Die TU Wien und die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik freuen sich über die Auszeichnung der hervorragenden Dissertation von Frau Dr. Claudia Gollner - "Generation and Applications of Strong THz Fields driven by intense mid-IR Pulses“ mit dem „Award of Excellence 2022“ des Bundesministers für Bildung, Wissenschaft und Forschung. Die geplante feierliche Übergabe des Preises erfolgt am 14. Dezember 2022 in der Aula der Wissenschaften.
 

Abstract: Erzeugung und Anwendung hochenergetischer THz Felder gespeist mittels Laserpulsen im mittleren Infrarotbereich

Terahertzstrahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarotstrahlung und den Mikrowellen, mit Anwendungen im Bereich der Astronomie, medizinischen Untersuchungen oder auch für Qualitätskontrollen in der Industrie. Strahlung im Terahertz-Bereich ist allerdings schwer zu erzeugen, vor allem Strahlpulse mit sehr hoher Energie, welche es nicht nur erlauben Material zu charakterisieren, sondern auch dessen optische Eigenschaften zu manipulieren.  In dieser Arbeit ist es gelungen Terahertz-Strahlungsquellen zu entwickeln, welche mehrere Rekorde brechen: Sie sind die stärksten THz Quellen die je in einem Labor hergestellt wurden und mit zuvor noch nie erreichtem Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Optischer- zu THz Strahlung.  Ausgangspunkt ist die Strahlung eines Lasersystems im mittleren Infrarotbereich. THz Strahlung wurde damit erfolgreich mit zwei unterschiedlichen Methoden erzeugt:

1. Der intensive Anregungspuls wird fokussiert und ionisiert dadurch die umgebenden Luftmoleküle. Das dabei entstehende Elektronenplasma strahlt wiederum gerichtete THz Strahlung ab.
2. Der Anregungspuls wird in einem nicht-linearen Kristall fokussiert und mittels optischer Gleichrichtung in THz Strahlung umgewandelt.

Mit diesen starken THz Feldern wurde der Brechungsindex eines Halbleiters variiert, ein bis dato noch nie beobachtetes Phänomen. Als möglichen Anwendungsbereich für die Modulierung optischer Eigenschaften von Halbleitermaterialien ist die Telekommunikation zu nennen. Optische Hochgeschwindigkeitsnetze der nächsten Generation erfordern die Entwicklung ultraschneller optischer Verbindungen, die Datenraten im Bereich von Tbit s^-1 ermöglichen. Als ersten Schritt in diese Richtung wurde in dieser Arbeit die Transmission von Quantenpunkten^[1] mit einem intensiven THz Puls geändert, welche der Wellenform des THz Pulses folgt und somit eine Kodierung von logischen 0 und 1 im Pikosekunden Bereich ermöglicht.

[1] Als Quantenpunkte bezeichnet man ein spezielles Material bestehend aus nur wenigen Atomen

Originalpublikationen:
Für die Anwendung von intensiver THz Strahlung an colloidalen Quantenpunkten (Stark effect):
https://doi.org/10.1002/adom.202102407, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
Und die Erzeugung von intensiver THz Strahlung:
(i) by two-color plamsa filaments https://doi.org/10.1038/s41467-019-14206-x, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
(ii) by optical rectification in organic crystals https://doi.org/10.1063/5.0037235, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Rückfragen an:
Dr. Claudia Gollner, BSc
Institut für Photonik
Gußhausstraße 25-29, 1040 Wien
T +43-1-58801-38787
claudia.gollner@tuwien.ac.at