Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

QUEST - Neue Methode zur Erzeugung von ultrakurzen Laserimpulsen

07.09.2011
Forschergruppe entwickelt eine einfache Alternative für Laboranwendungen

Für die Messung und Darstellung von ultraschnellen Prozessen, die sich in winzigen Zeitbereichen abspielen, zum Beispiel die Bewegung von Elektronen in Atomen oder Molekülen, werden Lichtimpulse verwendet, die eine kürzere Zeitdauer haben als der zu untersuchende Prozess selbst.


Erzeugung hoher Harmonischer Strahlung durch ein Weißlicht-Filament. Foto: Daniel Steingrube, Institut für Quantenoptik.

Dies ist nur mit einem Laser möglich, und die kürzesten heute realisierbaren Laserimpulse liegen im Attosekundenbereich (eine Attosekunde entspricht dem Trillionstel einer Sekunde 1as = 10-18s). Die Erzeugung solch kurzer Impulse war bisher nur in speziellen Laboren mit einem komplizierten und sehr aufwendigen Verfahren möglich. Einer Forschergruppe des Instituts für Quantenoptik an der Leibniz Universität Hannover ist es nun erstmals gelungen, dafür eine einfache und zuverlässige Methode zu entwickeln.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Exzellenzclusters QUEST (Centre for Quantum Engineering and Space-Time Research) haben in Zusammenarbeit mit Forschergruppen aus den USA und Frankreich gezeigt, dass es eine Alternative zu der bisher sehr aufwendigen Erzeugung der kurzen Laserpulse gibt. Bei der bisherigen Methode zur Erzeugung von Pulsen im Attosekundenbereich wird ein Laserimpuls über mehrere Schritte kompensiert, umgewandelt und so gefiltert, dass am Ende die benötigten Laserpulse im extrem-ultravioletten Spektralbereich (XUV) entstehen. Die Physiker aus Hannover bedienen sich einer anderen Vorgehensweise. „Unsere im Vergleich einfache Erzeugung isolierter Attosekundenpulse würde den Einsatz auch in nichtspezialisierten Laboren ermöglichen“, erklärt Juniorprofessor Dr. Milutin Kovacev, Physiker am Institut für Quantenoptik und Leiter der Arbeitsgruppe.

Sie produzieren dafür ein sogenanntes Laserfilament, bei dem ein intensiver Laserpuls in einer Gaszelle einen Plasmakanal bildet, in dem er über einige zehn Zentimeter Länge fokussiert bleibt. Ein solcher Plasmakanal ermöglicht den Prozess der Selbstphasenmodulation, also die Erzeugung zusätzlicher Lichtfrequenzen. Diese Lichtfrequenzen verbreitern das Spektrum des ursprünglichen Pulses und verkürzen gleichzeitig diesen in der Pulsdauer. Theoretische Simulationen zeigen, dass es eine zeitlich und räumlich komplexe Formung des sich ausbreitendes Pulses gibt, die lokal zu Impulsspitzen führen kann. Entlang der Ausbreitungsrichtung des Filaments entstehen somit lokal extrem kurze Pulse mit einer erhöhten Spitzenleistung. Bisher war es allerdings nicht möglich, eine solche Impulsspitze, die sich lokal an einem Ort im Filament bildet, direkt zu messen und für weitere Anwendungen zu nutzen.

Die Arbeitsgruppe aus Hannover hat nun eine Technik entwickelt, mit der sich die Impulsspitzen im Filament lokalisieren lassen. Ein abrupter Übergang in ein Vakuum am Ende der Gaszelle ermöglicht ein gezieltes Abschneiden des Filaments und somit eine lokale Abtastung der Impulse im Plasmakanal. Die lokale Abtastung der Impulsspitzen des Filaments erfolgt über den Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer Strahlung, also der Vervielfachung der Frequenz der Grundfrequenz des Impulses. Es stellt sich heraus, dass diese Frequenzvervielfachung nur an zwei definierten Orten im Filament effizient gelingt. Schneidet man das Filament exakt dort ab - wo auch schon die Theorie den kürzesten Laserpuls vorhersagte - so bekommt man ein Frequenzkontinuum und kann isolierte Laserimpulse mit einer Pulsdauer von einigen hundert Attosekunden erzeugen.

Diese Technik stellt damit eine neuartige Quelle für Attosekundenpulse dar, die den Aufwand der Erzeugung drastisch reduziert. Innerhalb des Filaments finden sowohl die Pulskompression, die Dispersionskompensation als auch die Erzeugung hoher Harmonischer Strahlung automatisch statt, ohne weiteren Aufwand und Kosten. Ein weiterer Vorteil der neuen Methode ist die unkomplizierte Anwendung. „Wenn das System einmal läuft, sind keine weiteren Anpassungen notwendig. Es kann dadurch in vielen weiteren Gebieten der Wissenschaft genutzt werden“, so Kovacev weiter.

Der Fachartikel „High-order harmonic generation directly from a filament“ ist im New Journal of Physics, Ausgabe 13 (2011), doi: 10.1088/1367-2630/13/4/043022, erschienen.

Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen steht Ihnen Jun.-Prof. Dr. Milutin Kovacev vom Institut für Quantenoptik unter Telefon +49 511 762 5286 oder per E-Mail unter kovacev@iqo.uni-hannover.de gerne zur Verfügung.

Jessica Lumme | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-hannover.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung
28.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Zeolith-Katalysatoren ebnen den Weg für dezentrale chemische Prozesse: Biosprit aus Abfällen
28.06.2017 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive