Ludwig-Maximilians-Universität München
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Biomolekulare Optik

Die Kraft ultrakurzer Laserpulse

München, 04.06.2013

 

Foto: Heddergott and Benz / copyright TUM
Robert Huber, Christian Jirauschek (Heddergott and Benz / copyright TUM)

Münchner Forscher konfigurieren einen Laser völlig neu und erschließen dadurch neue Einsatzgebiete.

Durch ultrakurze hochenergetische Lichtpulse aus kompakten, kostengünstigen, hocheffizienten und langlebigen Lasern lassen sich die gewünschten Eigenschaften für bestimmte Anwendungen in der biomedizinischen Bildgebung, der Materialverarbeitung und Kommunikationstechnik erreichen, ohne dabei schwerwiegende Kompromisse eingehen zu müssen. Das konnten Laserforscher der Fakultät für Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik an der Technischen Universität München (TUM) zeigen.

In ihrer jüngsten Veröffentlichung in der Zeitschrift Nature Communications beschreiben die Forscher Experimente, in denen kostengünstige robuste Halbleiterlaser hochenergetische Lichtpulse mit einer Pulsdauer von nur 60 Pikosekunden (dem billionsten Teil einer Sekunde) abgeben. Dabei entfallen die Nachteile früherer Ansätze im Hinblick auf den Energieverbrauch und die Gerätegröße. Zudem präsentieren sie auch theoretische Ergebnisse, die darauf deuten, dass mit dieser Technik auch die nächste Hürde genommen werden kann: noch kürzere Laserpulse im Subpikosekundenbereich.

Kontinuierliche Wellen werden zu kurzen Pulsen

Die Münchner Forscher setzen in ihren Arbeiten einen relativ neuen Laser in einer völlig neuartigen Konfiguration ein. Dr. Robert Huber, Leiter der Arbeitsgruppe an der LMU, ist Miterfinder dieses sogenannten FDML (Fourier-Domänen-modengekoppelte)-Lasers. Der FDML-Laser emittiert hier nicht, wie sonst üblich, Licht in einer bestimmten Farbe. Stattdessen durchläuft der Laser immer wieder in großer Geschwindigkeit ein Spektrum verschiedener Wellenlängen. Ziel dieses Experiments ist, den kontinuierlich abgegebenen Lichtstrahl des FDML-Lasers in kurze intensive Pulse umzuwandeln.

„Der Vorteil dieses Versuchsaufbaus liegt darin, dass die gesamte Energie jedes Frequenzdurchlaufs des FDML-Lasers direkt als Lichtfeld – aufgefächert in einem Spektrum von Frequenzen wie Regenbogenfarben im Infrarotbereich – in einer kilometerlangen Glasfaser im Inneren des Resonators optisch gespeichert wird”, erklärt Huber. „Dadurch konnten wir eine nochmalige tausendfache Verbesserung der Leistungsfähigkeit bewirken“, sagt Dr. Christian Jirauschek von der TUM.

Die verschiedenen Wellenlängen bewegen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und treten zu verschiedenen Zeitpunkten in eine zweite Glasfaser außerhalb des Lasers ein. Diese ist so ausgelegt, dass die unterschiedlichen Eintrittszeiten genau durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten kompensiert werden: Alle Farben treten gleichzeitig aus der zweiten Glasfaser aus und bilden so einen kurzen Laserpuls. Auf diese Weise lässt sich der hohe Energie-Output erhalten und gleichzeitig die Impulsdauer verkürzen – ohne, dass dabei der Energieverbrauch erhöht wird oder größere Aufbauten eingesetzt werden müssen.
(Nature Communications 4, Article number 1848, 14 May 2013)                TUM/LMU

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