Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jenaer Physiker bauen Super-Laser der Zukunft

12.06.2001

Einen der stärksten Laser der Welt bauen Physiker im Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena. Ein Petawatt Leistung, das sind eine Billion Kilowatt, soll die nach einem technologisch vollständig neuen Konzept konstruierte Maschine erzeugen - zehnmal mehr als die stärksten Forschungs-Laser derzeit bringen.

Prof. Roland Sauerbrey und sein Team stoßen damit das Tor in neue physikalische Dimensionen auf: Sie wollen chemische Elemente umwandeln und somit quasi alte Alchimistenträume wirklich machen, astrophysikalische Ereignisse, etwa die Implosion von Gestirnen, im Labor en miniature nachbilden oder in der relativistischen Plasmaphysik aus Licht buchstäblich Materie erzeugen.

Die Jenaer Wissenschaftler haben gemeinsam mit ihren Partnern aus der traditionellen Optik-Region Jena zwei der drei technologischen Grundsatzprobleme für den neuen Laser schon gelöst - und damit bereits eine ganze Serie von so genannten spin-off-Effekten, also unmittelbar praktisch umsetzbaren Erkenntnissen, erzielt. "Thüringer Firmen in der Optik-Industrie sichern sich damit einen spezifischen Vorsprung vor der internationalen Konkurrenz", weiß Sauerbrey. Das Erfurter Wissenschaftsministerium fördert - nicht zuletzt aus diesem Grund - das Jenaer Projekt mit einer millionenschweren Basisfinanzierung.

Klein, kompakt und - mit einem Quantenwirkungsgrad von 90 Prozent - äußerst effizient wird das neue Gerät die bisherigen Generationen von Lasern alt aussehen lassen. "Wir haben uns von Anfang an von der üblicherweise sehr aufwändigen Blitzlampentechnik verabschiedet und deshalb unseren Laser auf der Basis optimierter Pumpdioden konstruiert", verrät Sauerbrey das Geheimnis der Verstärkereinheit, also des Herzstücks, für den Petawatt-Laser.

Im Endausbau werden darin 4.500 Laserdioden parallel eingesetzt. Sie stellen binnen zweier Millisekunden einen Energievorrat bereit, den dann ein speziell präparierter Laserimpuls regelrecht "abräumt" - und somit monströse Potenzen erreicht. Jede einzelne dieser Dioden liefert etwa 400 Millijoule Energie, also nahezu 100.000 Mal mehr als Dioden wie in handelsüblichen CD-Spielern. Die Jenoptik AG hat diese weltweit stärksten Laserdioden für Sauerbreys Projekt konstruiert und fertigt sie inzwischen in Serie für den Weltmarkt.

Wie bisherige Laser auch, "lebt" der neue Petawatt-Laser von der Qualität seiner optischen Bauteile. Nun haben Chemiker um Dr. Doris Ehrt im Otto-Schott-Institut der Uni Jena Spezialgläser aus Ytterbium-Ionen-dotiertem Fluorid-Phosphat entwickelt, die extrem hohe Energiemengen speichern können. "Wir haben bereits die im Endausbau erforderlichen Gläser mit 70 mm Durchmesser, die die erforderliche Pumpenergie von einem Kilojoule speichern können", rechnet Sauerbrey vor. Auch hier steht eine Serienfertigung - nicht nur für Hochleistungslaser - in Aussicht, vielleicht sogar in einer neuen Firma.

Sauerbreys Mitarbeiter, Dr. Joachim Hein und Dr. Thomas Töpfer, haben bereits ein eigenes Unternehmen gegründet, um das gewonnene Know-how zu vermarkten. Diodentechnologie und Lasergläser werden demnächst auf der weltweit bedeutendsten Fachmesse in München erstmals vorgestellt. Auch andere Thüringer Mittelständler wie die Hellma-Optik Jena oder die Mellinger Layertec GmbH profitieren von dem Know-how-Transfer aus dem Großprojekt.

Eine besonders harte Nuss haben die Jenaer Wissenschaftler allerdings noch zu knacken: Herkömmliche Beschichtungen für optische Oberflächen halten die gewaltigen Energiedichten nicht aus. "Wir brauchen dafür neue, hochreine Materialien mit extrem hoher Oberflächenqualität", schildert Sauerbrey. Spätestens in vier Jahren wollen er und seine Mitstreiter aber soweit sein. "Als wir 1998 mit dem Projekt begonnen haben, hielten viele Experten es für technologisch vollkommen utopisch und nicht finanzierbar", erinnert er sich. Nun scheint der Durchbruch zum Greifen nahe.

Wenn die Entwicklungssprünge in der Lasertechnologie ihr Tempo beibehalten, rechnet der Jenaer Physiker in etwa zehn Jahren mit einer Serienfertigung des Super-Lasers für industrielle Zwecke. Feldstärken von bis zu 10 hoch 23 Watt/cm2, Drücke bis zu einigen Terabar und eine Materiebeschleunigung bis zu 10 hoch 22 g werden dann erreichbar sein.

Das mögliche Anwendungsspektrum klingt heute noch wie Science fiction: Per Kerntransmutation bei chemischen Elementen, also durch Eingriffe in die atomare Teilchenstruktur, ließen sich neue Radioisotope für die medizinische Strahlendiagnostik und -therapie erzeugen, hochgefährliche Giftstoffe wie Atommüll könnte man buchstäblich "verbrennen". Zukunftsmusik, vorerst.

Wenn sie erst Realität geworden sein wird, möchten Roland Sauerbrey und sein Wissenschaftler-Team aber schon weiter sein. "Jetzt sprengen wir erst einmal die Petawatt-Grenze", so der Jenaer Physiker. "Mit diesem neuen technologischen Ansatz erscheinen uns aber Leistungsdichten bis zu 100 Petawatt durchaus als realistisches Ziel."

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Roland Sauerbrey
Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität
Tel.: 03641/947200, Fax: 947202
E-Mail: sauerbrey@ioq.uni-jena.de

Dr. Wolfgang Hirsch
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Fürstengraben 1
D-07743 Jena
Telefon: 03641 · 931030
Telefax: 03641 · 931032
E-Mail: roe@uni-jena.de

Dr. Wolfgang Hirsch | idw

Weitere Berichte zu: Endausbau Laser Physik Sauerbrey Super-Laser

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Neues Verfahren verbessert Haltbarkeit der Beschichtung auf Werkzeugen
12.07.2018 | Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

nachricht Neue Technologie für ultraglatte Polymerfolien
27.06.2018 | Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

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

Optische Kontrolle von Herzfrequenz oder Insulinsekretion durch lichtschaltbaren Wirkstoff

17.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umweltressourcen nachhaltig nutzen

17.07.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Textilien 4.0: Smarte Kleidung und Wearables als Innovation

17.07.2018 | Innovative Produkte

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