Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Lichteigenschaften mit Mikrolasern realisiert

09.07.2009
Aktueller Bericht in der Zeitschrift "Nature" von Physikern der Universität Bremen mit ihren Kooperationspartnern aus Dortmund und Würzburg

Wissenschaftler der Universität Bremen haben an einem richtungsweisenden Schritt in der Grundlagenforschung der Optoelektronik mitgearbeitet.

Wie die renommierte Zeitschrift "Nature" in ihrer aktuellen Ausgabe berichtet, ist es Prof. Dr. Frank Jahnke und seinen Mitarbeitern des Instituts für Theoretische Physik gelungen, in Mikrolasern neue Eigenschaften des Lichts vorherzusagen, die in Zusammenarbeit mit Experimentalphysikern der Technischen Universität Dortmund beobachtet werden konnten. Die Mikrolaser wurden in der Universität Würzburg sowie im Institut für Festkörperphysik der Universität Bremen hergestellt.

Seit mehr als hundert Jahren ist bekannt, dass Licht aus kleinen Paketen, den so genannten Photonen besteht. Die Entdeckung dieser Quantisierung des Lichtfeldes hat ein neues Gebiet der Physik eröffnet: die Quantenoptik. Das wichtigste Ergebnis dieser Arbeiten war die Entwicklung von Lasern, die bis heute in rasanter Folge zu immer neuen Anwendungen führen. Diese zeigt sich am deutlichsten bei den Fortschritten in der optischen Datenspeicherung auf CDs, DVDs und BDs sowie bei der optischen Datenübertragung durch Glasfasern, die heute das Internet bestimmt. Alltägliche Anwendungen von Halbleiterlasern reichen von Laserdruckern bis zu Barcode-Lesegeräten in jedem Supermarkt.

Eine der Pionierleistungen in der Quantenoptik war der Vorschlag von Roy Glauber aus den 60er Jahren Lichtquellen darüber zu charakterisieren, in welcher zeitlichen Abfolge die ausgesendeten Photonen bei einem Beobachter ankommen. Unter anderem dafür erhielt er 2005 den Nobelpreis. So findet man für die thermische Strahlung von Glühlampen oder im Sonnenlicht, dass Photonen bevorzugt unmittelbar nacheinander ankommen statt mit zeitlichem Versatz. Für Laserlicht hingegen tritt keine solche "Klumpung" (engl.: bunching) der Photonen auf: Jede beliebige zeitliche Verzögerung zwischen zwei Photonen ist gleich wahrscheinlich.

Deutschland ist führend bei der Herstellung von Mikrolasern

Aktuelle Entwicklungen bestehen darin, wenige Photonen auf sehr kleinen räumlichen Ausdehnungen, die der Lichtwellenlänge selbst nahe kommen, zu speichern. In diesen Mikrolasern werden als aktives Material sogenannte Halbleiter-Quantenpunkte verwendet, die nur einige Nanometer groß sind. Diese Laser, bei deren Herstellung Deutschland führend ist, sollen die Grundlage für zukünftige Generationen von Bauelementen bilden. Für die Veröffentlichung in "Nature" wurden zwei Proben aus Würzburg sowie eine Probe aus Bremen verwendet. Letztere stammt aus der Gruppe von Prof. Dr. Detlef Hommel am Institut für Festkörperphysik. In den Experimenten um Prof. Dr. Manfred Bayer an der Technischen Universität Dortmund wurden die einzelnen Photonen in der Lichtemission aus den Mikrolasern mit einem neuen Messverfahren erfasst, das erstmals auch die genaue Bestimmung der zeitlichen Abfolge der einzelnen Photonen ermöglicht. Die Gruppe um Professor Jahnke am Institut für Theoretische Physik an der Uni Bremen hatte gleichzeitig neue Eigenschaften im Photonenstrom vorhergesagt. Wegen der sehr geringen Anzahl von Photonen und Emittern im Laser wird das System jedes Mal durch die Emission eines einzelnen Photons nachhaltig gestört und zu Schwingungen angeregt. Auch konnte eine "Entklumpung" (engl.: anti-bunching) demonstriert werden. Hierbei wird es im Unterschied zu gewöhnlichen Lasern sogar unwahrscheinlicher, zwei Photonen in direkter zeitlicher Abfolge vorzufinden. Die Kooperation der Wissenschaftler wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen der Forschergruppe "Quantenoptik in Halbleitern" gefördert.

Enge Verbindung von Grundlagenforschung und praktischen Anwendungen

Die Untersuchungen der Lichteigenschaften im Grenzfall weniger Photonen berühren grundlegende Fragen der Quantenmechanik. Aber auch hierbei eröffnen sich bereits praktische Anwendungen. So können einzelne Photonen zur abhörsicheren Datenübertragung im Rahmen der sogenannten Quantenkryptographie eingesetzt werden. Seit einiger Zeit zeichnet sich das neue Gebiet der Quanteninformationstechnologien ab, in dem die quantenmechanischen Eigenschaften einzelner Elektronen und Photonen in neuartigen Computern oder Datenübertragungsmedien genutzt werden sollen.

Weitere Informationen:
Universität Bremen
Fachbereich Physik/Elektrotechnik (FB 1)
Institut für Theoretische Physik
Prof. Dr. Frank Jahnke
Tel.: 0421 218-4522

Meike Mossig | idw
Weitere Informationen:
http://www.itp.uni-bremen.de/jahnke
http://www.nature.com/nature/journal/v460/n7252/full/nature08126.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten