Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Paradoxes Verhalten in Lasern vorhergesagt

25.04.2012
Neuer Laser-Effekt, entdeckt an der TU Wien: Zwei Laser, die getrennt voneinander hell leuchten würden, können sich in Kombination abschalten. Ein sogenanntes „Laser-Blackout“ ist die Folge.

Zwei Lampen sind heller als eine. Das klingt eigentlich völlig selbstverständlich. Dass das bei Lasern aber nicht unbedingt der Fall sein muss, erkannte nun ein internationales Forschungsteam, angeführt von der TU Wien.


Zwei gekoppelte Mikrolaser - mit einander beeinflussenden Lichtwellen. TU Wien

Wenn ein Laser leuchtet und daneben noch ein zweiter Laser hochgefahren wird, können sich beide durch komplizierte Wechselwirkungen gegenseitig so stark stören, dass schließlich gar kein Laserlicht mehr abgestrahlt wird. Für Technologien im Grenzbereich zwischen Elektronik und Photonik könnte das von großer Bedeutung sein. Publiziert wurde das Ergebnis nun im Fachjournal „Physical Review Letters“.

Wenn das Einschalten zum Ausschalten führt

„Denken Sie an eine leuchtende Glühbirne, zu der man eine zweite dazu gibt und mit einem Dimmer langsam einschaltet: Das Zimmer wird immer heller. Bei Lasern kann man sich darauf nicht verlassen“, sagt Matthias Liertzer. Er untersuchte am Institut für Theoretische Physik der TU Wien gemeinsam mit Professor Stefan Rotter das Verhalten von gekoppelten Lasern mit Hilfe von Computersimulationen. Unterstützt wurden sie bei dem Projekt von Kollegen der Universitäten Princeton und Yale (USA) sowie der ETH Zürich (CH).
Um einen Laser zum Leuchten zu bringen, muss man ihn „pumpen“ – ihm also in Form von Licht oder elektrischem Strom Energie zuführen. Pumpt man nur einen von zwei benachbarten Mikro-Lasern, dann leuchtet nur dieser. Wenn nun auch der zweite Laser gepumpt wird, könnte man erwarten, dass diese gesteigerte Energiezufuhr auch mehr Lichtausbeute mit sich bringt. Doch in diesem Fall kann immer stärkeres Pumpen des zweiten Lasers die Gesamt-Strahlungsausbeute sogar reduzieren, bis schließlich keiner der beiden Laser mehr leuchtet. „Als wir gesehen haben, dass die beiden Laser sich durch gegenseitige Kopplung abschalten können, war uns klar: Entweder ist das ein Rechenfehler oder ein spektakuläres Ergebnis“, sagt Stefan Rotter. Mittlerweile wurde der Effekt in unabhängigen Rechnungen der amerikanischen Mitautoren bestätigt.

Zwischen Physik, Mathematik und Elektronik

Licht besteht aus Wellen, die sich überlagern und gegenseitig auslöschen können. Das Zusammenspiel der beiden Laser ist aber noch etwas komplizierter. „Es geht nicht allein um die Überlagerung von Lichtwellen – sondern um das Wechselspiel zwischen Überlagerung und Verstärkung des Lichts, das bei Lasern zu scheinbar paradoxen Effekten führen kann“, betont Matthias Liertzer. Methoden wie sie an der Fakultät für Mathematik der TU-Wien entwickelt wurden waren nötig, um die komplizierten nichtlinearen Gleichungen zu lösen, mit denen dieses Problem beschrieben wird. Der physikalische Effekt kann nur verstanden werden, wenn man tief in die Mathematik eindringt: „Das Phänomen beruht auf dem, was man in der Mathematik einen Ausnahmepunkt nennt“, erklärt Stefan Rotter. „Ausnahmepunkte“ sind spezielle Schnittpunkte von Flächen in komplexen Räumen. „Treten nun solche Ausnahmepunkte auch in unseren Lasergleichungen auf, kann dies zu einem Abschalten des Lasers führen. Dadurch können wir eine relativ abstrakte mathematische Struktur mit einem messbaren Phänomen in Verbindung bringen.“ sagt Rotter.
Licht und Mikroelektronik

An der Fakultät für Elektrotechnik der TU Wien werden derzeit Experimente mit Mikrolasern durchgeführt, die diese spektakulären Vorhersagen im Labor reproduzieren sollen. Interessant sind solche Laser-Effekte vor allem deshalb, weil sie neue Ideen für das Zusammenwirken von Mikroelektronik und Lasertechnologie aufzeigen. In heutigen Computern wird Information hauptsächlich über elektrische Signale übertragen – die Einbeziehung von Laserlicht könnte hier völlig neue Möglichkeiten eröffnen.

Originalpublikation http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i17/e173901
in der frei verfügbaren Version auf arxiv.org: http://arxiv.org/abs/1109.0454

Bilderdownload: http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2012/paradox/
Rückfragehinweise:

Dipl.-Ing. Matthias Liertzer
Institut für Theoretische Physik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T.: +43-664-1121346
matthias@liertzer.at

Prof. Stefan Rotter
Institut für Theoretische Physik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T: +43-1-58801-13618
stefan.rotter@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i17/e173901

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Harmonien in der Optoelektronik
21.07.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen
20.07.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten