Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blick in den Anfang des Regenbogens

15.03.2016

Wissenschaftler der Universität Göttingen filmen Entstehung ultrakurzer Laserpulse in Echtzeit

Die intensivsten und schnellsten optischen Signale – Blitze aus einem Ultrakurzpulslaser – sind heute das Präzisionswerkzeug der Grundlagenforschung, Automobilindustrie und Augenheilkunde.


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


Blick in einen Ultrakurzpulslaser. Aus zufälligen Fluktuation wächst eine periodische Kette intensiver Laserpulse. Entscheidend dafür ist ein nichtlinearer Prozess im Titan-Saphir-Kristall (Mitte)

Foto: Georg Herink, Universität Göttingen

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

Weitere Informationen:

http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?cid=5445

Thomas Richter | Georg-August-Universität Göttingen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie