Ausgewählte Forschungsthemen

Wir untersuchen die Erzegung, theoretische Beschreibung und experimentelle Messung komplexer räumlicher Lichtfelder auf kleinsten Längenskalen, z.B. im Bereich starker Fokussierung, Dafür entwickeln wir experimentelle Methoden, die eine vollständige Rekonstruktion elektromagnetischer Felder mit sub-Wellenlängen Auflösung erlauben.

Als Teil eines europäischen Projekts (Horizon 2020 Research and Innovation programme) namens SuperPixels entwicklen wir gemeisnam mit europäischen Partnern eine neue Generation an optischen Detektoren, welche die Art, mit der wir bisher Licht messen, revolutionieren soll. Neben der Entwicklung der integrierten optischen Systeme selbst beschäftigen wir uns auch mit den Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Nano-Optik, Nano-Metrologie und Mikroskopie. Link zur Projektwebseite.

Unsere Aktivitäten im Bereich der Biophotonik drehen sich in erster Linie um photoakustische Bildgebung von biologischem Gewebe. Ein Schwerpunkt ist dabei die Entwicklung von neuartigen Sensoren und Methoden für die photoakustische Tomographie und Mikroskopie. In enger Zusammenarbeit mit der Industrie beschäftigen wir uns mit der Entwicklung anspruchsvoller Laser-Ultraschall-Methoden zur Untersuchung komplexer Materialsysteme.

Im Rahmen diverser Kooperationen, z.B. mit der Medizinischen Universität Graz (Universitätsklinik für Neurologie) bzw. dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Deutschland, untersuchen wir die magnetischen Eigenschaften verschiedenster Proben mittels SQUID-Magnetometrie oder neuartiger, magneto-optischer Methoden. 

Basierend auf den vielseitigen und faszinierenden Eigenschaften nanostrukturierter elektromagnetischer Lichtfelder entwickeln wir leistungsstarke experimentelle Methoden. Diese umfassen einen weiten Bereich von der Spektroskopie, Polarimetrie und Ellipsometrie individueller nanoskopischer Systeme bis hinzu zur Untersuchung neuartiger künstlicher Materialien und deren optischer Eigenschaften.

Transversaler Spin resultiert aus sich in einer Ebene parallel zur Bewegungsrichtung drehenden elektrischen oder magentischen Feldvektoren des Lichts; ähnlich den Speichen eines Rades. Was bis vor einigen Jahren noch exotisch zu sein und nur in Spezialfällen zu Tage zu treten schien, ist heutzutage zu einem wichtigen und weit akzeptierten Froschungszweig geworden, auch durch die Beiträge unserer Gruppe und die vieler internationaler Kollegen. Im Rahmen zahlreicher Projekte beschäftigen wir uns mit den grundlegenden Eigenschaften räumlich begrenzte Lichtfelder in Zusammenhang mit transversalen Drehimpulsen. Ferner studieren wir auch diverse Anwendungsbereiche dieser neuartigen Drehimpulsphänomene.

Raman-Spektroskopie ist eine der wichtigsten optischen Methoden zur Untersuchung von Materialien und Molekülen. In einer Reihe von Projekten untersuchen wir z.B. die vielseitigen Möglichkeiten einer räumlich struktuierten Anregung. Bedingt durch die Polarisationsabhängigkeit der Vibrationsmoden können verschiedene Raman-Spektren bei Anregung mit komplexen Lichtfeldern erzielt werden.

In einer Reihe von Projekten untersuchen wir, wie Licht effizient in optische Schaltkreise eingekoppelt, dort geleitet geleitet, verarbeitet und wieder ausgekoppelt werden kann. Die Interaktion von strukturierten Lichtfeldern mit maßgeschneiderten Nanostrukturen spielt dabei eine wichtige Rolle.

In diesem internationalen Projekt untersuchen wir die optischen Eigenschaften neuartiger Kohlenstoff-Strukturen, die eine bisher ungesehene kristallographische Anordnung der Kohelenstoffatome aufweisen. Zur experimentellen Studie entwickeln wir vielseitge mikro- und nano-optische Methoden, die detaillierte Einblicke erlauben.

Die Studie optisch induzierter, auf nanoskopische und mikroskopsiche Teilchen wirkender Kräfte ist ein vielseitiger und äußerst interessanter Forschungsbereich. Neben konventionellen Kräften, die auf dem Lichtdruck bzw. Intensitätsgradienten basieren, lassen sich über Drehimpulse des Lichts, durch spezielle Licht-Materie-Wechselwirkung und mit Hilfe außergewöhnlicher Streuphänomene weitere mechanische Freiheitsgrade ansprechen. Dies ermöglicht eine Reihe spannender Anwendungen, z.B. in Zusammenhang mit optischer Manipulation.

Sogenannte Epsilon-Near-Zero (ENZ) Materialien zeigen äußerst spannende, lineare und nichtlineare optische Eigenschaften. In einer Reihe verschiedener Projekte untersuchen wir die Interakton von Licht mit strukturierten ENZ-Schichten bzw. kombinierten Materialsystemen. Ein wichtier Fokus liegt auf der Rolle strukturierter elektromagnetischer Felder.

Mit Hilfe strukturierter Oberflächen, z.B. gegeben durch regelmäßig in einem Gitter angeordnete Nanostrukturen, lässt sich Licht effizient und vielseitig manipulieren, steueren und charakterisieren. In einer Reihe von kollaborativen Projekten gestalten und untersuchen wir die Eigenschaften solcher Metaoberflächen. Besonderes Fokus luiegt hierbei auf den chiralen Eigenschaften, der Oberflächenleitung von Licht und möglicher Applikationen.

Basierend auf unserer langjährigen Expertise im Bereich strukturierter Lichtfelder und Licht-Materie-Wechselwirkung auf kleinsten Längenskalen konnten wir kürzlich eine neuartige nanometrologische Methode zur Lokalisierung von einzelnen Nanopartikeln mit höchster räumlicher Auflösung vorstellen und implementieren. Die positionsabhängige Anregung des Teilchens mit maßgeschneiderten Lichtfeldern führt zur Kodierung der Teilchenposition in die Gerichtetheit der Streuung. Sogar kleinste Bewegungen im sub-Anström-Bereich lassen sich so verfolgen. Das zugrundeliegende Schema könnte Anwendungen in der Mikroskopie, der Stabilisierung von Positioniersystemen, der Lithografie und der Nanometrologie finden.