Forscher konstruieren Anti-Laser als perfekten Wellen-Absorber

    5. März 2019, 07:30
    31 Postings

    Physiker kehrten Funktionsweise eines Lasers um: Mikrowellen werden an einem einzigen Punkt des Systems absorbiert

    Wien – Die Funktionsweise eines Lasers lässt sich auch umkehren: Aus der perfekten Lichtquelle wird dann der perfekte Licht-Absorber. In Zusammenarbeit mit der Universität Nizza ist es Forschern der Technischen Universität (TU) Wien nun gelungen, einen solchen Anti-Laser praxistauglich zu realisieren.

    Laser erzeugen sehr spezielles Licht. In der Regel besteht es nur aus einer einzigen Farbe und seine Schwingungen stehen in einer exakt definierten Beziehung zueinander. Während herkömmliche Laser die Wellen im Inneren eines Resonators aufbauen, der im einfachsten Fall aus zwei parallelen Spiegeln besteht, beschäftigt sich die Forschungsgruppe um Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien schon seit Längerem mit sogenannten Zufallslasern.

    Umgekehrter Mikrowellenlaser

    Anstatt zweier Spiegel bestehen diese Exoten aus einer Vielzahl kleiner, zufällig angeordneter Streuzentren, in denen das Licht immer wieder abgelenkt und auf komplizierte Bahnen gezwungen wird, bis es schließlich aus dem Laser austritt. Laut ihrer aktuell im Fachjournal "Nature" präsentierten Studie ist es den Forschen nun gelungen, diesen Vorgang umzudrehen. Sie konnten Mikrowellen erzeugen, die genau auf eine zufällige Anordnung von Streuern abgestimmt waren und schließlich im Inneren des Systems nahezu vollständig absorbiert wurden.

    "Das ist etwas völlig anderes, als wenn etwa Licht aus einer Taschenlampe von einer schwarzen Wand absorbiert wird", erklärte Rotter. "Sämtliche Streuereignisse im Inneren des Anti-Lasers müssen genau aufeinander abgestimmt sein." Ähnlich wie bei Wasserwellen, die an Steinen in einer Wasserlacke abgelenkt und reflektiert werden, entsteht dabei ein kompliziertes Wellenmuster, dessen Energie letztendlich an einem einzigen Punkt in der Mitte des Systems absorbiert wird.

    Experimente in Nizza

    Die theoretische Arbeit und die dafür nötigen Computersimulationen stammen zur Gänze aus Wien. Die dazugehörigen Experimente wurden dagegen von Kevin Pichler, dem Erstautor der Publikation, der derzeit im Team von Rotter an seiner Dissertation arbeitet, an der Universität Nizza durchgeführt. In einem ersten Schritt analysierten die Forscher die Eigenschaften des zufällig aufgebauten Streumediums, indem sie beliebige Wellen einspeisten und die wieder austretende Strahlung untersuchten. Auf Basis dieser Messungen gelang es ihnen schließlich, die eintretende Welle so zu gestalten, dass sie zu 99,8 Prozent von einer winzigen Antenne inmitten der Streuzentren absorbiert wurde.

    Auch wenn es sich bei der Arbeit um reine Grundlagenforschung handelt, kann sich Rotter für die Zukunft auch praktische Anwendungen für die neue Methode vorstellen. So könnte sie etwa eingesetzt werden, um Mobilfunksignale so anzupassen, dass sie vor allem von der Antenne eines bestimmten Handys absorbiert werden. Da man in der Realität die Streuzentren nicht so genau untersuchen könne wie in den Experimenten unter Laborbedingungen, könne das zwar nicht so perfekt funktionieren wie in der Studie. Für eine Optimierung der Signale wäre die Methode Rotter zufolge aber durchaus geeignet. (red, APA, 5.3.2019)

    Share if you care.