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Q: Quantenoptik

Q 27: Poster: Nichtlineare Optik

Q 27.3: Poster

Mittwoch, 5. April 2000, 10:30–13:30, Aula

Optische Spiralen und Targetmuster — •B. Schäpers, T. Ackemann und W. Lange — Institut für Angewandte Physik, Corrensstr. 2-4, 48149 Münster

In einem Experiment zur Musterbildung in der nichtlinearen Optik beobachten wir die Entstehung von Spiralen und Targetmustern auf dem transversalen Strahlprofil. Als Nichtlinearität nutzen wir optisches Pumpen in Natriumdampf durch zirkular polarisiertes Licht; die genaue Form dieser Nichtlinearität läßt sich über ein externes Magnetfeld einstellen. Hinter der Natriumdampfzelle befindet sich ein ebener Spiegel, der das Licht nach einer Ausbreitungsstrecke in den Natriumdampf reflektiert. Wir beobachten das durch den Spiegel transmittierte Licht mit einer Kamera, die Verschlusszeiten bis hinab zu 5 ns ermöglicht. Oberhalb einer gewissen Eingangsleistung treten spontan Spiralen und Targetmuster in der Intensitätsverteilung des Gaußschen Laserstrahls auf. Die Rotationsfrequenz der Spiralen liegt im Bereich von etwa 10 kHz bis mehr als 100 kHz und variiert linear mit dem externen Magnetfeld. Der Rotationssinn der Spiralen bzw. die Ausbreitungsrichtung der Ringe des Targetmusters ist dabei nach innen gerichtet, also entgegengesetzt zu dem Verhalten, das in anderen physikalischen und chemischen Musterbildungssystemen wie z. B. in erregbaren Systemen beobachtet wird.

Die Entstehung dieser Strukturen lässt sich in numerischen Simulationen reproduzieren. Eine analytische Untersuchung zeigt, dass das System durch eine Hopf-Bifurkation instabil wird, die auf die Präzession der Magnetisierung der Natriumatome in dem externen Magnetfeld zurückgeführt werden kann.