Laserstrahlen werden schärfer

Ein Team von Forschern der Universität Harvard und des japanischen Spezialisten für optische Bauelemente Hamamatsu Photonics hat einen Durchbruch bei Halbleiterlasern, wie sie beispielsweise für optische Speichersysteme und Laserdrucker genutzt werden, erzielt.

Mit einer metallischen Struktur, die direkt an der Oberfläche des Lasers angebracht wurde, konnte die Strahldivergenz drastisch reduziert werden. Der Laserstrahl wird somit schärfer gebündelt, ohne dafür zusätzliche optische Systeme zu benötigen. Davon können Halbleiterlaser beim Einsatz unter anderem in chemischen Sensoren und optischen Kommunikationssystemen profitieren.

Als Kollimator zur Bündelung der Strahlen eines Lasers kommen bislang Linsen- oder Spiegelsysteme zum Einsatz. Das neue System verzichtet auf derart aufwendige Optik und setzt auf einen kleinen Spalt und ein metallisches Gitter direkt an der Oberfläche des Halbleiterlasers, um den Strahl des Lasers zu bündeln. Die Divergenz des Laserlichts in der Polarisierungsrichtung konnte damit um einen Faktor 25 reduziert werden, so die Forscher. „Das ist ein wichtiger erster Schritt zur Strahltechnik für Laser mit beispielloser Flexibilität, zugeschnitten auf spezifische Anwendungen“, ist Forschungsleiter Federico Capasso, Physikprofessor an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences http://seas.harvard.edu , überzeugt.

Demonstriert haben die Wissenschaftler ihr System an einem Laser im mittleren Infrarotbereich, mit einer Wellenlänge von 9,9 Mikrometern. Er könnte beispielsweise für chemische Sensorsysteme mit hoher Reichweite genutzt werden, so die Forscher. Aber auch für kürzere Wellenlängen könnte das neue Kollimatorsystem geeignet sein und dort Vorteile bringen. „Die Entwicklung kann die Komplexität und Kosten von optischen Systemen deutlich reduzieren“, erklärt Hirofumi Kan, General Manager der Hamamatsu Laser Group. Beispielsweise könnte auf aufwendige Linsensysteme verzichtet werden, wenn Signale in Lichtwellenleiter eingespeist werden. Auch für den optischen Richtfunk sei die neue Kollimationstechnik interessant, so die Wissenschaftler.

Die Forschungsergebnisse des Teams werden in einem Beitrag im Journal Nature Photonics http://www.nature.com/nphoton beschrieben, der gestern, Sonntag, online veröffentlicht wurde. Nun wollen die Wissenschaftler das System derart verfeinern, dass auch normal zur Polarisationsebene eine geringe Strahldivergenz erreicht wird und ein möglichst scharf gebündelter Strahl entsteht.