Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein neues Tor zum Mikrokosmos

05.05.2015

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben eine Laserquelle entwickelt, deren Lichtpulse die Grundlagenphysik einen bedeutenden Schritt voranbringen könnte.

Immer besser lassen sich die elementarsten Bewegungen außerhalb des Atomkerns beobachten und kontrollieren. Das geschieht mit extrem kurzen, hochintensiven Laserpulsen. Die Elektronik der Zukunft könnte mit Licht gesteuert werden.


Das LAP-Team hat einen Ytterbium:Yttrium-Aluminium-Granat Scheibenlaser entwickelt, der Lichtpulse mit einer Dauer von 7,7 Femtosekunden und 2,2 Lichtwellenausschlägen aussendet. Diese Pulse verfügen über eine durchschnittliche Leistung von sechs Watt und 0,15 Mikrojoule Pulsenergie, eineinhalb Größenordnungen mehr als kommerziell erhältliche Ti:Sa Laser.

Foto: Thorsten Naeser

Dann würde man die Datenverarbeitungs- und Informationstechnologie mit der Frequenz von Lichtwellenschwingungen betreiben, was in etwa einer 100.000fachen Beschleunigung im Vergleich zu heutiger Technik entspricht.

Eine Weiterentwicklung der heutigen Lasertechnik spielt dabei eine entscheidende Rolle. Eine neue Lichtquelle, die diese Zukunftsszenarien ein Stück weiter Realität werden lässt, hat nun ein Physikerteam vom Labor für Attosekundenphysik (LAP) der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik (MPQ) entwickelt. Das Team berichtet darüber im Fachmagazin „Nature Communications“.

Bis heute kommen in Forschungslaboren vor allem Laser mit Titan:Saphir-Kristallen (Ti:Sa) zum Einsatz. Mehr als 20 Jahre haben diese Laser die Forschung mit ultrakurzen Laserpulsen dominiert. Das könnte sich ändern, denn immer mehr wird deutlich, dass die Zukunft den Scheibenlaser-Systemen gehört. Hier hat der Laserkristall ein scheibenförmiges Aussehen.

Das LAP-Team hat nun einen Ytterbium:Yttrium-Aluminium-Granat Scheibenlaser (Yb:YAG, Disk-Laser) entwickelt, der Lichtpulse mit einer Dauer von 7,7 Femtosekunden und 2,2 Lichtwellenausschlägen aussendet (Eine Femtosekunde ist ein Millionstel einer milliardstel Sekunde). Diese Pulse verfügen über eine durchschnittliche Leistung von sechs Watt und 0,15 Mikrojoule Pulsenergie, eineinhalb Größenordnungen mehr als kommerziell erhältliche Ti:Sa Laser.

Die Wellenform von Licht in Laserpulsen kann man mittlerweile gut kontrollieren. Diese Kontrolle haben die LAP-Physiker bei ihrem neuen System noch einmal verbessert. Die Kontrolle über die Geometrie der elektromagnetischen Lichtwellen ist eine erste Voraussetzung für die gezielte Steuerung von Elektronen in Festkörpern oder einzelnen Atomen und damit einer lichtwellengesteuerten Elektronik.

Die zweite Voraussetzung dafür besteht in der Verkürzung der Lichtblitze auf wenige Femtosekunden. Frühere Experimente des LAP-Teams haben bereits gezeigt, dass es möglich ist, elektrische Ströme mit gezielt geformten elektromagnetischen Wellen, also speziellen Laserpulsen, an- und auszuschalten (Schiffrin, Nat. 2012; Paasch-Colberg, Nat. Photon. 2014, Krausz & Stockman, Nat. Photon 2014). Allerdings ließen sich solche Experimente bisher nur bei Pulswiederholraten von wenigen Tausend pro Sekunde durchführen.

Das ändert sich nun, denn die hohe Wiederholungsrate von mehreren zehn Millionen Pulsen pro Sekunde mit hoher Spitzenleistung aus dem jetzt entwickelten Laser läutet in der Ultrakurzzeit-Physik eine neue Ära ein. Die Ultrakurzzeit-Physik beschäftigt sich u.a. mit der Erkundung von Attosekunden-kurzen Elektronenbewegungen in Molekülen und Atomen.

Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer milliardstel Sekunde. In diesen Zeiträumen werden Elektronen „fotografiert“. Die „atomare Fotografie“, wie sie in heutigen Attosekundenlaboren stattfindet, erhält damit einen „Sportmodus“.

Das bedeutet, dass seltene Ereignisse im Mikrokosmos, die mit den bisherigen Ti:Sa Systemen nur durch Beobachtung über Stunden, Tage oder sogar nicht zu beobachten waren, mit der neuen Technologie in einem wesentlich kürzeren Messzeitraum detaillierter erfasst werden können. Die Datenraten werden dabei um einen Faktor von 1000 – 100.000 erhöht.

Und auch in der Erkundung elementarster Naturphänomene könnte die neue Lasertechnologie eingesetzt werden. So wird der Laser künftig Lichtblitze generieren, die sich im extremen ultravioletten Bereich des Lichts (60 Nanometer Wellenlänge) befinden. Damit könnte man erstmals zum Beispiel Helium-Ionen anregen und deren Schwingungen pro Sekunde mit der von Prof. Theodor Hänsch entwickelten, mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Frequenzkammtechnik exakt bestimmen. Solche Laserspektroskopie-Experimente dienen etwa dazu, Naturkonstanten zu überprüfen.

Die Scheibenlaser-Technik könnte in naher Zukunft in den Grundlagen-Forschungslaboren der Attosekundenphysik und der Laserspektroskopie Einzug halten. Die LAP-Wissenschaftler öffnen der Physik ein neues Tor zum Mikrokosmos. Thorsten Naeser

Grafik: Das LAP-Team hat einen Ytterbium:Yttrium-Aluminium-Granat Scheibenlaser entwickelt, der Lichtpulse mit einer Dauer von 7,7 Femtosekunden und 2,2 Lichtwellenausschlägen aussendet. Diese Pulse verfügen über eine durchschnittliche Leistung von sechs Watt und 0,15 Mikrojoule Pulsenergie, eineinhalb Größenordnungen mehr als kommerziell erhältliche Ti:Sa Laser.

Originalpublikation:
O. Pronin, M. Seidel, F. Lücking, J. Brons, E. Fedulova, M. Trubetskov, V. Pervak, A. Apolonski, Th. Udem, and F. Krausz.
High-power multi-megahertz source of waveform-stabilised few-cycle light
Nature Communications, 5. Mai 2015; doi: 10.1038/ncomms7988.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Oleg Pronin
Ludwig-Maximilians-Universität München
Telefon: +49 (0)89 289 - 14187
E-Mail: oleg.pronin@physik.uni-muenchen.de

Prof. Ferenc Krausz
Lehrstuhl für Experimentalphysik,
Ludwig-Maximilians-Universität München
Labor für Attosekundenphysik
Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hans-Kopfermann-Straße 1, 85748 Garching
Telefon: +49 (0)89 32 905 - 600 / Fax: - 649
E-Mail: ferenc.krausz@mpq.mpg.de

Dr. Olivia Meyer-Streng
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Telefon: +49 (0)89 32 905 - 213
E-Mail: olivia.meyer-streng@mpq.mpg.de

Dr. Olivia Meyer-Streng | Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Weitere Informationen:
http://www.mpq.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der überraschend schnelle Fall des Felix Baumgartner
14.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Eine blühende Sternentstehungsregion
14.12.2017 | 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: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten