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Zwei Lichtpulse treffen auf Siliziumdioxid © TU Wien
Zwei Lichtpulse treffen auf Siliziumdioxid © TU Wien

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Kristall verrät Form von Lichtpulsen

27.01.2020

Der Blick in den Kristall ist üblicherweise eine Domäne des Okkultismus. Forscher der Technischen Universität (TU) Wien nutzen dennoch einen Kristall, um die Wellenform von ultrakurzen Laserpulsen zu vermessen. Bisher waren dafür komplizierte Messanlagen notwendig, die neue Methode ist dagegen einfach und eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten, berichten sie im Fachblatt "Nature Communications".

Mit extrem kurzen Laserpulsen, die nur bis zu Milliardsteln einer Milliardstelsekunde dauern, lassen sich Materialien untersuchen oder medizinische Diagnosen erstellen. Voraussetzung dafür ist es, den genauen zeitlichen Verlauf der Laser-Lichtwellen zu messen. "Um die Form dieser Lichtwellen sichtbar zu machen, muss man sie zunächst mit Elektronen wechselwirken lassen", erklärte Joachim Burgdörfer vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien in einer Aussendung. Aus der Reaktion der Elektronen könne man dann sehr genau auf die Wellenform des Lichtpulses schließen.

Neues Verfahren schießt mit Laserpulsen auf Kristalle

Bisher war dafür ein aufwendiges Verfahren mit kompliziertem Versuchsaufbau mit Vakuumanlagen und vielen optischen Elementen und Detektoren notwendig. Das neue Verfahren, das die TU-Forscher mit Kollegen des Max Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching und der Uni München entwickelt haben, benötigt dagegen nur winzige Kristalle aus Siliziumdioxid, auf die zwei verschiedene Laserpulse geschossen werden.

Einer ist der zu untersuchende Laserpuls, der eine beliebige Wellenlänge haben kann. Bei dem anderen handelt es sich um einen Laserpuls im Infrarot-Bereich. Dieser macht die Elektronen beweglich. So können sie vom elektrischen Feld des ersten Pulses beschleunigt werden. Dabei entsteht elektrischer Strom, der direkt am Kristall gemessen werden kann. Dieses Signal gibt Auskunft über die Form des Lichtpulses.

Den Forschern zufolge eröffnet die neue Methode viele Anwendungsmöglichkeiten: Man könne damit neuartige Materialien präzise charakterisieren, fundamentale physikalische Fragen rund um die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie beantworten oder komplexe Moleküle analysieren, etwa für die medizinische Diagnostik.

Service: https://doi.org/10.1038/s41467-019-14268-x

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