Neuartige optische Materialien und Design-Methoden
Die Verfügbarkeit von optischen Materialien mit benutzerdefinierten optische Eigenschaften, die perfekt die Anforderungen der Anwendungen erfüllen würden, sind das Ziel aktueller Forschung. Das Fehlen solcher Materialien begrenzt z.B. die Realisierung von vielen optischen Geräten. Mit dem Fortschritt in der Nanofabrikation sind wir jetzt allerdings in der Lage, künstliche Nanostrukturen bis auf Größen von wenigen Nanometern und damit weit unterhalb der optischen Wellenlänge gezielt herzustellen. Solche Materialien können, richtig gestaltet, völlig neue optische Eigenschaften aufweisen, die natürliche Materialien nicht zeigen. Die bekanntesten Beispiele sind Materialien mit negativen Brechungsindex.
Zudem lassen sich durch den Einsatz stark lokalisierter optischer Felder in dielektrischen und metallischen Nanostrukturen die effektiven Materialparametern fast sein beliebig verändern und auf diesem Weg neue optische Materialien entwickeln. Unsere Gruppe entwirft, stellt her und untersucht solche neuen optischen Materialien, die auf der Grundlage von plasmonischen und dielektrische Nanostrukturen für den nahen infraroten und sichtbaren Wellenlängenbereich arbeiten. Sie eröffnen in Kombination mit neu entwickelten Design-Methoden, wie die erst kürzlich vorgestellten Konzepte der Transformation Optik und abrupten topologischen Phasenänderungen, die Möglichkeit, neue Funktionalitäten für optische Elemente zu erhalten oder sogar erstaunliche Effekten, wie Unsichtbarkeit (cloaking) oder ultradünne optische Elemente zu realisieren.
Viele optische Anwendungen erfordern darüber hinaus kleine und hocheffiziente optische Lichtquellen. Quanten-optische und On-Chip-Anwendungen würden insbesondere von ultrakleinen Lichtquellen erheblich profitieren. Die Effizienz konventioneller Lichtemitter ist jedoch im Allgemeinen sehr niedrig. Unsere Forschungsaktivitäten beschäftigen auch mit der Verbesserung der Lichtemission mit Hilfe plasmonischer Nanoantennen und Oberflächenplasmon. Zur Untersuchung bestimmter Strukturen verwenden wir hierzu nichtlineare und zeitaufgelöste Techniken.