Festkörperlaser lassen sich ohne großen Aufwand zu Hochleistungsgeräten umrüsten
Forscher entwickeln genauere Laser

Ob in der Medizintechnik, der industriellen Produktion oder der atomaren Grundlagenforschung: Festkörperlaser setzen sich für immer mehr Anwendungen durch. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Geräte. Sie sollen möglichst präzise und energiereich sein.

HB KÖLN. Laser, die ihr Licht in extrem kurzen Pulsen aussenden, erfüllen diese Voraussetzung. Der Nachteil: Die meisten Geräte sind bislang extrem voluminös, teuer und schwierig zu bedienen, so dass ein Einsatz nur in spezialisierten Forschungslabors Sinn macht.

Eine Lösung für dieses Problem kommt aus den Laboren des Instituts für Quantenelektronik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich. Die Schweizer Physikerin Ursula Keller entwickelte hier einen Halbleiter-Chip, mit dem sich herkömmliche Laser ohne großen Aufwand zu Hochleistungsgeräten umrüsten lassen. Die nur 400 Mikrometer dicke Konstruktion namens Sesam (Semiconductor Saturable Absorber Mirror) lässt sich leicht integrieren. Der Chip kann in bestehende Lasergehäuse eingebaut und in Massenproduktion preiswert hergestellt werden.

Ultrakurze Lichtpulse werden beispielsweise benötigt, um ein präzise schneidendes Laserskalpell zu konstruieren oder das exakte saubere Bohren winzigster Löcher zu ermöglichen. Nicht länger als eine Picosekunde dürfen die Pulse bei vielen Anwendungen dauern – dabei handelt es sich um den Millionstel Teil einer Millionstel-Sekunde. Und selbst für Femtosekunden-Laser gibt es mittlerweile eine Nachfrage; sie produzieren Pulse, die im Vergleich mit den Picosekunden-Geräten noch einmal um den Faktor Tausend kürzer sind.

Die Herausforderung bei der Schaffung von sehr kurzen Pulsen liegt in einem physikalischen Naturgesetz: „Je kürzer der Puls sein soll, desto mehr Lichtfrequenzen muss er enthalten“, sagt Ursula Keller. Es müssen also viele Frequenzen exakt und gleichmäßig gebündelt werden – eine Fähigkeit, die bisher nur aufwendige externe Steuerungen erbringen konnten. Denn ohne diese Steuerungen schwankt die Intensität eines Festkörperlasers von Lichtblitz zu Lichtblitz – „eine Einschränkung, die für viele Anwendungen nicht akzeptabel ist“, sagt die 45-jährige Physikerin.

Eine externe Steuerung bringt allerdings gleich drei Probleme mit sich: Sie ist teuer, benötigt viel Raum und sie limitiert durch ihre Technik die erreichbare Kürze der Pulse. „Sesam löst alle drei Probleme“, sagt Keller, die in diesem Monat für ihre Entwicklung mit dem Philip-Morris-Forschungspreis ausgezeichnet wird.

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