Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mehr Lichtteilchen durch optische Nanofaser

06.05.2015

Einem internationalen Team aus Forschern der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und der Universität Kyoto in Japan ist es gelungen, durch Einsatz einer neuartigen strukturierten Nanofaser die Emission von einzelnen Lichtteilchen, sogenannten Photonen, zu verstärken.

Bei dem Experiment konnte nicht nur eine außerordentlich große Anzahl an Photonen erzeugt werden, sondern es gelang auch, deren Wellenlänge – also ihre Farbe – genau einzustellen.

Über die Faser können diese maßgeschneiderten Lichtteilchen für Anwendungen in den neuen Quantentechnologien direkt verfügbar gemacht werden. Die Forschungsergebnisse sind in der aktuellen Onlineausgabe der Open-Access-Zeitschrift „Scientific Reports“ der Nature Publishing Group erschienen.

Die strukturierte Nanofaser ist eine spezielle Sorte von Mikroresonatoren, mit denen grundlegende physikalische Effekte auf dem Gebiet der Quantenoptik untersucht werden. Ähnlich wie die Stimmgabel Schallwellen speichern Mikroresonatoren Licht einer bestimmten Wellenlänge über einen sehr langen Zeitraum und verstärken dieses zusätzlich.

Wechselwirkungen zwischen Photonen und einer kleinsten Menge von Materie – bis hinab zum einzelnen Atom – können so kontrolliert untersucht, verstärkt und auch genutzt werden. „Die von dem Forscherteam verwendeten Mikroresonatoren wurden bereits im Jahr 2010 in Japan zum Patent angemeldet. Doch erst jetzt war es uns möglich, diese auch tatsächlich herzustellen. Denn der Prozess ist äußerst anspruchsvoll“, sagt Professor Oliver Benson, Leiter der Arbeitsgruppe Nanooptik am Institut für Physik der HU.

„Zur Herstellung verwendeten wir einen fokussierten Strahl bestehend aus Gallium-Ionen, um kleinste Strukturen auf eine sehr dünne Glasfaser zu gravieren. Der Durchmesser dieser optischen Nanofaser ist über einhundert Mal kleiner als der eines menschlichen Haares.“

Kleine Halbleiterkristalle mit einer Größe von nur wenigen Nanometern, das heißt Milliardstel Metern, dienten als Quellen für die Lichtteilchen. Diese Kristalle wurden gezielt auf den strukturierten Bereich der Nanofaser gelegt. Als Ergebnis wurde die Lichtemission verstärkt und Photonen direkt in die Glasfaser emittiert.

Ein Mikroresonator kann nur Licht einer bestimmten Wellenlänge speichern und verstärken. Soll dieses Licht mit bestimmten Molekülen oder Atomen gekoppelt werden, zum Beispiel für molekulare oder atomare optische Schalter, muss man den Resonator passgenau abstimmen. Den Forschern ist dies durch einen einfachen Mechanismus gelungen: Durch Ziehen an der Nanofaser kann sie kontrolliert verformt und somit die Eigenschaften des Resonators gezielt verändert werden.

In einem System mit vielen verschiedenen Schaltelementen können diese – analog zu den Instrumenten eines Orchesters – aufeinander abgestimmt werden. Ein gezieltes Zusammenspiel wäre die Grundlage für einen integrierten optischen Quantenchip, der für das Quantenrechnen auf Quantencomputern erforderlich ist.

Derzeit arbeiten die Forscher daran, die Mikroresonatoren weiter zu verbessern und neben Halbleiterkristallen auch andere optische Emitter anzukoppeln. „Dies würde den Bereich möglicher Anwendungen weiter ausdehnen. Ein Beispiel aus der Telekommunikation wäre die sichere Datenübertragung mit Hilfe der Quantenkryptographie. Weiterhin könnte vielleicht nur ein einzelnes an die Faser gekoppeltes Molekül als Nanosensor eingesetzt werden. Ein solcher Sensor wäre der kleinstmögliche überhaupt und könnte mit bislang unerreichter Genauigkeit winzigste Subtanzmengen aufspüren“, fasst Benson die Ergebnisse zusammen.

Originalpublikation:
Andreas W. Schell, Hideaki Takashima, Shunya Kamioka, Yasuko Oe, Masazumi Fujiwara, Oliver Benson, Shigeki Takeuchi: „Highly Efficient Coupling of Nanolight Emitters to a Ultra-wide Tunable Nanofibre Cavity”. http://www.nature.com/srep/2015/150404/srep09619/full/srep09619.html

Kontakt:
Prof. Dr. Oliver Benson
Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Physik
Tel: 030 2093-4711
oliver.benson@physik.hu-berlin.de

Hans-Christoph Keller | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.hu-berlin.de/

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: 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...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie

Pflanzen gegen Staunässe schützen

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Trends der Umweltbranche auf der Spur

17.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz