Computersimulationen - Per Modell zum Erkenntnisgewinn in der Optik

In dieser Folge kommen Physiker und Physikerinnen vom Exzellenzcluster PhoenixD zu Wort: Sprecher Prof. Dr. Uwe Morgner, Dr. Oliver Melchert und Doktorandin Stephanie Willms. Die drei sind Spezialisten für die Simulation von optischen, also lichtbasierten Phänomenen. Mit dem Computer berechnen sie physikalische Gesetzmäßigkeiten so exakt, dass ihre Vorhersagen praktische Experimente ergänzen und teilweise überflüssig machen. Dieses sogenannte dritte Standbein der Wissenschaft — neben dem Experiment und der Theorie —, wird mit stetig zunehmenden Rechenkapazitäten immer wichtiger.

Bei PhoenixD untersuchen die drei Forschenden das Verhalten neuartiger Materialien und Verfahren, mit denen die Leistungsfähigkeit optischer Technologien gesteigert werden kann. Anwendungsbereiche sind beispielsweise höhere Datenübertragungsraten per Glasfaser, eine präzisere medizinische Diagnostik mittels stark gebündelter Röntgenstrahlung oder die Entwicklung hochempfindlicher Sensoren zur Erkennung von Bio-Markern wie dem Eiweißgehalt im Blut.

Die Experten
Prof. Dr. Uwe Morgner ist seit 2004 Professor für Experimentalphysik an der Leibniz Universität Hannover (LUH). Die Forschung an neuen Quellen von Femto- und Sub-Femtosekunden-Laserpulsen im Experiment und in der Theorie/Numerik ist der Schwerpunkt seiner Arbeitsgruppe. Aktuelle Arbeiten befassen sich mit optisch-parametrischen Verstärkern, Hochleistungs-Scheibenlaserkonzepten und kohärenter Erzeugung von Röntgenstrahlen.

Morgner ist Sprecher des Exzellenzclusters PhoenixD, Gründungsvorsitzender der Leibniz Forschungsschule für Optik & Photonik an der LUH sowie Wissenschaftlicher Direktor am Laser Zentrum Hannover e. V. (LZH). Im Cluster leitet er den Forschungsbereich Optik-Simulation, dem Dr. Oliver Melchert und Stephanie Willms ebenfalls angehören.

In seiner Forschung konzentriert sich Dr. Oliver Melchert auf numerische Methoden zur akkuraten Vorhersage der Propagationsdynamik von Laserpulsen in nichtlinearen Wellenleitern. Ihn begeistert an seiner Arbeit, dass mit Computersimulationen komplexe Modelle von physikalischen Problemen untersucht werden können, umso ein besseres Verständnis von optischen Phänomenen zu gewinnen.

Die Physikerin Stephanie Willms erforscht in ihrer Doktorarbeit mit Hilfe von Simulationen Licht-Licht Wechselwirkungen in Glasfasern. Wenn sie eine Forschungsfrage bearbeitet, schaut sie in bestehender Literatur auch nach Modell-Analogien aus anderen naturwissenschaftlichen Bereichen.

Der Cluster
Smartphone-Kameras, Online-Streaming per optischer Glasfaser, Laserschweißen von Autokarosserien und 3D-Abbildungen in der Medizin — optische Technologien machen unseren digitalen Alltag erst möglich. Die Leistungsfähigkeit dieser Schlüsseltechnologien weiterzuentwickeln ist das Ziel des Exzellenzclusters PhoenixD: Photonics, Optics, and Engineering — Innovation across Disciplines an der Leibniz Universität Hannover. Mehr als 120 Forschende aus den sechs Fachdisziplinen Physik, Maschinenbau, Chemie, Elektrotechnik, Informatik und Mathematik entwickeln die Präzisionsoptik der Zukunft. Gemeinsam untersuchen die Optikforscherinnen und -forscher, wie komplexe Optiksysteme durch moderne Fertigungsv