Laserlicht, flexibel wie ein Gummiband

4. April 2004, 13:00
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Dünnschichtlaser auf Kautschukbasis variieren Wellenlänge des Lichts

Die Wellenlänge eines Laserstrahls wird flexibel: Ein neuer Dünnschichtlaser auf Gummibasis, entwickelt von einem Team von Chemikern und Physikern der Technischen Universität Graz, macht eine Änderung der Wellenlänge und damit der Lichtfarbe in ein- und demselben Bauteil möglich.

Bei bisher üblichen Dünnschichtlasern nach dem "Distributed Feedback"-Prinzip wird ein Gitter mit einer Periode (Größe der Gittermaschen) von einigen Hundert Nanometern in eine dünne Schicht eines festen Werkstoffes eingearbeitet. Die dadurch erzeugbare Laseremission ist durch die Wahl der Gitterperiode im Bauteil definiert und daher kaum veränderbar: Für jede Wellenlänge - das heißt: für jede Lichtfarbe - und für jede damit einhergehende Anwendung brauchte man bisher also einen eigenen Laser. In den vergangenen Jahren wurden dabei in der Lasertechnik immer häufiger Kunststoffe (Polymere) eingesetzt, weil sie sich leicht und gut zu dünnen Schichten verarbeiten lassen. Sie sind allerdings hart - sprich: nicht dehnbar.

Die Grazer Forscher haben nun im Rahmen eines Projekts des Wissenschaftsfonds einen flexiblen Laser auf der Basis von Synthesekautschuk entwickelt, mit dem man die Wellenlänge des Laserlichtes durch mechanisches Dehnen einfach verändern kann. "Die Grundlage der Entwicklung ist ein lichtempfindliches, elastisches Polymer, ein so genanntes Elastomer, in das mit UV-Licht eine Reliefgitterstruktur eingeschrieben wird, mit einer Gitterperiode von 300 bis 500 Nanometern", erklärt Projektleiter Wolfgang Kern vom Grazer TU-Institut für Chemische Technologie organischer Stoffe. "Wie eine dünne Gummifolie ist diese Schicht dehnbar. Gleichzeitig wird damit auch die eingeschriebene Gitterstruktur gedehnt."

Das Gitter ist nun selektiv für bestimmte Lichtwellenlängen. Mit dem Grad der Dehnung verschiebt sich die Emissionswellenlänge und damit die Farbe des Laserlichtes. Die Dehnbarkeit, erläutert Kern, "ist im Prinzip so groß wie die eines Gummibandes oder wie die eines Latexhandschuhs" - also ein Vielfaches der ursprünglichen Fläche. Das Licht kann damit dem Verwendungszweck angepasst werden: "Man kann die Farbe variieren", sagt Kern. Der Effekt ist reversibel, kann also oft wiederholt werden.

Die - sehr kleinen - Dünnschichtlaser werden nicht etwa wie - größere - Laserpointer oder andere, große Geräte elektrisch oder mit Batterien betrieben, sondern sie werden optisch durch das Licht eines anderen Lasers angeregt. Ihr Anwendungsbereich liegt in der Photonik, der optischen Kommunikation sowie der Optoelektronik. Ein Beispiel ist die Datenübertragung mittels Lichts oder der Einsatz als Frequenzfilter in der Telekommunikation.

Mögliche praktische Vorteile dieser Grundlagenforschungen sind eine höhere Parallelität in der optischen Datenübertragung und eine höhere Integrierbarkeit der Bauteile. Um den Anwendungsbereich weiter auszudehnen, experimentieren die TU-Forscher nun auch mit mehrfach gekreuzten Gitterstrukturen. Zwei oder drei Gitter sollen im rechten Winkel zueinander waschbrettartig gekreuzt werden, sodass der Variationsbereich der Wellen erweitert wird. Die Forschungsergebnisse sind in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift Advanced Materials (2004, 16, 130-132) publiziert. (Eva Stanzl/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 3./4. 4. 2004)

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