Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Gespür für Infrarotlicht

19.01.2016

Laserphysiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik haben ein Messsystem für Lichtwellen im Nahen Infrarotbereich entwickelt.

Wer den Mikrokosmos erforschen möchte, der benötigt eine exakte Kontrolle über Laserlicht. Erst mit seiner Hilfe ist es möglich, Elektronenbewegungen zu erkunden und ihr Verhalten zu beeinflussen. Jetzt haben Physiker vom Labor für Attosekundenphysik am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) und der Ludwig-Maximilians Universität München (LMU) ein Messsystem entwickelt, mit dem sie Laserpulse mit großer Bandbreite im Infrarotspektrum des Lichts exakt bestimmen können.


Über einen Lithiumniobat-Kristall erzeugen die Laserphysiker einen nur wenige Femtosekunden langen Infrarotpuls. Die Wellenform des Infrarotlichts können die Forscher genau analysieren.

Foto: Thorsten Naeser

Im Infrarot-Wellenlängenbereich bis zu 1200 Nanometern war dies bis jetzt nur mit aufwendigen Vakuumsystemen möglich. Das neue System kann für die präzise Erzeugung von Attosekunden-langen Lichtblitzen zur Erforschung von Elektronenbewegungen eingesetzt werden, genauso wie zur kontrollierten Mobilisation von Elektronen in Kristallen.

Licht ist ein nur schwer zu fassendes Medium. Mit knapp 300.000 Kilometern pro Sekunde ist es nicht nur sehr schnell, auch sein elektromagnetisches Feld hat es in sich: Es schwingt rund eine Million Milliarden Mal pro Sekunde. In den letzten Jahren gelingt es dennoch immer besser, diese Schwingungen exakt zu bestimmen und sie sogar zu beeinflussen. Damit wird Licht zu einem ultraschnellen Werkzeug zur Erkundung des Mikrokosmos.

Infrarote Laserpulse mit wenigen Femtosekunden Dauer, dienen in diesem Zusammenhang einerseits dazu, eine verlässliche Lichtquelle für die Erzeugung von Attosekunden-Lichtblitzen zu schaffen. Mit Attosekunden-langen Lichtblitzen ist man in der Lage Elektronen zu „fotografieren“.

Zum anderen kann man mit Infrarot-Laserpulsen Elektronenbewegungen in Molekülen und Kristallen anregen und damit ihre elektronischen Eigenschaften innerhalb von Femtosekunden verändern. Eine Femtosekunde ist ein Millionstel einer milliardstel Sekunde, eine Attosekunde ist noch tausend Mal kürzer.

Je besser man die Beschaffenheit der Infrarot-Laserpulse kennt, desto genauer können Experimente durchgeführt werden, die Aufschluss über Phänomene im Inneren von Kristallen geben. Jetzt haben Laserphysiker vom Labor für Attosekundenphysik um Dr. Nicholas Karpowicz und Sabine Keiber am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians Universität München ein Messsystem entwickelt, mit dem man den genauen Schwingungsverlauf von Lichtwellen im infraroten Bereich des Spektrums, bis zu 1200 Nanometer Wellenlänge, analysieren kann.

In diesem Messsystem tastet ein weiterer, fünf Femtosekunden-langer Laserpuls das elektromagnetische Feld des Infrarotpulses ab. „Ein Femtosekunden-langer Infrarot-Laserpuls besteht aus synchronisierten Wellenschwingungen des Lichts und damit des elektromagnetischen Feldes“, erklärt Nicholas Karpowicz.

„Mit unserer Technik sind wir nun in der Lage nicht nur das elektromagnetische Feld des Lichtpulses in seiner Gesamtheit zu bestimmen, sondern auch das Feld jeder einzelnen Schwingung innerhalb des Pulses zu analysieren.“ In dem Wellenlängenbereich bis zu 1200 Nanometer war eine so exakte Analyse bis heute nur unter sehr aufwendigen Bedingungen möglich.

Mit der neu erworbenen Kontrolle über die nahen Infrarotpulse erweitern sich nun die Möglichkeiten zur Erkundung des Mikrokosmos. Ebenso haben die Forscher mit ihrer Analysemethode eine Möglichkeit geschaffen, die technologische Weiterentwicklung im Bereich der Datenübertragung mit Licht zu unterstützen.

Da für die Übertragung von Informationen häufig eine Lichtwellenlänge von rund 1500 Nanometern benutzt wird, bietet sich nun die Chance diese durch exakte Messtechnik noch effizienter zu gestalten. Und auch in der Grundlagenforschung kann das System eingesetzt werden. Das Messsystem kann die zeitaufgelöste Infrarotspektroskopie zur Untersuchung von biologischen und chemischen Proben verbessern. Thorsten Naeser

Originalveröffentlichung:

Sabine Keiber, Shawn Sederberg, Alexander Schwarz, Michael Trubetskov, Volodymyr Pervak, Ferenc Krausz and Nicholas Karpowicz
Electro-optic sampling of near-infrared waveforms
Nature Photonics, 18. Januar 2016, doi: 10.1038/NHPHOTON.2015.269

Kontakt:

Dr. Nicholas Karpowicz
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching b. München
Telefon: +49 (0)89 / 32 905 - 689
E-Mail: nicholas.karpowicz@mpq.mpg.de

Sabine Keiber
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching b. München
Telefon: +49 (0)89 / 32 905 - 658
E-Mail: sabine.keiber@mpq.mpg.de

Dr. Olivia Meyer-Streng
Presse-und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching b. München
Telefon: +49 (0)89 / 32 905 -213
E-Mail: olivia.meyer-streng@mpq.mpg.de

Dr. Olivia Meyer-Streng | Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Weitere Informationen:
http://www.mpq.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Kosmische Katastrophe bestätigt Einsteins Relativitätstheorie
10.07.2020 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen
09.07.2020 | Universität Hamburg

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: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Im Focus: Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen

Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren. Wissenschaftlern vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ an der Universität Hamburg ist es nun erstmals gelungen, starke Hinweise auf Suprafluidität in einer zweidimensionalen Gaswolke zu beobachten. Sie berichten im renommierten Magazin „Science“ über ihre Experimente, in denen zentrale Aspekte der Supraleitung in einem Modellsystem untersucht werden können.

Es gibt Dinge, die eigentlich nicht passieren sollten. So kann z. B. Wasser nicht durch die Glaswand von einem Glas in ein anderes fließen. Erstaunlicherweise...

Im Focus: The spin state story: Observation of the quantum spin liquid state in novel material

New insight into the spin behavior in an exotic state of matter puts us closer to next-generation spintronic devices

Aside from the deep understanding of the natural world that quantum physics theory offers, scientists worldwide are working tirelessly to bring forth a...

Im Focus: Im Takt der Atome: Göttinger Physiker nutzen Schwingungen von Atomen zur Kontrolle eines Phasenübergangs

Chemische Reaktionen mit kurzen Lichtblitzen filmen und steuern – dieses Ziel liegt dem Forschungsfeld der „Femtochemie“ zugrunde. Mit Hilfe mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse sollen dabei atomare Bindungen punktgenau angeregt und nach Wunsch aufgespalten werden. Bisher konnte dies für ausgewählte Moleküle realisiert werden. Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es nun gelungen, dieses Prinzip auf einen Festkörper zu übertragen und dessen Kristallstruktur an der Oberfläche zu kontrollieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Das Team um Jan Gerrit Horstmann und Prof. Dr. Claus Ropers bedampfte hierfür einen Silizium-Kristall mit einer hauchdünnen Lage Indium und kühlte den Kristall...

Im Focus: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

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

Erster Test für neues Roboter-Umweltmonitoring-System der TU Bergakademie Freiberg

10.07.2020 | Informationstechnologie

Binnenschifffahrt soll revolutioniert werden: Erst ferngesteuert, dann selbstfahrend

10.07.2020 | Verkehr Logistik

Robuste Hochleistungs-Datenspeicher durch magnetische Anisotropie

10.07.2020 | Informationstechnologie

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