Nonlinearity Engineering
Wissenschaftliche Leitung
Wie entstehen durch nichtlineare Rückkopplungen und Fluktuationen – die verstärkt statt unterdrückt werden – emergente Strukturen?
Seit über zwei Jahrzehnten leitet diese Frage unsere Forschung und prägt ein Programm, das sich über die Laserphysik und die Wechselwirkung zwischen Laser und Materie erstreckt.
Unser langfristiges Ziel ist die programmierbare Emergenz: die vorhersagbare und letztlich präskriptive Steuerung emergenter Ordnung durch künstlich erzeugte nichtlineare Rückkopplungen.
Wir verfolgen dieses Ziel, indem wir Laser in zwei Funktionen einsetzen: als hochgradig kontrollierbare Modellsysteme für selbstorganisierte Emergenz und als Präzisionswerkzeuge für die Interaktion mit Materie.
Bei Lasern bedeutet dies, die Dynamik zu formen, die bestimmt, wie sich Licht in Raum und Zeit organisiert. In Materialien regen die von uns entwickelten kundenspezifischen Lasersysteme nichtlineare Reaktionen an und erzeugen räumlich-zeitliche Gradienten mit außergewöhnlicher Kontrolle. Dies ermöglicht es uns, kollektive Dynamiken so zu steuern, dass sich Strukturen spontan aus konstruierten Interaktionsregeln bilden, anstatt Punkt für Punkt vorgegeben zu werden. Die Kontrolle über die Struktur wird durch Dynamik statt durch Geometrie erreicht und ist nicht grundlegend durch optische Beugung begrenzt.
Ein Schwerpunkt dieses Programms ist der Atomdrucker: ein Rahmen, in dem lasergesteuerte Rückkopplung die atomare Selbstorganisation über die durch optische Beugung auferlegten geometrischen Grenzen hinausführt.
Experimentelle Plattformen
Wir entwickeln und bauen ultraschnelle Laser, die den Anforderungen der Physik entsprechen, anstatt Forschungsfragen an bestehende Technologien anzupassen.
Aufbauend auf jahrzehntelangem Fachwissen und einer speziell dafür entwickelten Laborinfrastruktur konstruieren wir Laserarchitekturen, die von neuen Formen der Modenkopplung bis hin zu leistungsstarken Burst-Mode-Systemen mit Wiederholungsraten von ~100 GHz und mehr reichen. Wir integrieren diese Quellen in spezialisierte Laser-Materie-Plattformen, nutzen dabei unser Know-how in den Bereichen Mikroskopie und Holografie und arbeiten in Umgebungen mit Umgebungsluft, Wasser und Vakuum.
Extreme Wechselwirkungen von ultrakurzen Impulsen mit Materie bei hohen Wiederholungsraten ermöglichen künstlich erzeugte kollektive Effekte, Speicher und intrinsische Rückkopplungen, die mit herkömmlichen Einzelimpulsverfahren grundsätzlich nicht erreichbar sind.
News
Stellenausschreibung für Postdoktorand (m/w/d) mit Schwerpunkt Ultrakurzpulslaserphysik
Das NLE widmet sich der Erforschung der Grundlagen und der praktischen Umsetzung des Entwurfs und der experimentellen Realisierung nichtlinearer Systeme, um ein bestimmtes Muster, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Funktionalität zu erreichen, zu der sich das System weitgehend von selbst entwickelt. Zu diesem Zweck verwenden wir Lasermodelle und komplexe Laser-Materie-Wechselwirkungen sowohl als Modellsysteme als auch als experimentelle Werkzeuge. Unsere interdisziplinäre Forschung befasst sich mit Laserphysik, Licht-Materie-Wechselwirkungen, nichtlinearen und selbstorganisierten Phänomenen unter Verwendung einer Kombination aus experimenteller und theoretischer Arbeit. Während die Forschung des NLE in erster Linie durch wissenschaftliche Neugier und ein schrittweises systematisches Vorgehen zur Lösung offener Fragen motiviert ist, verfolgen und nutzen wir auch ihre Anwendungen und technologischen Auswirkungen, von der Weiterentwicklung der Lasertechnologie, der…
Workshop „Komplexe Optik und Modenkopplung: Synergien am Horizont” am 22. November.
Modenkopplung ermöglicht die Erzeugung ultrakurzer Lichtimpulse aus Laserkavitäten, ein Durchbruch, der zu vier Nobelpreisen geführt hat. Der Prozess der Erzeugung ultrakurzer Impulse ist so nahtlos und zuverlässig, dass man leicht übersieht, dass Modenkopplung ein selbstorganisiertes Phänomen ist, wohl eines der einflussreichsten in der Wissenschaft. Tausende von Frequenzmodi innerhalb einer Laserkavität koppeln spontan ihre Phasen und erzeugen Impulse, die um Größenordnungen kürzer sind als die Kavität selbst.
Neue Publikation in Nature Photonics mit dem Titel "Driven by feedback, unlimited by diffraction".
Unter Ausnutzung der nichtlinearen Rückkopplung, die sich aus der Wechselwirkung ultraschneller Laserpulse ergibt, wird gezeigt, dass selbstorganisierte Nanolinien, die die Grenzen der Beugung zu überwinden scheinen, optische Materialien schneiden, würfeln und strukturieren können, indem sie echte Saphir-Wellenplatten und kristalline Mikroprismen mit Nullordnung herstellen.
Ömer Ilday erhält Alexander von Humboldt-Professur
Die Bundesministerin für Bildung und Forschung Bettina Stark-Watzinger und der Präsident der Alexander von Humboldt-Stiftung Prof. Dr. Robert Schlögl haben am 13. Mai 2024 in Berlin die Alexander von Humboldt-Professuren verliehen.
Neue Kooptationen: Prof. Dr. Serim Ilday und Humboldt-Professor Prof. Dr. F. Ömer Ilday
Am 31. Januar hat der Fakultätsrat der Fakultät für Physik und Astronomie die Kooptationen von Prof. Dr. Serim Ilday und Prof. Dr. F. Ömer Ilday beschlossen.
F. Ömer Ilday kommt an die Ruhr-Universität
Die Ruhr-Universität freut sich über eine neue Alexander-von-Humboldt-Professur. Am 1. Juli 2023 kommt der renommierte Forscher Prof. Dr. F. Ömer Ilday nach Bochum.
Alexander von Humboldt-Professur 2024 Fatih Ömer İlday
F. Ömer İlday war maßgeblich an der Entwicklung ultraschneller Lasertechnologie beteiligt und hat in den letzten Jahren das Feld der nichtlinearen Laser-Materie-Wechselwirkungen transformiert. Nun soll er an der Ruhr-Universität Bochum neue Forschungsfelder in den Materialwissenschaften erschließen und ein weltweit renommiertes Forschungszentrum aufbauen.
Dr. Ilday bringt ERC Advanced Grant, UniLase, an die Ruhr-Universität
F. Ömer İlday promovierte 2003 an der Cornell University, Ithaca, USA, und arbeitete ab 2003 als Postdoc und ab 2005 als Forschungswissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology, USA. Im Jahr 2006 wechselte er als Professor für Physik an die Bilkent-Universität in Ankara, Türkei. Von 2014 bis 2023 war er dort Professor für Physik und Elektrotechnik.