Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hohle Glasfasern für UV-Licht

03.07.2014

Neue Lichtwellenleiter verbessern Präzisionsuntersuchungen in Physik, Chemie und Umweltwissenschaften

Wer Licht in Glasfasern auf die Reise schicken will, und zwar möglichst verlustfrei, nimmt am besten Infrarotlicht, so wie es etwa bei den weltweiten Telekommunikationsnetzwerken der Fall ist. Aber für bestimmte Anwendungen, etwa für spektroskopische Untersuchungen an Ionen oder Atomen, braucht man (Laser-)Licht im ultravioletten Spektralbereich, das jedoch herkömmliche Glasfasern schnell zerstört.


Mikroskopische Aufnahme einer Hohlkernfaser

(Abbildung: MPL)


Gemessene Nahfeld-Intensitäts-Profile einer Faser bei verschiedenen Einstrahlrichtungen des UV-Strahles. Die Profile zeigen, dass das Licht einmodig ist.

(Abbildung: PTB)

Nun haben Forscher des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts (MPL) in Erlangen und des QUEST-Instituts in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) eine neue Sorte von Glasfasern mit einem hohlen Kern erprobt und festgestellt:

Diese Fasern leiten UV-Laserlicht zerstörungsfrei und mit akzeptablen Verlusten. Ihre Untersuchungen, über die sie jüngst in der Zeitschrift Optics Express berichteten, sind für viele Anwendungen interessant:

Neben der Präzisionsspektroskopie an Atomen oder Ionen und dem Einsatz in optischen Atomuhren und Quantencomputern sind das etwa die Fluoreszenzmikroskopie in der Biologie, die Untersuchung von Prozessplasmen, Verbrennungsstudien an Ruß oder die Spektroskopie von Treibhausgasen.

Bisherige Glasfasern besitzen einen festen Glas-Kern. Er ist eingehüllt in einen Mantel aus einem optisch dünneren Material. Die Gesetze der Physik sorgen dafür, dass ein Lichtstrahl über Totalreflexion in einer solchen Faser festgehalten wird und ohne wesentliche Verluste über große Strecken transportiert werden kann.

Daher werden solche Glasfasern weltweit breit eingesetzt, um Licht der verschiedenen spektralen Bereiche zu transportieren: vom Infrarot- bis hin zum sichtbaren Licht. Aber kurzwelligeres UV-Licht wird von den meisten für solche Fasern verwendeten Glassorten stark absorbiert, und es zerstört die Fasern schnell.

Im Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen experimentiert man schon seit einigen Jahren mit anderen Glasfaser-Sorten. Jetzt hat sich gezeigt, dass eine bestimmte Bauart besonders gut für UV-Licht geeignet ist: eine mikrostrukturierte photonische Kristallfaser (PCF) mit einer sogenannten Kagomé-Struktur (einem speziellen Muster aus regelmäßig angeordneten Drei- und Sechsecken) und einem hohlen Kern von 20 μm Durchmesser.

Durch diesen Kern wird das Licht einmodig – d. h. mit einer räumlichen Intensitätsverteilung, die der Form einer Gauß’schen Glockenkurve ähnelt – geleitet. Die entscheidende Frage, ob das wirklich einmodig und zerstörungsfrei geschieht, sollten die Messtechnik-Experten vom QUEST-Institut in der PTB beantworten. Ihr Ergebnis: Bei dem verwendeten UV-Strahl mit einer Wellenlänge von 280 nm war ein einmodiges Transmissionsverhalten festzustellen, und selbst nach mehr als 100 Stunden Betriebsdauer bei einer Leistung von 15 mW traten keine UV-induzierten Schäden auf.

Auch einen ersten Anwendungstest bestanden die neuen Fasern: Die QUEST-Forscher setzten sie erfolgreich für ihre spektroskopischen Untersuchungen an gefangenen Ionen ein. Der durch die neue Faser stabilisierte UV-Laserstrahl ermöglichte es, den internen Zustand der Ionen besser abzufragen. Neben den Anwendern solcher spektroskopischen Untersuchungen, etwa in Astronomie, Chemie oder Grundlagenforschung in der Physik, könnte das auch denjenigen Forschern nützen, die Quantencomputer entwickeln. Denn die internen Zustände eines Teilchens stellen dabei die neuen digitalen Nullen und Einsen dar.
es/ptb

Ansprechpartner im Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts
Dr. Michael H. Frosz
Leiter der Faserproduktion
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts
Günther Scharowsky-Str. 1
91058 Erlangen
Telefon: (09131) 6877-321
E-Mail: michael.frosz@mpl.mpg.de
Internet: www.pcfibre.com

Ansprechpartner in der PTB
Prof. Dr. Piet O. Schmidt
QUEST-Institut in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB )
Bundesallee 100
38116 Braunschweig
Telefon (0531) 592-4700
E-Mail: Piet.Schmidt@quantummetrology.de
Internet: www.quantummetrology.de/quest/eqm

Die Originalveröffentlichung
F. Gebert, M. H. Frosz, T. Weiss, Y. Wan, A. Ermolov, N. Y. Joly, P. O. Schmidt, and P. St. J. Russell: Damage-free single-mode transmission of deep-UV light in hollow-core PCF. Optics Express 22, 15388 (2014), http://dx.doi.org/10.1364/OE.22.015388

Weitere Informationen:

http://www.ptb.de/de/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2014/pitext/pi140702.html

Erika Schow | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Auf dem Weg zur optischen Kernuhr
19.04.2018 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Laser erzeugt Magnet – und radiert ihn wieder aus
18.04.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Nachhaltige und innovative Lösungen

19.04.2018 | HANNOVER MESSE

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur optischen Kernuhr

19.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics