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Innovative instrumentation in time-domain THz spectroscopy

Beginn: Ende: Veranstaltungsort: Hör­saal­ge­bäu­de II, Hörsaal 2
  • Kolloquium
Voll besetzter Höraal © Jürgen Huhn​/​TU Dortmund

Vortrag im Kolloquium von Prof. Jean-Michel Menard.

Scientific instruments are often built for the main purpose of testing a theory. However, many of the world’s greatest discoveries were made with instruments built only to satisfy a researcher’s curiosity or to explore uncharted territories. One famous example is the laser: a device now used for many applications, but originally described by his inventor as a “solution seeking for a problem”. The laser and other well-known photonics instruments, such as the microscope and telescope, have clearly demonstrated that progress in research instrumentation contributes to high-impact discoveries.

Motivated by these accounts of technological developments in the field of optics leading to scientific breakthroughs, my research group has been focusing on improving state-of-the-art photonics instruments, notably as a mean to investigate new condensed matter systems. More specifically, we are interested in designing and demonstrating high-performance terahertz (THz) devices. THz is an active field of research and development focusing on photonics technology operating around 1 THz in optical frequency, which corresponds to wavelengths around 300 µm. The THz electromagnetic radiation, located between the near- infrared and microwave regions, is generated and detected with relatively complex experimental schemes, but it also possesses unique properties enabling new possibilities for material characterization. For example, THz can be used to image through seemingly opaque materials, identify molecular compounds from their low-energy vibrational resonances, and monitor quasi-particle populations in condensed matter systems. More importantly, THz spectroscopy can be used to trace ultrafast dynamics and resolve the complex interplay of microscopic interactions. However, many of these applications are currently limited by a lack of efficient and affordable THz systems. In this presentation, I will show my group’s recent progress on improving THz time-domain spectroscopy (THz-TDS) systems, notably by relying on innovative ideas borrowed from the fields of nonlinear optical propagation in photonic crystal fibers and nanopatterned semiconductor crystals [1-4].

[1] W. Cui, K. M. Awan, R. Huber, K. Dolgaleva, J.-M. Ménard. Broadband and high-sensitivity time-resolvedTHz system using grating-assisted tilted-pulse-front phase matching. Advanced Optical Materials 2101136 (2021)
[2] A. Halpin, W. Cui, K. M. Awan, K. Dolgaleva, J.-M. Ménard. Enhanced terahertz detection efficiency via grating-assisted noncollinear electro-optic sampling. Physical Review Applied 12, 031003 (2019)
[3] W. Cui, A. Schiff-Kearn, E. Zhang, N. Couture, F. Tani, D. Novoa, P. St.J. Russell, J-M. Ménard. Broadband and tunable time-resolved THz system using argon-filled hollow-core photonic crystal fiber. APL Photonics 3, 111301 (2018)
[4] A. Halpin, N. Couture and J.-M. Ménard. Optical pulse structuring in gas-filled hollow-core kagomé PCF for generation and detection of phase-locked multi-THz pulse. Optical Materials Express 9, 3115 (2019)


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Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

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Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark.

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