Blick in den Anfang des Regenbogens
Zeitlich-spektrale Messung das Starts eines Ultrakurzpulslasers: Am Übergang vom fluktuierenden (unten) zum stabilen Betrieb (oben) wächst eine von vielen benachbarten Fluktuationen stark an. Grafik: Georg Herink, Universität Göttingen
Die intensivsten und schnellsten optischen Signale – Blitze aus einem Ultrakurzpulslaser – sind heute das Präzisionswerkzeug der Grundlagenforschung, Automobilindustrie und Augenheilkunde.
Ihr Licht unterscheidet sich grundlegend von üblichen, einfarbigen Laserstrahlen: Es besteht aus einem Regenbogenspektrum, und je kürzer der Puls, desto reicher die Farben.
Wissenschaftler der Universität Göttingen und der University of California in Los Angeles haben nun erstmals die Entstehung dieses „Regenbogens“ in Echtzeit und mit einer Bildrate von 90 Millionen Schnappschüssen pro Sekunde gefilmt. Die Ergebnisse könnten relevant für die Entwicklung zukünftiger Laser sein und sind in der Fachzeitschrift Nature Photonics erschienen.
Ein stabil laufender Ultrakurzpulslaser zeichnet sich durch eine streng periodische Kette von ausgesandten Lichtblitzen aus. Der Start eines jeden Laservorgangs hingegen ist unregelmäßig, hochgradig komplex und einzigartig – er entwickelt sich aus einem Gewirr zufälliger Fluktuationen.
Um diesen Vorgang zu verstehen, nutzten die Forscher die derzeit schnellste Spektrometertechnik weltweit: Sie erfasst lückenlos das Stakkato von hunderttausenden von Pulsen mit Abständen von wenigen Milliardstel Sekunden und macht das Farbspektrum jedes einzelnen Pulses sichtbar.
Die Wissenschaftler verwendeten bei ihrer Messung einen Trick: In einer Glasfaser läuft das Licht einer jeden Farbe mit einer anderen Geschwindigkeit. Ein kurzer „weißer“ Puls zerfließt so entsprechend seiner Farben zu einem zeitlichen Regenbogen.
Mit einer kilometerlangen Glasfaser konnte das Team so die Farbspektren jedes Pulses in gestreckte Zeitsignale umwandeln und mit spezieller Hochgeschwindigkeitselektronik festhalten. Somit ließ sich die komplette Entstehung des Regenbogenspektrums vieler Laserstarts beobachten und detailliert analysieren.
„Diese Echtzeitspektroskopie schließt eine Lücke in der Laserdiagnostik“, erläutert der Erstautor der Studie, Dr. Georg Herink vom IV. Physikalischen Institut der Universität Göttingen. „Wir erhalten in Sekundenbruchteilen einmalige Einblicke in Lasersysteme und kurzlebige nichtlineare Effekte.“
So entdeckten die Forscher beispielsweise einen bisher unbekannten Mechanismus, bei dem das Wechselspiel zweier kleinerer Lichtpulse den Laser startet. Auch beobachteten sie, dass sich nicht zwangsläufig die intensivste Fluktuation zum Riesenregenbogen entwickelt: Aufgrund der komplexen Dynamik schafft es manchmal auch eine schwächere Störung und überholt im richtigen Zeitpunkt den ursprünglichen Favoriten.
Originalveröffentlichung: Georg Herink, Bahram Jalali, Claus Ropers, Daniel R. Solli. Resolving the build-up of femtosecond mode-locking with single-shot spectroscopy at 90 MHz frame rate. Nature Photonics 2016. Doi: 10.1038/nphoton.2016.38
Hinweis an die Redaktionen:
Fotos zum Thema haben wir im Internet unter http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?cid=5445 zum Download bereitgestellt.
Kontaktadresse:
Prof. Dr. Claus Ropers und Dr. Georg Herink
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – IV. Physikalisches Institut
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-4549 oder -10656
E-Mail: cropers@gwdg.de oder gherink@gwdg.de
Internet: http://www.uni-goettingen.de/de/91116.html
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie
Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.
Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.
Neueste Beiträge
Wolken bedecken die Nachtseite des heißen Exoplaneten WASP-43b
Ein Forschungsteam, darunter Forschende des MPIA, hat mit Hilfe des Weltraumteleskops James Webb eine Temperaturkarte des heißen Gasriesen-Exoplaneten WASP-43b erstellt. Der nahe gelegene Mutterstern beleuchtet ständig eine Hälfte des Planeten…
Neuer Regulator des Essverhaltens identifiziert
Möglicher Ansatz zur Behandlung von Übergewicht… Die rapide ansteigende Zahl von Personen mit Übergewicht oder Adipositas stellt weltweit ein gravierendes medizinisches Problem dar. Neben dem sich verändernden Lebensstil der Menschen…
Maschinelles Lernen optimiert Experimente mit dem Hochleistungslaser
Ein Team von internationalen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT und der Extreme Light Infrastructure (ELI) hat gemeinsam ein Experiment zur Optimierung…
