Soliton dynamics in liquid-core optical fibers

Solitonen sind selbsterhaltende Wellenmuster, die in vielen dynamischen Systemen in der Natur auftreten. In der Optik ermöglichen die reichhaltigen Dynamiken von nicht- verbreiternden zeitlichen Solitonen die Generation von Superkontinuumsspektren über weite Wellenlängenbereiche. Diese Dissertation untersucht Solitondynamiken in Flüssigkernfasern theoretisch und experimentell. Einem streng empirischen Ansatz folgend werden hybride soliton-ähnliche Zustände als mögliche Lösung dieser Systeme vorgeschlagen. Wichtige Kenngrößen, wie optische Phasenbeziehungen und eine modifizierte Solitonzahl, werden als Werkzeuge zur Klassifizierung nichtinstantaner, nichtlinearer Systeme hinsichtlich ihrer Fähigkeiten zur Beherbergung von Hybrid-Solitonen gefunden und bestätigt. In dieser Arbeit werden außerdem realistische Materialmodelle erarbeitet, die die Identifizierung von Soliton-Regimen in einfach herstellbaren Flüssigkern-Fasern mit Stufenindex Design ermöglichen. Schließlich wird gezeigt, dass hybride solitonähnliche Zustände in simulierten Superkontinuumspektren für diese experimentell adressierbaren Faser- und Laserparameter auftreten. Daraufhin wird die Soliton-gestützte Superkontinuumserzeugung experimentell in Flüssigkernfasern unter Verwendung von modernsten Thuliumfaserlasern demonstriert. Im Zusammenhang mit numerischen Simulationen wird hervorgehoben, dass das ungewöhnliche Verbreitungs- und Kohärenzverhalten der gemessenen Spektren von dominanten, nichtinstantanen, nichtlinearen Effekten in Flüssigkeiten herrührt und somit die ersten positiven Hinweise für die Hypothese neuartiger Hybrid-Soliton-Dynamiken liefert. Die Studie schließt mit der experimentellen Demonstration der externen Soliton-Kontrolle über Temperatur, statischen Druck und flüssige Zusammensetzung. Dabei werden Flüssigkernfasern als dynamische Plattform für breitbandige und abstimmbare nichtlineare Lichterzeugung mit einem weitreichenden, wissenschaftlichenPotenzial hervorgehoben.