TU Wien: Gekoppelte Laser führen zu Dunkelheit

17. Juni 2014, 17:36
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Wiener Forscher entwickelten ein System aus gekoppelten Lasern, das sich paradox verhält

Wien - Zwei Lampen sind heller als eine. Dass diese Logik bei Lasern nicht immer stimmt, haben Forscher der Technischen Universität (TU) Wien vor zwei Jahren in Computersimulationen gezeigt. Nun ist es ihnen gelungen, dieses paradoxe Phänomen experimentell zu bestätigen. Zwei Laser schalten sich gegenseitig aus, wenn man sie koppelt, berichten die Wissenschafter im Fachjournal "Nature Communications".

"Normalerweise hängt die Lichtintensität eines Lasers auf recht einfache Weise von der Energie ab, die man hineinsteckt", erklärt Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien. Wird zu wenig Energie zugeführt, geschieht gar nichts, überschreitet die Energie eine kritische Schwelle, beginnt der Laser zu leuchten. Je mehr Energie zugeführt wird, desto stärker leuchtet er.

Angepasste Eigenschaften

Die Forscher konnten jedoch zwei mikroskopisch kleine Laser so miteinander koppeln, dass sie sich gegenseitig ausschalten. Mehr Energie führt dann nicht zu mehr Licht, sondern zu völliger Dunkelheit. Umgekehrt kann auch eine Reduktion der Energiezufuhr dazu führen, dass plötzlich das Licht angeht. Grund für den "Laser-Blackout" ist ein kompliziertes Wechselspiel zwischen Überlagerung und Verstärkung des Lichts.

Gemeinsam mit Kollegen der Universität Princeton (USA) haben die Forscher für das Experiment sogenannte Terahertz-Quantenkaskadenlaser mit einem Durchmesser von weniger als einem Zehntelmillimeter verwendet. Der Vorteil dabei ist, dass die optischen Eigenschaften genau angepasst werden können.

Die Wissenschafter gehen davon aus, dass solche Laser-Kopplungen zu neuen elektro-optischen Schaltungen führen werden. So wie elektronische Bauteile Input-Signale zu einem Output-Signal verarbeiten, könnten das auch optische Bauteile tun. Gekoppelte Quantenkaskadenlaser sind leicht auf einem kleinen Chip unterzubringen und bieten in gekoppelter Form ein breites Repertoire an nicht-trivialen Schaltungsmöglichkeiten. (APA/red, derStandard.at, 17.6.2014)

  • Elektronenmikroskopische Aufnahme der gekoppelten Quantenkaskadenlaser.  Durch die beiden Drähte wird den Lasern die nötige Energie zugeführt.
    foto: tu wien

    Elektronenmikroskopische Aufnahme der gekoppelten Quantenkaskadenlaser. Durch die beiden Drähte wird den Lasern die nötige Energie zugeführt.

  • Simulation der Lasermoden, die in diesem System angeregt werden.
    foto: tu wien

    Simulation der Lasermoden, die in diesem System angeregt werden.

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