Kandidat: Philipp Ambichl, e0625914 1. Prüfer: Prof. Stefan Rotter, Institut für Theoretische Physik, TU Wien 2. Prüfer: Prof. Allard Mosk, Debye Institute for Nanomaterials, Universiteit Utrecht Titel der Dissertation: Coherent Wave Transport: Time Delay and Beyond Phasenkohärenter Wellentransport: Streuzeiten und Wellenmanipulation In allen Gebieten der Physik, in denen die Ausbreitung von Wellen eine zentrale Rolle spielt, ist man bestrebt, das Amplituden- und Phasenprofil der betrachteten Wellen genau zu verstehen und nach Möglichkeit zu kontrollieren. Moderne Techniken und Konzepte ermöglichen eine derartige Kontrolle heute bereits etwa in den Forschungsgebieten der Streuung akustischer Wellen, Mikrowellen, oder auf dem Gebiet der Optik. Speziell im phasenkohärenten Transport optischer Wellen durch ungeordnete Medien konnten in den letzten Jahren beeindruckende experimentelle Erfolge, wie eine drastische Erhöhung der transmittierten Intensität, Fokussieren, Bildübertragung, sowie bzgl. nicht-invasiver Bildgebung erzielt werden. Die Vermessung der sogenannten Streuamplituden stößt auch gleichzeitig die Tür zum weiten Bereich einer experimentellen Anwendung mathematischer Werkzeuge auf, die aus diesen Amplituden konstruiert werden können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einige Beispiele der mannigfaltigen und weitreichenden Möglichkeiten der Wellenmanipulation, die sich daraus ergeben, vorzustellen. Für jedes der vorgestellten theoretischen Konzepte diskutieren wir auch mögliche Anwendungen im Rahmen numerischer oder experimenteller Studien. Das wohl bekannteste und am weitesten verbreitete Beispiel eines auf den Streuamplituden basierenden mathematischen Instruments ist der sogennante Wigner-Smith Time Delay Operator. Unter Verwendung dieses Operators zeigen wir, dass die Annahme einer universellen Invarianten, nämlich der einer invarianten, mittleren Streuzeit, auch für den phasenkohärenten Wellentransport Gültigkeit besitzt. Weiters zeigen wir auch den engen Zusammenhang dieser mittleren Streuzeit mit der sogenannten Yablonovitch-Grenze auf, einem fundamentalen Resultat im Kontext photovoltaischer Solarzellen. Das direkte Umfeld der Wigner-Smith Matrix verlassend, präsentieren wir darauffolgend eine Verallgemeinerung dieses Time Delay Operators. Diese neuen Konzepte wenden wir auf Systeme an, die durch ihre besondere Beschaffenheit eine diskrete Verästelung eingeschossener Intensität verursachen. Wie wir zeigen werden, können einzelne dieser Intensitäts-Äste durch eine gezielte Wellenmanipulation selektiv angesprochen werden. Experimentell im Rahmen einer Kooperation mit Kollegen an der Yale University zeigen wir auch, dass wir mithilfe Time-Delay-verwandter Konstruktionsmehtoden die Effizienz der Datenübertragung in sogenannten optischen Multimoden-Glasfasern drastisch erhöhen können. Nicht nur der Ausdruck für einen physikalisch sinnvollen Time Delay Operator, auch sein Funktionsprinzip selbst lässt sich verallgemeinern. In Zusammenarbeit mit Kollegen der Université de Nice benutzen wir in einem Mikrowellen-Experiment einen ausgewählten Vertreter unserer neuen Klasse an Operatoren, die wir so erhalten, um im Inneren eines ungeordneten Mediums eine gezielte Fokussierung auf ein bestimmtes, streuendes Element zu erzeugen, oder auch um das Aussparen besagten Streuers zu bewirken. Ebenso diskutieren wir den Zusammenhang unseres Operators mit einem anderen, kürzlich durchgeführten Experiment im Bereich der Optik. Schließlich stellen wir noch einen weiteren Vertreter unserer allgemeinen Operator-Klasse vor, welcher dazu verwendet werden kann, sogenannte 'teilchenartige' Wellenfronten zu erzeugen.
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