Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der kleinste Mikrolaser der Welt

19.03.2010
Physiker der ETH Zürich haben einen neuartigen Laser entwickelt, der die Grenzen des bisher Machbaren deutlich sprengt: Er ist der mit Abstand kleinste elektrisch gepumpte Laser der Welt und könnte eines Tages die Chiptechnologie revolutionieren. Die Forscher stellen ihre Entwicklung in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science" vor.

Von der Idee bis zur erfolgreichen Umsetzung dauerte es gut anderthalb Jahre. Eine Zeit, in der Christoph Walther, Doktorand in der Gruppe für Quantenoptoelektronik der ETH Zürich, Tage und Nächte im FIRST-Lab verbrachte. Denn das moderne Reinraumzentrum der ETH Zürich bot ihm ideale Bedingungen, um einen neuen Rekord in der Lasertechnologie aufzustellen: Gemeinsam mit vier Kollegen entwickelte der Physiker den bisher kleinsten elektrisch gepumpten Laser der Welt.


Kernstück des neuen Mikrolasers ist der elektrische Resonator, bestehend aus zwei halbkreisförmigen Kondensatoren, die durch eine Spule verbunden sind (hier eine Rasterelektronen-Mikroskop-Aufnahme). Die Farbintensität repräsentiert die Stärke des elektrischen Feldes; die Farbe selbst, die jeweilige Polarität. ETH Zürich

Viel kleiner als die Wellenlänge

Er ist 30 Mikrometer (das sind 30 Millionstel Meter) lang, acht Mikrometer hoch und hat eine Wellenlänge von 200 Mikrometern. Damit ist der Laser bedeutend kleiner als die Wellenlänge des von ihm emittierten Lichts. Normalerweise können Laser nicht kleiner sein als ihre Wellenlänge. Der Grund: In einem herkömmlichen Laser versetzen Lichtwellen den optischen Resonator in Schwingung - so wie akustische Wellen den Resonanzkörper einer Gitarre.

Dabei "wandern" die Lichtwellen - vereinfacht ausgedrückt - zwischen zwei Spiegeln hin und her. Und dieses Prinzip funktioniert nur, wenn die Spiegel grösser als die jeweilige Wellenlänge des Lasers sind. Daher sind normale Laser in ihrer Grösse limitiert. Zwar haben schon andere Forscher im Grenzbereich experimentiert: "Aber wir sind deutlich unter das bisher bekannte Limit gegangen, indem wir ein völlig neues Laserkonzept entwickelt haben", sagt Christoph Walther.

Von der Elektronik inspiriert

Bei der Entwicklung ihres Laserkonzepts haben sich Christoph Walther und einige Teamkollegen um Jérôme Faist, Professor und Leiter des Instituts für Quantenelektronik der ETH Zürich, von der Elektronik inspirieren lassen. Sie verwendeten keinen optischen Resonator, wie sonst üblich, sondern einen elektrischen Schwingkreis, bestehend aus einer Spule und zwei Kondensatoren. Darin wird das Licht quasi "eingefangen" und an Ort und Stelle mithilfe eines optischen Verstärkers zu sich selbst erhaltenden elektromagnetischen Schwin-gungen angeregt.

Daher ist die Grösse des Resonators nicht mehr durch die Wellenlänge des Lichts limitiert, sondern kann im Prinzip beliebig verkleinert werden. Diese Perspektive macht die Mikrolaser vor allem für Chiphersteller interessant - als optische Variante zu den Transistoren. "Wenn wir es schaffen, uns mit den Mikrolasern grössenmässig den Transistoren anzunähern, liessen sich damit eines Tages elektrooptische Chips mit einer sehr hohen Dichte an elektronischen und optischen Komponenten bauen", so Christoph Walther. Diese könnten den Datenaustausch auf Mikroprozessoren eines Tages erheblich beschleunigen.

Claudia Naegeli | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt
17.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Vorhersagen bestätigt: Schwere Elemente bei Neutronensternverschmelzungen nachgewiesen
17.10.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

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: 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...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

18.10.2017 | Medizin Gesundheit

Rittal Klima-Tipps: Ist ein Kühlgerät wirklich nötig?

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik

Smartphones im Kampf gegen die Blindheit

18.10.2017 | Medizintechnik