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"Volles Rohr" für extrem kurze und energiereiche Laserpulse

19.10.2020

Mit "vollem Rohr" können Wissenschafter nun extrem kurze, energiereiche Laserpulse herstellen, die in vielen Forschungsbereichen von der Atomphysik bis zur Untersuchung der Atmosphäre verwendet werden. Damit das Laserlicht die erforderlichen Eigenschaften für die Erzeugung solcher Laserpulse hat, schicken sie es durch eine lange, mit Stickstoff gefüllte Glasfaser, berichten Forscher der Technischen Universität (TU) Wien mit internationalen Kollegen im Fachjournal "Optica".

Um energiereiche, kurze Laserpulse zu erzeugen, braucht man Laserlicht mit unterschiedlichen, auf die richtige Weise überlagerten Wellenlängen. Daher werden Methoden gesucht, das Laserlicht entsprechend zu verändern. "Besonders günstig ist der Mikrometer-Bereich - also Wellen, die deutlich länger sind als man sie etwa mit gewöhnlichen Saphir-Lasern erzeugen kann", erklärte Paolo Carpeggiani vom Institut für Photonik der TU Wien in einer Aussendung. Bisherige Verfahren dafür sind kompliziert und teuer, zudem geht ein großer Teil der Laserenergie dabei verloren.

Raman-Streuung als Basis

Basis des an der TU entwickelten Verfahrens ist die sogenannte Raman-Streuung: Wird ein Photon an einem Molekül gestreut, gibt es dabei einen kleinen Teil seiner Energie an das Molekül ab und hat dann eine geringfügig größere Wellenlänge als zuvor.

Um das zu nutzen schicken die Forscher Laserlicht durch eine fünf Meter lange, hohle Glasfaser mit einem Durchmesser von einem Millimeter, die mit Stickstoff gefüllt ist. "Indem wir den Druck des Stickstoffgases im Inneren der Faser verändern, können wir bestimmen, wie häufig es im Inneren zu Streuprozessen kommt. So können wir kontrollieren, wie stark sich die Wellenlänge des Laserlichts erhöhen soll", so Carpeggiani.

Weil nicht alle Photonen auf ihrem Weg durch die Glasfaser exakt gleich viel Energie verlieren, kommt am Ende ein Laserstrahl aus vielen unterschiedlichen Wellenlängen heraus. So eignet sich das Licht gut, um ultrakurze und extrem energiereiche Pulse zu erzeugen.

Service: https://doi.org/10.1364/OPTICA.397685

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