Optik, Photonik und Ultrakurzzeitphysik

Optik ist die Wissenschaft des Lichtes und seiner Wechselwirkung mit Materie. Der stark quantenphysikalisch-mikroskopische Charakter dieses Themas liefert einerseits attraktive Fragestellungen für die Grundlagenforschung. In Konstanz arbeiten wir zum Beispiel in den Bereichen Nano-Optik und Quanten-Elektrodynamik. Andererseits übernimmt Licht im „Jahrhundert des Photons“ immer mehr technische Aufgaben, die unter dem Sammelbegriff der „Photonik“ zusammengefasst sind. Unter anderem sind die Felder Biophotonik, Femtosekunden-Lasertechnologie, 4D-Elektronenmikroskopie und Photovoltaik (kristallines Silizium und neue Materialien) stark bei uns vertreten. Das Masterstudium bietet ein breites Spektrum an Vorlesungen, welches von der technischen Optik über die Laserphysik bis weit hinein in die quantentheoretischen Grundlagen reicht. Aus Master- und Doktorarbeiten gehen hochqualifizierte Spezialisten für die Physik des Lichts hervor mit vielfältigen Berufschancen in Industrie und Wissenschaft.

Die elementaren Prozesse in kondensierter Materie laufen auf extrem kurzen Zeitskalen im Piko-, Femto- und Attosekundenbereich ab. Wie bewegen sich Elektronen durch das Kristallgitter eines Halbleiter-Bauelements? Wie bricht eine chemische Bindung? Wie wird auf die Netzhaut unseres Auges einfallendes Licht in einen Nervenreiz übersetzt? All diese Fragestellungen sind Gegenstand der Ultrakurzzeitphysik. In Konstanz untersuchen wir zum Beispiel die Zusammenhänge in  magnetischen Materialien, Hochtemperatur-Supraleitern oder Hybrid-Solarzellen. Weltweit zeichnet uns beispielsweise die Fähigkeit aus, einzelne Elektronen auf der Attosekunden-Zeitskala zu manipulieren und mit ihnen sogar Mikroskopie atomarer raum-zeitlicher Auflösung zu betreiben. Andererseits sind wir in der Lage, Licht direkt als elektromagnetische Feldamplitude zu detektieren - also mit einer Präzision unterhalb seiner zeitlichen Oszillationsperiode und seiner räumlichen Wellenlänge - und dies mit einer Empfindlichkeit, die uns direkten Zugang zur Quantenstatistik vermittelt. Auf diese Weise eröffnen sich uns einzigartige Einblicke in die Eigenschaften der Materie und des Strahlungsfeldes auf elementaren Dimensionen von Zeit und Raum.