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 Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften