Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein mikroskopisch kleiner Ring für pulsierendes Licht

07.01.2016

Vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützte Forschende haben eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Lasersignals entwickelt, dessen Frequenzen wie die Zähne eines Kamms angeordnet sind. Die Vorrichtung passt auf einen Chip und könnte in der Telekommunikation sowie für chemische Analysen nützlich sein.

Im Allgemeinen werden sowohl Licht- als auch Wasserwellen im Laufe ihrer Bewegung immer flacher, bis sie irgendwann ganz verschwinden. Es gibt aber auch Wellen, deren Form sich durch das Fortpflanzen nicht verändert: Solitonen.

Vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützten Forschenden ist es gelungen, mithilfe eines Mikroresonators optische Solitonen zu erzeugen – Lichtwellen, die ihre Form beibehalten. Das erzeugte Licht setzt sich aus einer Vielzahl an Frequenzen zusammen, die stets genau denselben Abstand voneinander haben. Physiker nennen dies einen Frequenzkamm – eine Analogie zu den regelmässigen Abständen zwischen den Zähnen eines Haarkamms.

Neuer Rekord

Um diese Solitonen zu erzeugen, haben Forschende der EPFL und des Russian Quantum Center in Moskau Mikroresonatoren verwendet. "Dabei handelt es sich um mikroskopisch kleine, sehr dünne Ringe aus Siliziumnitrid", erklärt Tobias Kippenberg, der Gruppenleiter an der EPFL. "Das Besondere an den Mikroresonatoren ist, dass sie das Licht des Lasers, an den sie gekoppelt sind, einige Nanosekunden lang speichern können. Während dieser Zeit zirkuliert das Licht tausende Male im Ring und akkumuliert sich, wodurch sich die Intensität im Ring deutlich verstärkt." Es entsteht eine nicht-lineare Interaktion zwischen Mikroresonator und Licht. Der normalerweise kontinuierliche Laser wird in ultrakurze Pulse umgewandelt: die Solitonen.

Indem sie den Aufbau der Mikroresonatoren anpassten, gelang es den Forschenden der EPFL, zusätzlich eine Solitonen-Tscherenkow-Strahlung zu erzeugen. Diese fördert die Erweiterung des Frequenzspektrums: Der Kamm umfasst mehr Zähne. Die im Fachmagazin Science (*) veröffentlichten Ergebnisse stellen einen neuen Rekord für diese Art von Struktur dar: Die erzeugten Frequenzen können nun im Vergleich zur Laserfrequenz einen Bereich von zwei Drittel einer Oktave umspannen.

Patent angemeldet

"Diese Ergebnisse sind ein vielversprechender Fortschritt für Anwendungsbereiche, bei denen viele Frequenzen mit einem grossen Abstand benötigt werden", so Kippenberg. In der optischen Telekommunikation könnte ein einziger Laser eine Vielzahl individueller Frequenzen für die Übermittlung von Information erzeugen. Andere Anwendungsbereiche wären die Analyse chemischer Produkte und Atomuhren. "Wir haben ein Patent angemeldet, denn das Potenzial zur weiteren Entwicklung ist vorhanden."

Frequenzkämme, für deren Entdeckung Theodor Hänsch und John Hall 2005 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurden, werden in der Regel mithilfe sehr grosser Laser produziert. "Ihre Erzeugung auf sehr kleinen Chips ist ein interessanter Fortschritt, der Frequenzkämme anwendungsfreundlicher macht", meint Kippenberg.

(*) V. Brasch et al.: Photonic chip–based optical frequency comb using soliton Cherenkov radiation, Science 10.1126/science.aad4811 (2015).

(Für Medienvertreter als PDF-Datei beim SNF erhältlich: com@snf.ch)

Kontakt
Prof. Tobias J. Kippenberg
Laboratory of Photonics and Quantum Measurements
EPFL
1015 Lausanne
Tel: + 41 21 693 44 28 oder +41 79 535 00 16
(Erreichbar am 7. Jan. ab 11:30 Uhr)
E-Mail: tobias.kippenberg@epfl.ch

Der Text dieser Medienmitteilung steht auf der Website des SNF zur Verfügung:

Weitere Informationen:

http://www.snf.ch/de/fokusForschung/newsroom/Seiten/news-160107-medienmitteilung...

Medien - Abteilung Kommunikation | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Hannoveraner Physikerteam sagt neue Moleküle aus Licht voraus
26.02.2020 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Wie groß das Neutron ist
26.02.2020 | Ruhr-Universität Bochum

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: Wissenschaftler beleuchten aktuellen Stand der Anwendung des Maschinenlernens bei Forschung an aktiven Materialien

Verfahren des Maschinenlernens haben durch die Verfügbarkeit von enormen Datenmengen in den vergangenen Jahren einen großen Zuwachs an Anwendungen in vielen Gebieten erfahren: vom Klassifizieren von Objekten, über die Analyse von Zeitreihen bis hin zur Kontrolle von Computerspielen und Fahrzeugen. In einem aktuellen Review in der Zeitschrift „Nature Machine Intelligence“ beleuchten Autoren der Universitäten Leipzig und Göteborg den aktuellen Stand der Anwendung und Anwendungsmöglichkeiten des Maschinenlernens im Bereich der Forschung an aktiven Materialien.

Als aktive Materialien bezeichnet man Systeme, die durch die Umwandlung von Energie angetrieben werden. Bestes Beispiel für aktive Materialien sind biologische...

Im Focus: Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln

Forscher des Hubrecht-Instituts (KNAW - Niederlande) und des Max-Planck-Instituts in Münster haben entdeckt, wie ein essentielles Protein bei der Umwandlung von normalen adulten humanen Zellen in Stammzellen zur Aktivierung der genomischen DNA beiträgt. Ihre Ergebnisse werden im „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

Die Identität einer Zelle wird dadurch bestimmt, ob die DNA zu einem beliebigen Zeitpunkt „gelesen“ oder „nicht gelesen“ wird. Die Signalisierung in der Zelle,...

Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

Forscher der Universität Bayreuth haben ein ungewöhnliches Material entdeckt: Bei einer Abkühlung auf zwei Grad Celsius ändern sich seine Kristallstruktur und seine elektronischen Eigenschaften abrupt und signifikant. In diesem neuen Zustand lassen sich die Abstände zwischen Eisenatomen mithilfe von Lichtstrahlen gezielt verändern. Daraus ergeben sich hochinteressante Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Informationstechnologien. In der Zeitschrift „Angewandte Chemie – International Edition“ stellen die Wissenschaftler ihre Entdeckung vor. Die neuen Erkenntnisse sind aus einer engen Zusammenarbeit mit Partnereinrichtungen in Augsburg, Dresden, Hamburg und Moskau hervorgegangen.

Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

Studie von Mainzer Physikern zeigt: Experimente der nächsten Generation versprechen Antworten auf eine der aktuellsten Fragen der Neutrinophysik

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

Im Focus: High-pressure scientists in Bayreuth discover promising material for information technology

Researchers at the University of Bayreuth have discovered an unusual material: When cooled down to two degrees Celsius, its crystal structure and electronic properties change abruptly and significantly. In this new state, the distances between iron atoms can be tailored with the help of light beams. This opens up intriguing possibilities for application in the field of information technology. The scientists have presented their discovery in the journal "Angewandte Chemie - International Edition". The new findings are the result of close cooperation with partnering facilities in Augsburg, Dresden, Hamburg, and Moscow.

The material is an unusual form of iron oxide with the formula Fe₅O₆. The researchers produced it at a pressure of 15 gigapascals in a high-pressure laboratory...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungen

Automatisierung im Dienst des Menschen

25.02.2020 | Veranstaltungen

Genomforschung für den Artenschutz - Internationale Fachtagung in Frankfurt

25.02.2020 | Veranstaltungen

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

Riesiger 3D-Drucker soll tonnenschwere Getriebeteile aus Stahl fertigen

27.02.2020 | Maschinenbau

Immunologie - Rachenmandeln als Test-Labor

27.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Pestizide erhöhen Risiko für Tropenkrankheit Schistosomiasis / Belastete Gewässer fördern Zwischenwirt des Erregers

27.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

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