Харальд Швефель - Harald Schwefel

Харальд Швефель
Харальд Швефель (обрезано) .jpg
Харальд Швефель в ноябре 2018 года
Альма-матерБранденбургский технологический университет, Йельский университет
Научная карьера
УчрежденияЙельский университет, Университет Эрлангена-Нюрнберга, Университет Отаго, Центр Додда-Уоллса
ДокторантДуглас Стоун

Харальд Швефель физик немецкого происхождения, в настоящее время живущий в Новой Зеландии. Старший преподаватель кафедры физики Университет Отаго и главный исследователь в Центр Додда-Уоллса. Его исследования сосредоточены на взаимодействии света и материи в диэлектрик материалы, а его специальность - режим шепчущей галереи резонаторы (WGMR), небольшие диэлектрические диски, которые ограничивают и накапливают лазерный свет для облегчения нелинейных взаимодействий. Он использует их для создания гребенки оптической частоты и для когерентного преобразования микроволновых и оптических фотонов.

биография

Родился в Берлине,[1][2] Швефель учился в бакалавриате с 1994 по 1998 год, изучая физику и математику в Бранденбургский технологический университет (BTU) Котбус в Германии.[3][4] В это время он принимал активное участие в студенческой политике в качестве члена, а затем председателя студенческого совета StuRa.[5] Он организовал забастовки и демонстрации в ответ на планы экономии, предложенные министром науки. Штеффен Райхе в проекте Закона Бранденбурга о высшем образовании, который предоставляет неограниченные права на закрытие и объединение университетов.[6][7] Швефель стремился сохранить небольшие размеры университетов в Восточной Германии, которые предлагали образовательные преимущества.[8] Он призвал студентов быть активными, получать удовольствие от студенческой жизни и изучать предметы, которые им нравятся. Он также руководил Берлинский марафон и поднялся Гора Эльбрус пока в БТЕ.[5][6][9][7]

В 1998 году Швефель получил стипендию для аспирантов Йельского университета и изучал тему хаоса. диэлектрические резонаторы в Йельский университет[5] с советником Дуглас Стоун.[10][11][4] В это время он работал репетитором математики и естествознания в Колледж Давенпорта.[5][4] Он получил степень доктора философии в 2004 году и занял постдокторантуру на том же факультете, проведя в общей сложности семь лет на физическом факультете Йельского университета.[1] В 2005 году он посетил лаборатории волновой инженерии ATR в г. Киото Япония как доктор наук.[12]

В 2005 году Швефель присоединился к Исследовательская группа Макса Планка на Университет Эрлангена в качестве постдокторанта [1][3] а затем учредил исследовательскую программу в качестве руководителя группы в Институт Макса Планка науки о свете в Эрланген.[13][14][15]

Швефель переехал в Новую Зеландию в сентябре 2015 года, где он возобновил свою исследовательскую программу в качестве старшего преподавателя кафедры физики в Университет Отаго[13][10] и главный исследователь в Центр фотонных и квантовых технологий Додда-Уоллса.

Исследование

Шевефель и аспирантка Бьянка Сойер

Швефель возглавляет группу Resonant Optics на Университет Отаго. Его исследования сосредоточены на резонансно усиленном взаимодействии света и материи в диэлектрик материалы.[16] Сюда входят как теоретические, так и экспериментальные работы в линейном и нелинейный домены. Он специализируется на шепчущий камбуз резонаторы (WGMR), небольшие диски из диэлектрических материалов, которые используются для ограничения, хранения и, следовательно, усиления света для облегчения нелинейных взаимодействий.[17] Эти устройства основаны на шепчущая галерея волна явление, когда лазерный свет отражается от внутренней поверхности диэлектрического диска, ограниченного полное внутреннее отражение.[18] Schwefel начал исследование WGMR в Институт Макса Планка и усовершенствовал методы изготовления для достижения высоких показателей качества,[19][20][14] Это означает, что большое количество лазерного света может быть ограничено и сохранено в резонаторе с очень небольшой утечкой. В результате высокая напряженность электрического поля обеспечивает эффективное нелинейное взаимодействие.[21] Группа Швефеля изучает возможность использования WGMR для генерации гребенки оптической частоты, последовательно преобразуя микроволновая печь и терагерцовое излучение в оптический области, а также другие фундаментальные исследования.[17]

Частотные оптические гребенки и телекоммуникации

Швефель и его команда использовали WGMR, сделанные из нелинейных кристаллов второго порядка, таких как ниобат лития, для создания оптических частотных гребенок рекордной эффективности.[22] Эти устройства демонстрируют потенциал для значительного повышения эффективности Интернета за счет снижения мощности, необходимой для кодирования данных, и пропускной способности оптических волокон. Частотные гребенки генерируются путем посылки маломощных микроволновых и оптических сигналов в WGMR; кристалл электрооптически активен, поэтому его оптические свойства изменяются под действием электрического поля. Электрическое поле микроволн влияет на световые волны, и в результате из исходной оптической частоты генерируется каскад из более чем сотни новых оптических частот.[21] Устройство производит 160 когерентных частот лазера при малой мощности. У них есть потенциальное применение на подводных лодках. оптические сети и дата-центры где одна гребенка оптических частот может заменить более сотни лазеров, которые в настоящее время используются для кодирования и отправки данных по оптическим волокнам. Поскольку все генерируемые лазерные линии поступают из одного источника, они имеют одинаковые шумовые характеристики и стабильное фазовое соотношение. Это позволило бы передавать больше света по одному оптическому волокну, увеличивая его информационную способность. В отличие от более распространенных гребенки оптической частоты микрорезонатора, основанные на нелинейных Эффект Керра эти оптические частотные гребенки основаны на нелинейном эффекте второго порядка, который позволил повысить эффективность. Швефель и его команда сотрудничают с новозеландской оптической компанией Coherent Solutions для разработки приложений, а также исследуют возможности использования их частотных гребенок для высокоточных спектроскопия.[23][22][14][24][25][26][19]

WGMR также демонстрируют потенциал для уменьшения ширины линии волоконные лазеры. Швефель и его команда обнаружили, что размещение WGMR в качестве пассивного фильтрующего элемента в контуре волоконного лазера уменьшает ширину линии до уровней менее килогерца, что улучшает стабильность системы.[27]

Квантовые вычисления и связь

Команда Швефеля использовала свои WGMR для когерентного преобразования микроволновых фотонов в оптические. Это предлагает метод когерентной оптической связи между отдельными людьми. квантовые компьютеры.[28] Некоторые сверхпроводящие квантовые компьютеры используют микроволновые фотоны в качестве кубиты за квантовая обработка информации. Поскольку микроволновые фотоны теряются за пределами ультра-холодной среды криостат, их нельзя использовать для связи между квантовыми компьютерами через температуру окружающей среды. Преобразование микроволновых сигналов в оптическую область и наоборот позволяет использовать для связи обычные оптические телекоммуникационные сети. Швефель и его команда достигли когерентного преобразования, посылая микроволновые фотоны в свои WGMR вместе с оптическим сигналом. Два сигнала взаимодействуют, образуя третий оптический выходной сигнал, который согласован с исходным микроволновым сигналом.[29][30]

Они работают с исследователями из Институт науки о свете Макса Планка изучить квантовые свойства света, который был преобразован из оптического в микроволновый свет в WGMR из ниобата лития.[31][30]

В 2017 году Schwefel выиграла Конкурс ярких идей, спонсируемый Оптическое общество Америки Foundation и международного производителя лазеров Quantel Laser. Он выиграл конкурс на свое предложение по созданию триплетов фотонов, нового квантового оптического состояния света с приложениями в квантовой оптике и безопасной связи. Призом было лазерное оборудование на сумму 30 000 долларов США, которое он предложил использовать для генерации триплетов фотонов.[32][33][34][35]

Археологическое сотрудничество

Вместе с другими исследователями и студентами Центр Додда-Уоллса, Швефель работает с американским археологом Лесли Ван Гелдер разработать ВЕЛ лампа, имитирующая мерцающий свет факелов, над которым работали пещерные художники эпохи палеолита много тысяч лет назад. Лампы позволят увидеть наскальное искусство в более аутентичном свете и помогут археологам ответить на вопросы о людях палеолита и их методах создания наскального искусства.[36][37]

Награды и почести

Рекомендации

  1. ^ а б c "Информационный бюллетень Йельского клуба - 6 июня 2006 г.". www.yaleclub.de. Получено 25 августа 2020.
  2. ^ "Профиль Харальда Г. Л. Швефеля". ieeexplore.ieee.org. 26 августа 2020 г.. Получено 25 августа 2020.
  3. ^ а б "5. Выпускник 2011 г. 5. Выпускник 2011 г.: Институт информатики". www.b-tu.de. Получено 25 августа 2020.
  4. ^ а б c "Харальд Швефель". www.eng.yale.edu. Получено 25 августа 2020.
  5. ^ а б c d ""Вам просто нужно попробовать: «Харальд Швефель имеет стипендию Йельского университета (США) и там защищает докторскую диссертацию». Lausitzer Rundschau. 1 августа 1998 г.
  6. ^ а б «Экзамен, стажировка и вечеринка, вечеринка ... 1000 заинтересованных лиц пришли на Информационный день BTU». Lausitzer Rundschau. 1 января 1998 г.
  7. ^ а б «500 студентов забастовали в Котбусе». Lausitzer Rundschau. 4 декабря 1997 г.
  8. ^ «Обучение на Востоке дает студентам много преимуществ». Lausitzer Rundschau. 26 ноября 1997 г.
  9. ^ «Спринг-роллы и морщинки». Lausitzer Rundschau. 13 июня 1997 г.
  10. ^ а б Физика, кафедра. "Д-р Харальд Швефель". www.otago.ac.nz. Получено 26 августа 2020.
  11. ^ "Дерево физики - камень Дугласа". Acadetree.org. Получено 25 августа 2020.
  12. ^ "История Японии Траст | NICT- 情報 通信 研究 機構". www.nict.go.jp. Получено 25 августа 2020.
  13. ^ а б Доска, Бюллетень Отаго. «Физик Отаго - победитель международного конкурса». Университет Отаго. Получено 26 августа 2020.
  14. ^ а б c Гибб, Джон (20 апреля 2019 г.). «Устройство, разработанное в Данидине, может произвести революцию в Интернете». Интернет-новости Otago Daily Times. Получено 26 августа 2020.
  15. ^ "cv [Харальд Г. Л. Швефель]". www.wgmr.eu. Получено 26 августа 2020.
  16. ^ Физика, кафедра. "Д-р Харальд Швефель". www.otago.ac.nz. Получено 28 августа 2020.
  17. ^ а б Швефель, Харальд Г. Л. «Резонансная оптика». Резонансная оптика. Получено 28 августа 2020.
  18. ^ "Lichtkamm für die Datenkommunikation getrimmt". wissenschaftler.de (на немецком). Получено 20 сентября 2020.
  19. ^ а б «Прорывное исследование, которое революционизирует интернет-коммуникацию». Опли. Получено 21 сентября 2020.
  20. ^ Руэда, Альфредо; Седлмейр, Флориан; Кумари, Мадхури; Leuchs, Герд; Швефель, Харальд Г. Л. (17 апреля 2019 г.). «Резонансная электрооптическая частотная гребенка». Природа. 568 (7752): 378–381. arXiv:1808.10608. Дои:10.1038 / с41586-019-1110-х. ISSN  1476-4687. PMID  30996319. S2CID  115811275.
  21. ^ а б "Lichtkamm für die Datenkommunikation getrimmt". wissenschaftler.de (на немецком). Получено 21 сентября 2020.
  22. ^ а б Руэда, Альфредо; Седлмейр, Флориан; Кумари, Мадхури; Leuchs, Герд; Швефель, Харальд Г. Л. (апрель 2019 г.). «Резонансная электрооптическая частотная гребенка». Природа. 568 (7752): 378–381. arXiv:1808.10608. Дои:10.1038 / с41586-019-1110-х. ISSN  1476-4687. PMID  30996319. S2CID  115811275.
  23. ^ Гибб, Джон (18 апреля 2019 г.). «Исследования Otago Uni могут изменить Интернет с помощью кристаллов». Интернет-новости Otago Daily Times. Получено 21 сентября 2020.
  24. ^ «Революционное исследование, которое революционизирует интернет-коммуникацию». Phys.org. Получено 21 сентября 2020.
  25. ^ «Революционное исследование, которое революционизирует интернет-коммуникацию». Voxy. 18 апреля 2019.
  26. ^ Корнер, Стюарт (23 апреля 2019 г.). «Лазерный прорыв Новой Зеландии увеличит пропускную способность оптической сети». Computerworld. Получено 21 сентября 2020.
  27. ^ Sprenger, B .; Schwefel, H.G.L .; Lu, Z. H .; Светлов, С .; Ван, Л. Дж. (1 сентября 2010 г.). "CaF2-лазер на модах шепчущей галереи-резонаторе со стабилизированной узкой шириной линии". Письма об оптике. 35 (17): 2870–2872. arXiv:1208.0244. Дои:10.1364 / OL.35.002870. ISSN  1539-4794. PMID  20808352. S2CID  25038410.
  28. ^ Руэда, Альфредо; Седлмейр, Флориан; Collodo, Michele C .; Фогль, Ульрих; Стиллер, Биргит; Шунк, Герхард; Стрекалов, Дмитрий В .; Марквардт, Кристоф; Финк, Йоханнес М .; Художник Оскар; Леухс, Герд (20 июня 2016 г.). «Эффективное преобразование микроволн в оптические фотоны: электрооптическая реализация». Optica. 3 (6): 597. arXiv:1601.07261. Дои:10.1364 / OPTICA.3.000597. ISSN  2334-2536.
  29. ^ «Харальд Швефель: прорыв, который поможет квантовым компьютерам общаться друг с другом».
  30. ^ а б Швефель, Харальд Г. Л. (22 февраля 2018 г.). «Нелинейная и квантовая оптика». Резонансная оптика. Получено 21 сентября 2020.
  31. ^ Ферч, Михаэль; Шунк, Герхард; Fürst, Josef U .; Стрекалов Дмитрий; Герритс, Томас; Стивенс, Мартин Дж .; Седлмейр, Флориан; Schwefel, Harald G.L .; Нам, Сае Ву; Leuchs, Герд; Марквардт, Кристоф (11 февраля 2015 г.). «Высокоэффективная генерация одномодовых пар фотонов из кристаллического резонатора с модой шепчущей галереи». Физический обзор A. 91 (2): 023812. arXiv:1404.0593. Дои:10.1103 / PhysRevA.91.023812. S2CID  118910860.
  32. ^ Доска, Бюллетень Отаго. «Физик Отаго - победитель международного конкурса». Университет Отаго. Получено 21 сентября 2020.
  33. ^ Журнал, Отаго. "Видеть свет". www.otago.ac.nz. Получено 21 сентября 2020.
  34. ^ Физика, кафедра. «Доктор Харальд Швефель - победитель Международного конкурса». Университет Отаго. Получено 21 сентября 2020.
  35. ^ «Мы - финалисты конкурса OSA / Quantel Bright Idea Competition | Photoacoustic Imaging Lab». photoacoustics.pratt.duke.edu. Получено 21 сентября 2020.
  36. ^ «Квантовые физики проливают новый свет на наскальное искусство». Сеть новостей археологии. Получено 21 сентября 2020.
  37. ^ «День света: квантовая физика и древнее наскальное искусство». РНЗ. 16 мая 2019. Получено 21 сентября 2020.