Wenn Zufallslaser steuerbar werden

15. Juli 2013, 15:47
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Physiker der TU Wien suchten das richtige Bestrahlungsprofil - Ergebnisse der Computersimulationen werden nun experimentell überprüft

Wien - In gewöhnlichen Lasern wird Licht zwischen zwei Spiegeln hin und her reflektiert. So wird das Licht von den Atomen des Lasers immer weiter verstärkt, bis ein Laserstrahl entsteht und aus dem Laser austritt. Ein Zufallslaser kommt hingegen ohne Spiegel aus. "Er besteht aus einem körnigen Material, in dem das Licht immer wieder abgelenkt und auf komplizierte Bahnen gezwungen wird", so Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien in einer Aussendung.

Entlang dieser Bahnen wird das Licht verstärkt. Wo es schließlich aus dem Laser austritt, hängt also von der zufälligen inneren Struktur ab. Forschern der TU ist es nun gelungen, das Strahlverhalten solcher als Zufallslaser fungierender winziger Strukturen mittels Computersimulationen zu analysieren, sodass sie beliebig steuerbar werden dürften. Die Untersuchung ist im Fachjournal "Physical Review Letters" erschienen.

Grundidee: Beleuchtung mit bestimmtem Muster

Die Energie, die der Laser zur Verstärkung des Lichtstrahls benötigt, muss von außen in Form von Licht zugeführt werden ("optisches Pumpen"). Wird ein scheibenförmiger Zufallslaser gleichförmig gepumpt - also die Struktur einfach von oben angestrahlt - strahlt er sein Laserlicht in alle Richtungen aus.

"Unsere Grundidee ist, den Zufallslaser nicht gleichförmig zu pumpen, sondern ihn mit einem bestimmten Lichtmuster zu beleuchten, das genau die Laserstrahlung hervorruft, die wir uns wünschen", so Rotter. Durch genau abgestimmte Beleuchtung können verschiedene Regionen des Materials in unterschiedlichem Maß zur Lichtverstärkung angeregt werden.

Suche nach dem richtigen Bestrahlungsprofil

Mit Hilfe von Computersimulationen suchen die Forscher nach dem richtigen Bestrahlungsprofil: "Man beginnt mit einem zufällig gewählten Bestrahlungsmuster und beobachtet, welches Laserlicht man dadurch bekommt. Dann passt man gezielt, Schritt für Schritt, dieses Muster an, bis der Laser sein Licht genau in die gewünschte Richtung abstrahlt", sagte Rotter.

Da jeder Zufallslaser eine einzigartige Struktur aufweist, muss dieser Optimierungsprozess auch für jedes einzelne Exemplar durchgeführt werden. Kennen die Physiker aber die Eigenheiten der körnigen Materialien, dann ließe sich der Strahl auch kontrollieren. Dies würde einen großen Schritt in Richtung Anwendung für diese exotischen Lichtquellen bedeuten, heißt es seitens der TU. In Kooperation mit einer Forschungsgruppe aus Paris sollen die Ergebnisse der Computersimulationen nun experimentell überprüft werden. (APA/red, derStandard.at, 15.7.2013)

  • Illustration: Bei einem Zufallslaser (hier von oben beleuchtet) hängt es von der zufälligen inneren Struktur ab, wo das Licht aus dem Laser tritt. Dies könnten Forscher der TU Wien mit dem richtigen Bestrahlungsprofil steuerbar machen.
    illu.: tu wien

    Illustration: Bei einem Zufallslaser (hier von oben beleuchtet) hängt es von der zufälligen inneren Struktur ab, wo das Licht aus dem Laser tritt. Dies könnten Forscher der TU Wien mit dem richtigen Bestrahlungsprofil steuerbar machen.

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