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.

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.