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Nichtlinearer Mechanismus zur Erzeugung von Frequenzkämmen

Ein Forscherteam vom Zentrum für Optische Quantentechnologien der Universität Hamburg und von der Nanjing Universität haben einen neuen Weg entdeckt, wie man eine Art Frequenzkamm für die Erzeugung von Vibrationen in Festkörpern und Kristallen bauen kann. Optische Frequenzkämme sind mittlerweile zu einem wichtigen Werkzeug für die Erzeugung von Licht in der modernen Physik geworden und finden Anwendungen in Feldern wie Metrologie und ultrakalten Quantengasen.

Der Kern des Mechanismus, der den phononischen Frequenzkamm ermöglicht, basiert auf nichtlinearer Resonanz. In optischen Systemen dienen Frequenzkämme üblicherweise zur Erzeugung äquidistanter Spektrallinien mittels Kaskaden über Eigenzustände des Systems, wobei jede Spektrallinie einen Eigenzustand widerspiegelt. Im Fachmagazin Physical Review Letters berichtet nun ein Team um CUI-Forscher Prof. Schmelcher von einem neuartigen Frequenzkamm, der auf der Anregung von nur zwei oder drei Eigenmoden basiert. Der Frequenzkamm selbst offenbart sich dann in der Aufspaltung der intrinsischen Frequenz jeder Eigenmode und in eine Folge äquidistanter Spektrallinien. „Verglichen zum traditionellen Frequenzklamm kann der neuartige Typ als ‚Hyperfeinkamm‘ einiger ausgewählte Eigenmoden gesehen werden, wobei diese gewählten Anregungsmoden durch die Erzeugung  dann sogar korreliert werden“, sagt Prof. Schmelcher.

Die beschriebene Methode kann verallgemeinert werden und in phononischen und optischen sowie klassischen und Quantensystemen zur Anwendung kommen. Solche Hyperfeinkämme lassen auf neue Anwendungen in der hochgenauen Frequenzmessung und bei der Erzeugung von Verschränkungen hoffen.

figure1Bild: Phononischer Frequenzkamm in einer nichtlinearen Atom-Kette mit 10 Plätzen, wobei die erste und zehnte Phononmode monochromatisch von außen angeregt werden. Abbildung (a) zeigt den zeitlichen Fingerabdruck des Frequenzkammes in Form eines zeitlichen Pulses für jede der beiden Moden. Äquidistante Spektrallinien werden auch in den Spektren der einzelnen Moden beobachtet (a1 und a2), die den Fingerabdruck des Frequenzkammes darstellen.

Originalstudie:
Cao L.S., Qi D.X., Peng R.W., Wang M. and Schmelcher P.
Phononic Frequency Combs via Nonlinear Resonances
Physical Review Letters 112, 075505 (2014)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.075505