Simulation der elektromagnetischen Feldverteilung von kurzen optischen Pulsen im Fokus hochaperturiger optischer Systeme für beliebige Polarisationsverteilungen

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Kurze optische Laserpulse mit Pulsdauern von Nanosekunden (ns) bis hinab zu wenigen Femtosekunden (fs) werden in vielen Bereichen der physikalischen Grundlagenforschung, der ingenieurwissenschaftlichen angewandten Forschung und der industriellen Praxis verwendet. Im Rahmen des Vorhabens soll ein Simulationsverfahren für die elektromagnetische Feldverteilung von kurzen optischen Pulsen (ns bis zu wenigen fs Pulsdauer) im Fokus eines realen optischen Systems mit hoher numerischer Apertur (bis zum Grenzwert NA=1.0 in Vakuum) entwickelt und für eine Reihe wichtiger und interessanter Systeme exemplarisch ausgewertet und verglichen werden. Dabei werden chromatische Dispersion, optische Weglängenunterschiede (Aberrationen) und Polarisationseffekte beim Durchgang durch optische Elemente (refraktive, reflektierende und auch diffraktive optische Elemente) im Rahmen eines linearen Modells korrekt berücksichtigt. Nichtlineare Effekte wie Selbstfokussierung können beim Durchgang durch die Materialien der optischen Elemente und bei der Propagation zum Fokus im Rahmen der beabsichtigten Methode nicht berücksichtigt werden, so dass zuerst einmal nur das Feld des Fokus im Vakuum berechnet wird. Das im oder in der Nähe des Fokus berechnete Feld kann aber als Eingangsverteilung für andere Simulationsverfahren wie z.B. FDTD (finite difference time domain method) verwendet werden, um auch nichtlineare Wechselwirkungseffekte mit Materie zu berücksichtigen.