Physiker erzeugen erstmals Laser aus ultrakaltem Gas

25. Dezember 2011, 17:16
9 Postings

Mit so genannten "Optischen Gittern" könnten künftig Materialien entwickelt werden, in denen sich Licht einschließen lässt

Ein herkömmlicher Laser besteht aus einem Lichtverstärker und einem Satz Spiegel, der das verstärkte Licht zurück zum Verstärkereingang führt. Bei genügend effizienter Rückkopplung bildet sich spontan ein Laserstrahl aus, analog etwa zum akustischen Pfeifton, der entsteht wenn man ein Mikrofon zu nahe an einen Lautsprecher hält. In so genannten DFB-Lasern (distributed feedback) können die Spiegel auch durch ein Gitter ersetzt werden, das das Licht durch Beugung in sich zurückführt.

Den Forschern des Physikalischen Instituts der Universität Tübingen ist es nun gelungen, solche Reflektionsgitter komplett aus Rubidiumgas herzustellen, das durch Laserlicht zu einem Stapel aus 10.000 extrem dünnen Scheiben geformt wird. Um solche "Optischen Gitter" zu erzeugen, muss man das Gas auf Temperaturen von weniger als ein Tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abkühlen, was aber mit einer Kombination von weiteren Laserstrahlen möglich ist. Dasselbe Rubidiumgas, aus dem das Gitter geformt wird, kann man gleichzeitig auch als optischen Verstärker verwenden. Man erhält so einen DFB-Laser, der nur aus Licht und einem Gas besteht, das eine Milliarde mal dünner ist als Luft.

William Guerin und sein Mitarbeiter Alexander Schilke befassen sich seit zwei Jahren in der Arbeitsgruppe "Quantenoptik" mit der Reflektion von Licht an optischen Gittern. Ziel war die Entwicklung von Materialien mit sogenannter "photonischer Bandlücke": Aus solchen periodisch strukturierten Materialien sollte Licht nicht mehr entweichen können, da es, egal in welche Richtung es sich bewegt, immer in sich zurück gebeugt wird. Auf diese Weise könnte man Licht in einem Material einschließen - optische Gitter mit ultrakalten Atomen sind mögliche Kandidaten für die Realisierung derartiger optischer Designermaterialien.

Unerwarteter Laser

Guerin und Schilke wollten eigentlich nur den Reflektionsgrad ihres Gitters weiter verbessern und über die bereits von ihnen erreichten 80 Prozent steigern. Dass dabei ein neuartiger Laser herauskam, war für die Forscher selber eine Überraschung. "Auf einmal waren unsere Photodetektoren gesättigt und wir haben unerwartete Lichtblitze gesehen, wo keine sein sollten", sagt Guerin. Anwendungen des neuen Lasers könnten in der Erzeugung kegelförmiger Zwillingsstrahlen mit besonderen Rauscheigenschaften liegen oder auch in der Entwicklung von ultravioletten Lasern für die konventionelle Spiegel nicht verwendet werden können. (red)

  • Das Licht (hier violett dargestellt) formt das "Optische Gitter" (rot), die Folge ist ein konischer Laserstrahl (hier als gelber Ring).
    foto: universität tübingen/physikalisches institut, arbeitsgruppe quantenoptik

    Das Licht (hier violett dargestellt) formt das "Optische Gitter" (rot), die Folge ist ein konischer Laserstrahl (hier als gelber Ring).

Share if you care.