Optische Technologien

Die großen Herausforderungen unserer modernen Welt liegen in den Bereichen Gesundheit, Umwelt, Energie, Produktion und Sicherheit. Wissenschaftliche Fortschritte und Innovationen in diesen Gebieten werden im Wesentlichen durch die Erzeugung und Manipulation von Photonen getrieben – zum Beispiel für photonische Bauelemente, Datenübertragung, Sensorik, hochauflösende Mikroskopie oder die Bearbeitung von biologischen Materialien und industriellen Werkstoffen.

Die Photonik gilt deshalb als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Das kommt auch in wichtigen Strategiepapieren zum Ausdruck, wie sie das Bundesforschungsministerium BMBF (Agenda Photonik 2020), die Europäische Kommission (Strategic Research Agenda – Lighting the way ahead), die Europäische Technologieplattform Photonics21 und die US-Regierung (Harnessing Light II - Photonics for 21st Century Competitiveness) veröffentlicht haben. Für Deutschland bestätigt die Agenda Photonik 2020, dass die optischen Technologien den Spitzenplatz unter den wichtigsten Zukunftstechnologien einnehmen, noch vor der Pharmabranche.

Mathematik spielt eine Schlüsselrolle bei der Weiterentwicklung der optischen Technologien: Sie stellt quasi das genaueste Mikroskop dar, das man sich vorstellen kann. Die Simulation photonischer Strukturen hilft beim Entwurf effizienter Bauelemente, mathematische Modellierung und Simulation führt zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkung von Licht und Materie, u.a. auch für die Entwicklung offener Quantensysteme.

Die Methoden, die hierbei zum Einsatz kommen, umfassen eine ganze Reihe von mathematischen Disziplinen, von der mathematischen Physik als Modellierungssprache, über die Theorie und die numerische Simulation partieller Differentialgleichungen zur Lösung hochdimensionaler und multiskaliger Probleme, bis hin zur angewandten Stochastik.



Themen

  • Photonische Strukturen (Wellenleiter, Photonische Kristalle)
  • Halbleiterlaser
  • Nichtlineare Wellengleichungen, Solitonen
  • Komplexe nichtlineare Raum-Zeit-Dynamik
  • Numerische Methoden für Maxwell-Gleichungen
  • Halbleiter-Transport für Bauelemente mit Nanostrukturen
  • Offene Quanten-Systeme