Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laser erzeugt Himmelslaser

18.07.2017

Physiker der Universität Jena erarbeiten mit Kollegen Richtlinien für Lasererzeugung in der Atmosphäre

Um die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre zu untersuchen, werden inzwischen nicht selten Laserstrahlen eingesetzt. Forscher schicken dabei Laserpulse in den Himmel und analysieren dann das zurückgestreute Licht.


Der Jenaer Physiker Dr. Daniil Kartashov hat theoretische Richtlinien mitentwickelt, wie in den Himmel geschickte Laserpulse auch als Laserstrahl zurückkommen könnten.

Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Noch wirkungsvoller wäre es allerdings, wenn das Licht als Laserstrahl auch wieder zur Erde zurückkehren könnte, da von seinem Licht ein stärkeres Signal ausgeht und sich Informationen besser herauslesen lassen. Dieser Laserstrahl allerdings müsste sich mehr oder weniger selbstständig in der Luft bilden.

Kurze Laserpulse können eine Linse in der Luft hervorrufen

Physiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben gemeinsam mit Kollegen der Princeton University (USA) theoretische Richtlinien entwickelt, wie das tatsächlich umsetzbar ist – und damit den Grundstein für weitere Forschungen auf diesem Gebiet gelegt. „Wir wissen bereits seit längerem, dass extrem kurze Laserpulse eine Linse in der Luft selbst hervorrufen können, da das ausgesendete Licht im Zentrum des Strahls sehr intensiv ist und daher lokal eine große Änderung des Brechungsindex hervorruft“, erklärt Dr. Daniil Kartashov von der Universität Jena.

„Diese im Zentrum des Laserstrahls entstandene Linse fokussiert den Laser zusätzlich und ruft dünne Plasmakanäle hervor.“ Das Licht in diesen sogenannten Filamenten trägt ein breites Spektrum an Strahlung in sich, das Informationen über die chemische Zusammensetzung der Umgebung widerspiegeln kann.

Um allerdings das Licht wirkungsvoll mithilfe spektroskopischer Untersuchungen auslesen und analysieren zu können, sollte es als Laser auf die Erde zurückkehren. Dank der Wechselwirkung des Lasers mit dem Stickstoff in der Atmosphäre ist das durchaus auch möglich, wie Experimente auf der Erde bereits bewiesen haben. Allerdings müssen dafür bestimmte Rahmenbedingungen stimmen. Um die Stickstoffmoleküle so anzuregen, dass sie einen Laserstrahl bilden können, muss beispielsweise das Plasma der Filamente bestimmte Werte erfüllen und deshalb vom Boden aus kontrolliert werden.

Welche Plasmatemperatur und -dichte nötig ist

Wie das funktionieren kann, dafür haben Daniil Kartashov und sein Kollege Mikhail Shneider nun ein Modell entwickelt. „Wir haben erstmals berechnet, welche Plasmatemperatur und -dichte nötig ist, damit die Stickstoffmoleküle aufgeladen werden können und aus ihnen ein Laser hervorgeht“, sagt der Physiker der Universität Jena.

„Zudem schlagen wir vor, mittels Mikrowellenstrahlung diese entsprechenden Bedingungen zu regulieren, und haben auch hier konkrete Parameter, wie etwa die Leistung der Mikrowellen und ihre Frequenz, ermittelt.“ In einer Höhe von zehn bis 30 Kilometern reichen demnach Standardquellen für Mikrowellenstrahlung aus, um optimale Bedingungen für die Laserstrahlbildung zu schaffen.

Nun gilt es, diese theoretischen Erkenntnisse in der Praxis zu erproben und die Methode in verschiedenen Experimenten weiterzuentwickeln. Erste Projekte in den USA seien bereits in Planung, informiert Kartashov. Sollten diese erfolgreich sein, so böten sich ganz neue Möglichkeiten für die Spektroskopie der Chemie, die in der Atmosphäre stattfindet. Zudem rücken die Filamente zunehmend in den Fokus der Physik, da sie viele weitere Anwendungen unterstützen könnten. Möglicherweise lassen sich durch die Plasmakanäle bestimmte Wettererscheinungen, wie Gewitter, beeinflussen.

Kontakt:
Dr. Daniil Kartashov
Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947235
E-Mail: daniil.kartashov[at]uni-jena.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-jena.de

Sebastian Hollstein | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala
20.04.2018 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Licht macht Ionen Beine
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

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...

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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