Harald Schwefel

Harald Schwefel
Harald Schwefel (cropped).jpg
Harald Schwefel i november 2018
Alma mater Brandenburg University of Technology , Yale University
Vetenskaplig karriär
institutioner Yale University , University of Erlangen–Nuremberg , University of Otago , Dodd-Walls Center
Doktorand rådgivare Douglas sten

Harald Schwefel är en tyskfödd fysiker som för närvarande är baserad i Nya Zeeland. Han är docent vid institutionen för fysik vid University of Otago och huvudforskare vid Dodd-Walls Center . Hans forskning fokuserar på växelverkan mellan ljus och materia i dielektriska material, och hans specialitet är viskande gallerilägesresonatorer (WGMR), små dielektriska skivor som begränsar och lagrar laserljus för att underlätta olinjära interaktioner. Han använder dessa för att generera optiska frekvenskammar och för att konsekvent konvertera mellan mikrovågs- ​​och optiska fotoner.

Biografi

Född i Berlin, tillbringade Schwefel sina grundutbildningsår från 1994 till 1998 med att studera fysik och matematik vid Brandenburgs tekniska universitet (BTU) Cottbus i Tyskland. Under denna tid tog han aktiv del i studentpolitiken som ledamot och sedan ordförande i elevrådet StuRa. Han organiserade strejker och demonstrationer som svar på besparingsplaner som föreslagits av vetenskapsminister Steffen Reiche i ett utkast till Brandenburg Higher Education Act som gav obegränsade rättigheter att stänga och slå samman universitet. Schwefel var motiverad att behålla den lilla storleken på universiteten i Östtyskland som erbjöd utbildningsfördelar. Han uppmuntrade eleverna att vara aktiva, njuta av studentlivet och studera ämnen som de tyckte var roliga. Han sprang också Berlin maraton och besteg Mount Elbrus medan han var på BTU.

1998 fick Schwefel ett doktorandstipendium från Yale University och studerade ämnet kaotiska dielektriska resonatorer vid Yale University med rådgivare Douglas Stone . Under denna tid arbetade han som lärare i matematik och naturvetenskap vid Davenport College . Han tog examen med en doktorsexamen 2004 och tog en postdoktorandtjänst på samma avdelning och tillbringade totalt sju år vid Yale Physics Department. 2005 besökte han ATR Wave Engineering Laboratories i Kyoto , Japan som postdoktor.

2005 gick Schwefel med i Max Planck Research Group vid universitetet i Erlangen som postdoktor och etablerade sedan ett forskningsprogram som gruppledare vid Max Planck Institute for the Science of Light i Erlangen .

Schwefel flyttade till Nya Zeeland i september 2015 där han har återupprättat sitt forskningsprogram som universitetslektor vid Institutionen för fysik vid University of Otago och huvudforskare vid Dodd-Walls Center for Photonic and Quantum Technologies .

Forskning

Schewefel och doktorand Bianca Sawyer

Schwefel leder gruppen Resonant Optics vid University of Otago . Hans forskning fokuserar på resonansförstärkt interaktion mellan ljus och materia i dielektriska material. Detta inkluderar både teoretiskt och experimentellt arbete inom de linjära och olinjära domänerna. Han är specialiserad på viskande gallerilägesresonatorer (WGMR), små skivor av dielektriska material som används för att begränsa, lagra och därför intensifiera ljus för att underlätta icke-linjära interaktioner. Dessa enheter är baserade på viskande gallerivåg , där laserljus studsar runt den inre ytan av en dielektrisk skiva, begränsat av total intern reflektion . Schwefel började forskning om WGMRs vid Max Planck Institute och har vidareutvecklat tillverkningstekniker för att uppnå höga kvalitetsfaktorer, vilket innebär att stora mängder laserljus kan begränsas och lagras i resonatorn med mycket litet läckage. De resulterande höga elektriska fältstyrkorna möjliggör effektiva olinjära interaktioner. Schwefels grupp undersöker användningen av WGMR:er för att generera optiska frekvenskammar , koherent omvandling av mikrovågs- ​​och terahertzstrålning till den optiska domänen samt andra grundläggande undersökningar.

Optiska frekvenskammar och telekommunikation

Schwefel och hans team har använt WGMRs gjorda av andra ordningens icke-linjära kristaller, såsom litiumniobat , för att generera optiska frekvenskammar med rekordeffektivitet. Dessa enheter visar potential att avsevärt förbättra effektiviteten på internet genom att minska kraften som krävs för att koda data och den informationsbärande kapaciteten hos optiska fibrer. Frekvenskammarna genereras genom att skicka lågeffektmikrovågssignaler och optiska signaler till en WGMR; kristallen är elektrooptiskt aktiv, så dess optiska egenskaper förändras under påverkan av ett elektriskt fält. Mikrovågornas elektriska fält påverkar ljusvågorna och som ett resultat genereras en kaskad av över hundra nya optiska frekvenser från den ursprungliga optiska frekvensen. Enheten producerar 160 koherenta laserfrekvenser vid låg effekt. De har potentiell användning i optiska ubåtsnät och datacenter där en enda optisk frekvenskam kan ersätta över hundra lasrar som för närvarande används för att koda och skicka data på optiska fibrer. Eftersom alla laserlinjer som genereras kommer från samma källa, har de samma brusegenskaper och stabila fasförhållande. Detta skulle möjliggöra transport av mer ljus genom en enskild optisk fiber, vilket ökar dess informationsbärande kapacitet. Till skillnad från de vanligare optiska frekvenskamarna för mikroresonatorer, som är baserade på den tredje ordningens olinjära Kerr-effekten , förlitar sig dessa optiska frekvenskammar på en andra ordningens olinjär effekt, vilket har möjliggjort förbättringar i effektivitet. Schwefel och hans team samarbetar med det Nya Zeeland-baserade optiska teknikföretaget Coherent Solutions för att utveckla applikationer och undersöker också användningen av deras frekvenskammar för högprecisionsspektroskopi .

WGMR:erna visar också potential för att minska linjebredden på fiberlasrar . Schwefel och hans team har funnit att placeringen av en WGMR som ett passivt filtreringselement i slingan av en fiberlaser minskar linjebredden till nivåer under kHz, vilket förbättrar systemets stabilitet.

Kvantberäkning och kommunikation

Schwefels team har använt sina WGMR för att konsekvent konvertera mikrovågsfotoner till optiska fotoner. Detta erbjuder en metod för koherent optisk telekommunikation mellan enskilda kvantdatorer . Vissa supraledande kvantdatorer använder mikrovågsfotoner som qubits för kvantinformationsbehandling . Eftersom mikrovågsfotoner går förlorade utanför den ultrakalla miljön i en kryostat kan de inte användas för att kommunicera genom omgivande temperaturer mellan kvantdatorer. Konvertering av mikrovågssignaler till den optiska domänen och vice versa möjliggör användningen av konventionella optiska telekommunikationsnät för kommunikation. Schwefel och hans team har uppnått koherent omvandling genom att skicka mikrovågsfotoner till sina WGMR tillsammans med en optisk signal. De två signalerna samverkar och producerar en tredje optisk utsignal som är koherent med den ursprungliga mikrovågssignalen.

De arbetar tillsammans med forskare vid Max Plank Institute for the Science of Light för att studera kvantegenskaperna hos ljus som har omvandlats från optiskt till mikrovågsljus i en litiumniobat WGMR.

2017 vann Schwefel Bright Ideas Competition, sponsrad av Optical Society of America Foundation och den internationella lasertillverkaren Quantel Laser. Han vann tävlingen för sitt förslag att generera fotontripletter, ett nytt kvantoptiskt ljustillstånd med tillämpningar inom kvantoptik och säker kommunikation. Priset var $30 000 (US) laserutrustning, som han föreslog att använda för att generera fotontripletterna.

Arkeologiskt samarbete

Tillsammans med andra forskare och studenter vid Dodd-Walls Center , har Schwefel arbetat med den amerikanske arkeologen Leslie Van Gelder för att utveckla en LED -lampa som efterliknar det flimrande ljuset som paleolitiska grottkonstnärer arbetade med för många tusen år sedan. Lamporna kommer att göra det möjligt för grottkonst att ses i ett mer autentiskt ljus och hjälpa arkeologer att svara på frågor om paleolitiska människor och deras tekniker för att skapa grottkonst.

Utmärkelser och utmärkelser