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 ALMA beginnt Beobachtung der Sonne
18.01.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Magnetische Kraft von einzelnen Antiprotonen mit höchster Genauigkeit bestimmt
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik