Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Höchste Leistung aus vier Zyklen – Rekordwerte bei der Erzeugung ultrakurzer Infrarotimpulse

05.10.2017

Hochintensive Infrarotimpulse von 75 Femtosekunden Dauer bei einer Wellenlänge von 5 Mikrometern liefert eine neue Lichtquelle mit einer Wiederholrate von 1 Kilohertz. Zur Erzeugung optischer Spitzenleistungen im Bereich um 8 Gigawatt wird ein mehrstufiger optisch-parametrischer Verstärker in Verbindung mit einem kompakten Kurzpuls-Lasersystem verwendet. Die Infrarotquelle besitzt zahlreiche Anwendungen in der Ultrakurzzeitphysik und wird unter anderem bei der Erzeugung extrem kurzer harter Röntgenimpulse eingesetzt.

Ultrakurze Lichtimpulse sind ein wichtiges Werkzeug der Grundlagenforschung und haben Eingang in zahlreiche optische Technologien gefunden. Dabei spielt der infrarote Spektralbereich bei Wellenlängen größer als 1 µm (1 µm = 10 hoch 6 m = 1 Millionstel Meter) nicht nur in optischen Kommunikationssystemen eine zentrale Rolle; auch in der optischen Mess- und Analysetechnik und in bildgebenden Verfahren wird Licht mit Wellenlängen zwischen ca. 1 und 300 µm eingesetzt.


Abb. 1: Experimentelle Anordnung des dreistufigen parametrischen Verstärkers. (Bildunterschrift ausführlich im Text)

MBI Berlin


Abb. 2: Zeitliche Intensitätseinhüllende der Infrarotimpulse (blau) von 75 fs Dauer (~4 optische Zyklen) bei einer Wellenlänge von 5 µm. (Bildunterschrift ausführlich im Text)

MBI Berlin

Eine besondere technische Herausforderung sind extrem kurze Impulse, in denen die Lichtwellen nur wenige Male, im Grenzfall nur einmal hin- und herschwingen. Die Erzeugung derartiger „Wenigzyklen“-Impulse erfordert eine genaue Kontrolle der Phase von Lichtwellen und ihrer Ausbreitungsbedingungen. Die Erzeugung intensiver Infrarotimpulse mit wenigen optischen Zyklen, hoher Intensität und Stabilität ist ein zentrales Thema moderner Laserforschung.

In der Fachzeitschrift Optics Letters berichten Forscher vom Max-Born-Institut in Berlin und der Firma BAE Systems, Nashua, NH, USA, über eine neue Lichtquelle, die ultrakurze Infrarotimpulse mit Rekordparametern liefert.

Das hochkompakte System beruht auf dem Konzept der optisch-parametrischen Verstärkung, engl. „Optical Parametric Chirped Pulse Amplification“ (OPCPA), bei der ein schwacher ultrakurzer Infrarotimpuls durch die Wechselwirkung mit einem intensiven Pumpimpuls kürzerer Wellenlänge in einem nichtlinearen Kristall verstärkt wird.

In der neuen Lichtquelle treiben Pumpimpulse von ca. 10 ps Dauer mit Energien von bis zu 20 mJ bei 2 µm Wellenlänge einen dreistufigen parametrischen Verstärker. Ein neuartiger Lichtmodulator kommt zum Einsatz, um die verstärkten Impulse bei einer Wellenlänge von 5 µm optimal komprimieren zu können. Die verstärkten Impulse besitzen eine Energie von ca. 1 mJ und eine Dauer von 75 fs, was einer Spitzenleistung um 8 GW innerhalb von ca. 4 optischen Zyklen der Lichtwelle entspricht.

Die hochstabilen Infrarotimpulse stehen mit einer Wiederholrate von 1 kHz zur Verfügung und weisen exzellente optische Strahlparameter auf. Ausgangsleistung und Repetitionsrate des Systems sind skalierbar und können für verschiedene Einsatzbereiche optimiert werden.

Diese Ergebnisse wurden vom Editor-in-Chief der Zeitschrift Optics Letters als herausragend gewürdigt und eröffnen neue Anwendungsfelder in der Ultrakurzzeitphysik, etwa bei der Untersuchung (bio)molekularer Schwingungsdynamik, niederfrequenter Anregungen in Festkörpern oder bei der Erzeugung kurzwelliger ultrakurzer Impulse. Das neue Infrarotsystem wird gegenwärtig als optischer Treiber in eine Laborquelle integriert, die harte Röntgenimpulse von ca. 100 fs Dauer mit Wiederholraten im Kilohertzbereich erzeugen wird.

Abb. 1. Experimentelle Anordnung des dreistufigen parametrischen Verstärkers. Als Verstärkungsmedium dienen drei nichtlineare ZnGeP hoch 2-Kristalle (ZGP I-III). Die optischen Strahlengänge sind in Falschfarben dargestellt. Quelle: MBI

Abb. 2. Zeitliche Intensitätseinhüllende der Infrarotimpulse (blau) von 75 fs Dauer (~4 optische Zyklen) bei einer Wellenlänge von 5 µm. Inset: Spektral und zeitliche aufgelöste Impulsstruktur aus einer FROG-Messung (FROG: Frequency Resolved Optical Gating). Quelle: MBI

Originalartikel:
L. von Grafenstein, M. Bock, D. Ueberschaer, K. Zawilski, P. Schunemann, U. Griebner und T. Elsaesser, 5 µm few-cycle pulses with multi-gigawatt peak power at a 1 kHz repetition rate, Optics Letters 42, 3796-3799 (2017).

Kontakt:
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI)
Dr. Uwe Griebner, Tel.: 030 / 6392 1457
Dr. Martin Bock, Tel.: 030 / 6392 1442
Prof. Dr. Thomas Elsaesser, Tel.: 030 / 6392 1400
www.mbi-berlin.de

Weitere Informationen:

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-42-19-3796

Dipl.-Geogr. Anja Wirsing | Forschungsverbund Berlin e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht »ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern
18.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Intelligentes Lademanagement entwickelt – Forschungsprojekt ePlanB abgeschlossen
18.10.2017 | Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise