Neu entwickelter Laser erzeugt meterlange Plasmafäden in der Luft

18. Februar 2015, 13:46
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TU-Wien-Forscher erzeugen hochenergetische Infrarot-Laserpulse, die sich an der Luft selbst fokussieren und so ein Plasma-Filament entstehen lassen

Wien - Russische und österreichische Wissenschafter haben einen Laser im mittleren Infrarotbereich entwickelt, der stark genug ist, um damit Plasma-Filamente in der Luft zu erzeugen. Die dünnen Lichtfasern können für chemische Analysen der Atmosphäre genutzt werden , berichten Wissenschafter der Technischen Universität (TU) Wien im Fachjournal "Nature Scientific Reports".

Um solche Plasma-Filamente zu erzeugen, muss der Laserstrahl eine kritische Intensität erreichen. Das gelang im mittleren Infrarotbereich, der sich speziell für die chemische Analyse von Luftschadstoffen eignet, bisher nur im Labor.

Mit einer an der TU Wien entwickelten Verstärkertechnologie konnten die Forscher gemeinsam mit russischen Kollegen rund 100 Femtosekunden (eine Femtosekunde ist eine Billiardstel Sekunde) kurze Laserpulse im mittleren Infrarotbereich (rund vier Mikrometer Wellenlänge) erzeugen. Durch die Kürze des Pulses steigt dessen Intensität stark an, dies führt zur Selbstfokussierung des Strahls an der Luft.

Denn der Brechungsindex der Luft hängt von der Intensität des Lichtstrahls ab. Und diese ist in der Mitte des Strahls höher als am Rand, wodurch die Luft zur fokussierenden Linse wird. "Im Fokus wird die Intensität des Laserstrahls so hoch, dass die Luft ionisiert wird, es entsteht ein bis zu mehrere Meter langes Plasmafilament", erklärte Audrius Pugzlys vom Institut für Photonik der TU Wien. Die Distanz zwischen der Laserquelle und dem Entstehungsort der Lichtfaser kann dabei gewählt werden und zwischen einigen Zentimetern bis zu mehreren Hundert Meter betragen.

Das vom Plasma-Filament ausgehende Licht im mittleren Infrarotbereich kann Auskunft über die chemische Zusammensetzung der Luft geben. Voraussetzung dafür sind aber ausreichend hochenergetische Infrarot-Laserpulse, die bisher an Luft bei normalen Bedingungen nicht verfügbar waren.

Laser am Himmel

Im Labor konnten die Wissenschafter zudem zeigen, dass durch Wechselwirkung mit Stickstoffatomen das Plasma-Filament selbst zu einem Laser werden kann. Der so entstehende Laserstrahl leuchtet direkt zurück zur Infrarot-Laserquelle. "Wenn es uns gelingt, diesen Effekt in einem Filament in der Atmosphäre hervorzurufen, könnten wir einen Laser am Himmel erzeugen", so Pugzlys. Mit zwei solchen Laserstrahlen könnten die in der Luft enthaltenen Moleküle sehr präzise untersucht werden. (APA/red, derStandard.at, 18.2.2015)

  • Die im Labor erzeugten Licht-Filamente eignen sich zur chemischen Analysen der Atmosphäre.
    foto: tu wien

    Die im Labor erzeugten Licht-Filamente eignen sich zur chemischen Analysen der Atmosphäre.

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