Subzyklenkontrolle extrem starker Licht-Materie-Kopplung

Optische Mikroresonatoren ermöglichen die präzise Kontrolle der Licht-Materie-Wechselwirkung auf Skalen weit unterhalb der Wellenlänge des Lichts. Die Kopplungsstärke wird mit der Vakuum-Rabifrequenz Ω_R quantifiziert, welche die Rate des Energieaustausches zwischen Vakuum-Lichtfeld und elektronischer Anregung beschreibt. Metallische Resonatoren im Terahertz-Spektralbereich quetschen die elektrischen Felder räumlich um Faktoren von bis zu ~10⁹ ein, sodass Ω_R vergleichbar mit der Oszillationsperiode des Lichtes, ω_c , wird. Solche extrem stark überhöhten elektrischen Vakuumfelder führen zu neuartigen Quantenphänomenen, beeinflussen chemische Reaktionen und kontrollieren Supraleitung – auch gänzlich ohne optische Anregung. Neuartige Strukturen erlauben nicht nur eine Rekordkopplungsstärke von Ω_R / ω_c = 1.3, sondern erstmalig auch die Kontrolle von Ω_R weit schneller als ein einzelner Lichtzyklus. Hierzu werden spezielle Schaltelemente des Resonators durch optische Femtosekundenimpulse angeregt, wodurch die Resonatormoden quasi-instantan zusammenbrechen. Der Kollaps der Kopplungsstärke wird dabei von charakteristischen Oszillationen der Polarisationsantwort begleitet, die auf einen extrem schnellen, nichtadiabatischen Energietransfer aus dem Vakuumzustand hinweisen – vergleichbar mit der Unruh-Hawking-Strahlung schwarzer Löcher.