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Nichtlineare Optik

Die "klassische" Optik beschreibt die Wechselwirkung von Licht mit Materie bei niedrigen Intensitäten I, d.h. für schwache elektrische Felder E∝ I1/2. Characteristisch für diesen Intensitätsbereich ist, dass die durch das elektrische Feld induzierte, dielectrische Polarisation proportionsal zu diesem Feld ist E. Fast alle die wohlbekannten Phänomene, die man bei der Wechselwirkung von Licht mit Materie kennt, wie Brechung, Beugung und Interferenz wie auch die Erhaltung der optischen Frequenz des Lichts während dieser Wechselwirkung, hängen in ihrer quantitativen Beschreibung essentiell von dieser Proportionalität zwischen Feld und Polarisation ab.

Die Nichtlineare Optik (NLO) ist der Zweig der Optik, der die Wechselwirkung von Licht mit Materie beschreibt, wenn diese lineare Beziehung zwischen Feld und Polarisation nicht mehr gültig ist. Das geschieht in sogenannten nichtlinearen Medien, in denen die Polarisation auch von E2 und höheren Potenzen von E abhängt . Diese Nichtlinearitäten werden immer dann beobachtet, wenn die Lichtintensitäten hinreichend hoch sind, um atomare oder molekulare Wellenfunktionen in der wechselwirkenden Materie hinreichend stark zu beeinflussen -- das sind Intensitäten wie sie heute problemlos bei der Arbeit mit gepulsten Lasern erreicht werden.

Es gibt mehrere gute Monographien zu diesem Themenkreis ebenso wie eine Reihe kurzer, durchaus brauchbarer Präsentationen im Internet (s. z.B. http://en.wikipedia.org/wiki/Nonlinear_optics und die dort angemerkent Links).

Die Nichtlineare Optik und eine breite Palette von Anwendungen gehören zum Kern der Forschungsarbeit am Max Born Institute. Frequenzkonversion von kurzen Laserimpulsen ist vielleicht die bedeutsamste Anwendung in bezug auf praktisch alle Forschungsthemen mit ultrakurzen Laserimpulsen und der Arbeit des MBI.

In dem nachfolgenden Link wollen wir jedoch lediglich einen ganz spezifischen Aspekt dieses Themenfelds diskutieren: einige spezielle Anwendungen von NLO Effekten in der Spektroskopie von Atomen und Molekülen.