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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Theoretische Physik VI (Vertiefung) : "Nichtlineare Laserdynamik"

Vorlesung:
Prof. Dr. Kathy Lüdge

Übung:

Felix Köster



Wahlpflichtveranstaltung oder Vertiefungsfach Nr. 3233 L 120 für Physik-Master-Studierende und Studierende anderer naturwissenschaftlicher Studiengänge.

Der Besuch dieser Lehrveranstaltung (VL+UE) entspricht 10 ECTS-Punkten.

Zusammen mit der LV Theoretische Physik V: Quantenmechanik II ergibt sich
das Pflichtmodul Theoretische Physik V/VI des Masterstudiengangs Physik StuPO 2008.
grundlagenorientierte Studienrichtung: TP V und VI
anwendungsorientierte Studienrichtung: TP V oder VI

Die Vorlesung kann auch als Wahlpflichtfach (8 SWS) mit dem Seminar Nichtlineare Laserdynamik (Nonlinear dynamics and pulsed semiconductor lasers) kombiniert werden(Insgesamt 12 ECTS-Punkte).

 

 

This is a required course of the Master of Science (MSc)  in Physics program. When attending this course (lecture plus excercises) 10 credit points within the ECTS system can be obtained. 

The lectures will be taught in German, but during the first 15 minutes of each lecture an English summary of the previous lecture will be given.

Erasmus students are required to take an oral examination at the end of the semester to receive a grade.

Die Vorlesung

Zeit und Ort:

Vorlesung (ab 15.10.2018):
Mo 12:00 - 14:00, EW 202 
Mi 10:00 - 12:00, EW 203 (MITTWOCHS IMMER IM EW203)

Übung (ab 17.10.2018):
Mi 12:00 - 14:00, EW 731

 

Ziel der Vorlesung ist eine Einführung in theoretische Methoden zur Beschreibung nichtlinearer dynamischer Effekte in komplexen Laser Systemen. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Erlernen asymptotisch reduktiver Methoden als Handwerkszeug zum Verständnis und zur analytischen Behandlung verschiedener Bifurkationen. Auf der semiklassischen Beschreibungsebene werden Modelle zur Erzeugung kurzer Pulse, wie sie z.B. in komplexen Laser Systemen durch Modenkopplung auftreten, untersucht. Speziell bezogen auf Halbleiterlaser werden dynamische Phänomene die durch Rückkopplung oder optische Injektion erzeugt werden, wie z.B. Selbstpulsation und Chaos, behandelt.

 1. Einführung

  • Bifurkationstheorie und lineare Stabilitätsanalyse
  • Zeitverzögerte Rückkopplung
  • Stochastische Differentialgleichungen und Rauschen

2. Laser Grundgleichungen

  • Bilanzgleichungen: Normalformanalyse und Einschaltverhalten
  • Herleitung der semiklassischen Lasergleichungen
  • Halbleiterlaser und Amplituden Phasenkopplung

3. Laserdynamik

  • Laser mit optischer Injektion, Adler Gleichung
  • Laser mit optischer Rückkopplung
  • Linienbreite eines Lasers
  • Laser mit sättigbarem Absorber
  • Modenkopplung

Online-Anmeldung

Die Tutorieneinteilung, Punkteverteilung und Scheinvergabe erfolgt über das Mosessystem. Der Anmeldezeitraum geht bis Mittwoch, den 17. Oktober 2018 18:00. Benötigt wird ein tubIT-Account.

Die Veranstaltung nimmt am universitätsweiten Raumpooling teil. Voraussichtlich findet eine Übung immer Mittwochs statt. Sollte erhöhter Bedarf und ausreichende Lehrkapazität bestehen, werden wir einen weiteren Termin anbieten. Bewerten Sie daher auch mögliche andere Termine.

Scheinkriterien

  • 50% der Punkte aus den Übungszetteln/Projekten (Abgabe in Dreiergruppen),
    aktive Teilnahme am Tutorium

Die Scheine werden elektronisch an das Prüfungsamt übermittelt.

Hörer anderer Universitäten

Hörer anderer Universitäten beantragen bitte die Nebenhörerschaft, nähere Information gibt es auf der Webseite des Campus-Centers .

Nach Beantragung der Nebenhörerschaft erhalten Sie alle notwendig Unterlagen insbesondere die tubit Zugangsdaten für das Moses-Konto per Post zugeschickt.

Computer-Visualisierungen (OWL-Projekt)

Das Projekt Offensive Wissen durch Lernen (OWL) hat zum Ziel, Inhalte der Vorlesung anschaulich mit kleinen Java-Programmen darzustellen. Auch für die Nichtlineare Dynamik gibt es einige Applets.

 

 

Vorlesungsmitschrift

Vorlesung Datum Mitschrift
Einführung, Vektorfelder, dynamische Systeme 15.10.2018 farbig , schwarzweiss
Phasenraumvolumen dissipativer und hamilton'scher Vektorfelder 17.10.2018 farbig , schwarzweiss
Dissipative Systeme, Bifurkationen 22.10.2018 farbig , schwarzweiss
Hopf Bifurkation, Floquet Theorie 24.10.2018 farbig , schwarzweiss
Bifurkationen von Grenzzyklen 29.10.2018 farbig , schwarzweiss
Deterministisches Chaos 31.10.2018 farbig , schwarzweiss
Kolmogorov-Sinai Entropie und Dimension 05.11.2018 farbig , schwarzweiss
Dynamische Systeme mit Zeitverzögerung 07.11.2018 farbig , schwarzweiss
Stabilisierung instabiler Attraktoren mit Delay 12.11.2018 farbig , schwarzweiss
Stochastische Differentialgleichungen 14.11.2018 farbig , schwarzweiss
Regularität stochastischer DGL 19.11.2018 farbig , schwarzweiss
Nichtlinearer Oszillator mit Rauschen 21.11.2018 farbig , schwarzweiss
Laser Ratengleichungen 26.11.2018 farbig , schwarzweiss
Normalform der Laserratengleichung an der Laserschwelle 28.11.2018 farbig , schwarzweiss
Grenzfälle der Lasergleichungen 03.12.2018 farbig , schwarzweiss
Semiklassische Lasergleichungen 05.12.2018 farbig , schwarzweiss
Näherungen der Lasergrundgleichungen 10.12.2018 farbig , schwarzweiss
Stationäre Lösungen im Einmodenbetrieb 12.12.2018 farbig , schwarzweiss

Material aus der Übung

Übungsblätter

Die Bearbeitung erfolgt in Dreiergruppen. Abgabe ist mittwochs in der Übung.

Übungsblätter
Blatt
Abgabe
Bemerkungen
Übungsblatt 1
31.10.2018
Übungsblatt 2
7.11.2018
Übungsblatt 3
14.11.2018
Übungsblatt 4
21.11.2018
Übungsblatt 5
28.11.2018
Übungsblatt 6
5.12.2018
Übungsblatt 7
12.12.2018
Übungsblatt 8
19.12.2018

Sprechzeiten

Sprechzeiten
Name
Raum
Tel.
Sprechzeiten

EW 741
314-23002
Do 14:00-15:00

EW 629
314-24254
Mo 13:30-14:30

Literatur

Grundlagen:

  • Steven H. Strogatz, Nonlinear Dynamics And Chaos: With Applications To Physics Biology, Chemistry And Engineering (Studies in Nonlinearity), Westview Press (2000)
  • T. Erneux, P. Glorieux, Laser Dynamics, Cambridge Univ. Press (2010)
  • H. Haken. Laser light dynamics. North Holland (1985

Weiterführende Literatur: 

  • K. Lüdge (Editor): Nonlinear Laser Dynamics – From Quantum Dots to Cryptography (WILEY-VCH Weinheim 2012)
  • Ed Ott, Chaos in dynamical systems, Cambridge Univ. Press (2002)
  • John Guckenheimer, Nonlinear oscillations, dynamical systems, and bifurcations of vector fields, Springer (1986)
  • E. Schöll, S. Klapp, and P. Hövel, Control of self-organizing nonlinear systems, Springer (2016)
  • Fatihcan M. Atay, Complex Time-Delay Systems, Springer (2010)
  • Eckehard Schöll, Hans Georg Schuster, Handbook of chaos control (Second completely revised and enlarged edition) Wiley (2008)
  • Hermann Haken, Synergetics. Introduction and Advanced Topics, Springer (2004)

Zeitverzögerte Dynamische Systeme:

  • Thomas Erneux, Applied Delay Differential Equations, Springer (2009)
  • A. Bellen and M. Zennaro and A. Bellen, Numerical Methods for Delay Differential Equations, Oxford Univ Pr (2003)

Stochastische Systeme:

  • Crispin W. Gardiner, Handbook of stochastic method, Springer (2004)
  • Nicolas G. van Kampen, Stochastic processes in physics and chemistry, North-Holland Publ. (2008)

Zusatzinformationen / Extras

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