, sehr gering. Für die Ladungsträger in fester Materie, die Elektronen, entspricht sie typischerweise ein Promille der Wellenlänge des Lichtes. Daher ist die Quanteninterferenz experimentell nur schwer aufzuspüren. Infolgedessen sind Quanteneffekte in Materie bisher nur unter Laborbedingungen direkt zu beobachten, d. h. für tiefe Temperaturen und sehr kleine Proben.

Gerhard M. Fasching

Paul Gombás, D. Kisdi

Anne Harth

Parametrische Verstärkung von Einzyklen-Pulsen und deren kohärente Wechselwirkung mit einem Zwei-Niveau-System Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiges Konzept entwickelt, um Einzyklen-Pulse im sichtbaren Spektralbereich zu verstärken, da gewöhnliche Verstärkersysteme die dafür nötige Bandbreite nicht unterstützen.Es basiert auf der seriellen Pulssynthese zweier breitbandiger optisch-parametrischer Verstärker mit einer integrierten Superkontinuumserzeugung, welche das Spektrum für den Einzyklen-Puls bereitstellt.Da die parametrischen Verstärker für die Synthese jeweils mit einer unterschiedlichen Pumpwellenlänge betrieben werden, liegen die Verstärkungsspektren in benachbarten Spektralbereichen, so dass die Synthese zu einem breiten kohärenten Spektrum führt, das vom sichtbaren bis hin zum nahinfraroten Spektralbereich reicht.Das verstärkte Spektrum hinter den beiden Verstärkerstufen hat eine Pulsenergie von 1 µJ bei einer Pulswiederholrate von 200 kHz und unterstützt Pulsdauern unter 3 fs.Dies entspricht im sichtbaren Spektralbereich einem Puls mit nahezu einer einzigen Träger-Oszillation unter der Intensitätseinhüllenden. Zusammen mit der in dieser Arbeit vorgeschlagenen Pulskompression, die auf einem geeigneten Pulsformer basiert, und einer Stabilisierung der Träger-Einhüllenden-Phase des Pulses, ist dieses neuartige Verstärker-Konzept in der Lage Einzyklen-Pulse zu verstärken und damit eine geeignete Quelle für spektroskopische Studien im Bereich der extrem kurzen Pulsdauern.Diesbezüglich wurde in dieser Arbeit ebenfalls die Abhängigkeit der Populationswahrscheinlichkeit eines atomaren Systems von der Träger-Einhüllenden-Phase eines Einzyklen-Pulses untersucht.Es wurde eine bestimmte Quantenpfadinterferenz identifiziert, die aufgrund der spektralen Eigenschaften des in dieser Arbeit erzeugten Spektrums geeignet ist die von der Träger-Einhüllenden-Phase abhängige Zustandsbesetzung zum ersten Mal experimentell über einen optischen Übergang nachzuweisen.