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Light propagation in dense and chiral media

Fleischhaker, Robert

German Title: Lichtpropagation in dichten und chiralen Medien

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Abstract

Die elektromagnetischen Eigenschaften von Licht werden in der Quantenoptik meist auf die elektrische Komponente reduziert. Ein Medium, das sowohl mit der elektrischen als auch mit der magnetischen Komponente wechselwirkt, wäre jedoch aus technologischer Sicht sehr interessant. Ein vor kurzem vorgeschlagener Ansatz, um die magnetische Antwort zu verstärken, basiert auf hoher Dichte sowie induzierter Chiralität. Eine Kombination von beidem ist jedoch experimentell zur Zeit nicht umsetzbar. Diese Arbeit untersucht Lichtpropagation in dichten und in chiralen Medien, wobei beide Konzepte getrennt und in experimentell zugänglichen Parameterbereichen behandelt werden. Im Einzelnen analysieren wir ein sog. Closed-Loop System, demonstrieren ein Schema zur Kontrolle der Gruppengeschwindigkeit im UV-Bereich, zeigen, wie parametrische Prozesse in der Lichtpropagation verwendet werden können und erläutern den Einfluss hoher Gasdichte auf einen verlangsamten Lichtpuls. Wir leiten die Wellengleichung für Medien mit induzierter Chiralität her und lösen sie auf Basis der allgemeinen Mediumsantwort. In einem konkreten Beispiel verwenden wir die erarbeiteten Konzepte, um Lichtpropagation mit chiraler Wechselwirkung zu untersuchen. Dabei stellen wir fest, dass ein chirales Medium die optimale Umsetzung eines Closed-Loop Phasenkontrollschemas ermöglicht und so die Dynamik eines verlangsamten Lichtpulses während der Propagation kontrolliert werden kann. Außerdem zeigen unsere Ergebnisse, dass bereits mit heutigen experimentellen Methoden Parameter erreichbar sind, bei denen die magnetische Komponente des Probefelds relevant wird.

Translation of abstract (English)

In quantum optics, the electromagnetic character of light is mostly reduced to its electric component. Technologically interesting, a medium interacting with both the electric and magnetic component has recently been proposed. But the suggested combination of high density and induced chirality to enhance the magnetic response is beyond the limits of current experiments. This thesis studies light propagation in dense and chiral media, assessing both concepts separately and in more accessible parameter ranges. In this context, we analyze a so-called closed-loop system, demonstrate a scheme for group velocity control in the UV range, show how to utilize parametric processes for light propagation, and explain effects due to high density on a slow light pulse. We derive the wave equation for media with induced chirality and solve it on the level of general medium response coefficients. This is then followed by a specific example, in which the developed concepts are applied to study light propagation with chiral interactions. We find that a chiral medium is an ideal implementation of a closed-loop-phase control scheme and show that the dynamics of a slow light pulse can be controlled throughout propagation time. Furthermore, our results demonstrate that the magnetic probe field component can become relevant for parameters achievable in current experiments.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Evers, Dr. Priv. Jörg
Date of thesis defense: 28. October 2009
Date Deposited: 05. Nov 2009 11:33
Date: 2009
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Quantenoptik, Elektrodynamik, Magnetfeld, Dichtes Gas, Metamaterial, Elektrisches Feld, Brechzahl
Uncontrolled Keywords: light propagation , linear response , closed interaction loop , cross coupling , magnetic dipole moment , phase modulation , phase control
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