Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erster Zufallslaser aus papierbasierten Keramiken

10.11.2016

Den ersten steuerbaren Zufallslaser auf der Basis von Zellstoffpapier hat ein Team um Professor Cordt Zollfrank von der Technischen Universität München (TUM) zusammen mit Physikern der Universität Rom hergestellt. Das Team belegt, wie aus natürlich vorkommenden Strukturen eine technische Anwendung entstehen kann. Somit müssen künftig keine Materialien mehr künstlich mit ungeordneten Strukturen versehen werden, sondern es kann auf natürlich vorkommende zurückgegriffen werden.

Die von der Biologie inspirierte Materialsynthese ist ein Forschungsbereich am Lehrstuhl für Biogene Polymere der TUM am Wissenschaftszentrum Straubing: Dabei werden Modelle aus der Natur übertragen und biogene Materialien zur Entwicklung neuer Werkstoffe oder Technologien verwendet.


Für ihren Zufallslaser verwendeten die Wissenschaftler gewöhnliches Labor-Filterpapier wegen seiner langen Fasern und stabilen Struktur.

Foto: Institute for Complex Systems /Rom

In der aktuellen Ausgabe der Publikation ‚Advanced Optical Materials’ wird eine Grundlagenstudie vorgestellt, bei der es einem Team aus Straubing und Rom gelungen ist, „eine biologische Struktur als Vorlage für einen technischen Zufallslaser zu verwenden", sagt Wissenschaftler Dr. Daniel Van Opdenbosch.

Bei einem Laser sind zwei Komponenten notwendig: Einmal ein Medium, welches Licht verstärkt. Zum anderen eine Struktur, welche das Licht im Medium hält. Während ein klassischer Laser über Spiegel geordnet zielgerichtet in eine Richtung leuchtet und zwar einheitlich, passiert dies bei der winzigen Struktur eines Zufallslasers zwar auch einheitlich, jedoch in die verschiedensten Richtungen.

Die Entwicklung der Zufallslaser steckt zwar noch in den Anfängen, aber sie könnten einmal für kostengünstigere Produktionen sorgen, zudem haben Zufallslaser den Vorteil, dass sie richtungsunabhängig und mehrfarbig funktionieren, um nur einige Vorteile zu nennen.

Unordnung der Struktur sorgt für Ablenkung des Lichts in alle Richtungen

„Die Voraussetzung für einen Zufallslaser ist ein definiertes Maß an struktureller Unordnung im Inneren“, erklärt Van Opdenbosch. Das Licht im Zufallslaser wird folglich entlang zufälliger Pfade kreuz und quer gestreut, die bedingt sind durch eine unregelmäßige Strukturierung im Inneren des Mediums. Das Team um Professor Zollfrank vom Lehrstuhl für Biogene Polymere in Straubing setzte als Strukturvorlage gewöhnliches Labor-Filterpapier ein. „Wegen seiner langen Fasern und der daraus resultierenden stabilen Struktur erschien es uns als geeignet“, sagt Van Opdenbosch.

Im Labor wurde das Papier mit Tetraethylorthotitanat, einer metallorganischen Verbindung, imprägniert. Diese bildet beim Trocknen und anschließenden Ausbrennen des Zellstoffs bei 500 Grad Celsius als Rückstand die Keramik Titandioxid – ein Material, das üblicherweise in Sonnencremes für den Lichtschutz sorgt.

„Der Effekt in Sonnencremes basiert auf der starken Streuung von Licht an Titandioxid“, sagt Van Opdenbosch – „was wir auch für unseren Zufallslaser brauchten.“ Und „unser Laser ist insofern 'zufällig', weil das – über die biogene Struktur des Labor-Filterpapiers – in verschiedene Richtungen abgelenkte Licht auch in die Gegenrichtung gestreut werden kann“, beschreibt Daniel Van Opdenbosch das Prinzip.

Zufallslaser doch nicht so zufällig

Dass die Lichtwellen bei aller Zufälligkeit dennoch steuerbar sind, haben wiederum Kolleginnen und Kollegen um Professor Claudio Conti vom Institut für Komplexe Systeme des Italienischen Nationalen Forschungsrates in Rom herausgefunden, mit denen Daniel Van Opdenbosch und Cordt Zollfrank kooperierten. Mit Hilfe eines Spektrometers konnten sie verschiedene im Material entstehende Laserwellenlängen unterscheiden und getrennt voneinander lokalisieren.

„Der Versuchsaufbau, mit dem die Proben kartiert wurden, bestand aus einem grünen Laser, dessen Energie verändert werden konnte, aus Mikroskopielinsen und einem mobilen Tisch, mit dem die Probe abgefahren werden konnte“, beschreibt Van Opdenbosch das Vorgehen.

„Damit konnten die Kollegen herausfinden, dass bei verschiedenen Energielevels unterschiedliche Bereiche des Materials verschiedene Laserwellen ausstrahlen.“ So analysiert, ist es möglich, den Laser nach Belieben einzustellen und zu bestimmen, in welche Richtung und mit welcher Helligkeit er strahlt.

Damit rücken Möglichkeiten praktischer Anwendung in greifbare Nähe. "Solche Materialien können beispielsweise als Mikro-Schalter oder Detektoren für strukturelle Änderungen nützlich sein", sagt Van Opdenbosch.

Publikation:
Ghofraniha, Neda, Luca La Volpe, Daniel Van Opdenbosch, Cordt Zollfrank, and Claudio Conti: Biomimetic Random Lasers with Tunable Spatial and Temporal Coherence, Advanced Optical Materials, September 2016. doi:10.1002/adom.201600649.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201600649/full

Kontakt

Technische Universität München
Wissenschaftszentrum Straubing
Professur für Biogene Polymere
Professor Cordt Zollfrank
+49 (9421) 187 - 450
cordt.zollfrank@tum.de
http://www.wz-straubing.de

Dr. Daniel Van Opdenbosch
+49 (8161) 984 - 452
daniel.van-opdenbosch@tum.de

Weitere Informationen:

https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/33517/

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Berichte zu: Biogene Keramiken Komplexe Systeme Laser Licht Polymere Random Titandioxid Zufallslaser

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen
20.11.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Wie sich ein Kristall in Wasser löst
20.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen

Max-Planck-Forscher entdecken die Nanostruktur von molekularen Zügen und den Grund für reibungslosen Transport in den „Antennen der Zelle“

Eine Zelle bewegt sich ständig umher, tastet ihre Umgebung ab und sendet Signale an andere Zellen. Das ist wichtig, damit eine Zelle richtig funktionieren kann.

Im Focus: Nonstop Tranport of Cargo in Nanomachines

Max Planck researchers revel the nano-structure of molecular trains and the reason for smooth transport in cellular antennas.

Moving around, sensing the extracellular environment, and signaling to other cells are important for a cell to function properly. Responsible for those tasks...

Im Focus: InSight: Touchdown auf dem Mars

Am 26. November landet die NASA-Sonde InSight auf dem Mars. Erstmals wird sie die Stärke und Häufigkeit von Marsbeben messen.

Monatelanger Flug durchs All, flammender Abstieg durch die Reibungshitze der Atmosphäre und sanftes Aufsetzen auf der Oberfläche – siebenmal ist das Kunststück...

Im Focus: Weltweit erstmals Entstehung von chemischen Bindungen in Echtzeit beobachtet und simuliert

Einem Team von Physikern unter der Leitung von Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, Universität Paderborn, und Prof. Dr. Martin Wolf, Fritz-Haber-Institut Berlin, ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie haben weltweit zum ersten Mal und „in Echtzeit“ die Änderung der Elektronenstruktur während einer chemischen Reaktion beobachtet. Mithilfe umfangreicher Computersimulationen haben die Wissenschaftler die Ursachen und Mechanismen der Elektronenumverteilung aufgeklärt und visualisiert. Ihre Ergebnisse wurden nun in der renommierten, interdisziplinären Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.

„Chemische Reaktionen sind durch die Bildung bzw. den Bruch chemischer Bindungen zwischen Atomen und den damit verbundenen Änderungen atomarer Abstände...

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Personalisierte Implantologie – 32. Kongress der DGI

19.11.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz diskutiert digitale Innovationen für die öffentliche Verwaltung

19.11.2018 | Veranstaltungen

Naturkonstanten als Hauptdarsteller

19.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Für eine neue Generation organischer Leuchtdioden: Uni Bayreuth koordiniert EU-Forschungsnetzwerk

20.11.2018 | Förderungen Preise

Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen

20.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie sich ein Kristall in Wasser löst

20.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics