Immer im rich­ti­gen Takt: Ultra­kur­ze Licht­blit­ze unter opti­scher Kon­trol­le

Ultra­kur­ze Laser-Licht­blit­ze ermög­li­chen Mate­ri­al­ana­ly­sen und medi­zi­ni­sche Ein­grif­fe von hoher Prä­zi­si­on. Phy­si­ker der Uni­ver­si­tät Bay­reuth und der Uni­ver­si­tät Göt­tin­gen haben nun eine neue Metho­de ent­deckt, wie sich win­zi­ge zeit­li­che Abstän­de zwi­schen Laser­blit­zen sehr schnell und exakt ver­än­dern las­sen. Per Knopf­druck kön­nen die Abstän­de je nach Bedarf erhöht oder ver­rin­gert wer­den. Die poten­zi­el­len Anwen­dun­gen rei­chen von der Laser­spek­tro­sko­pie über die Mikro­sko­pie bis hin zur Mate­ri­al­be­ar­bei­tung. In der Fach­zeit­schrift Natu­re Pho­to­nics stel­len die For­scher ihre neu­en Erkennt­nis­se vor.

Laser-Licht­blit­ze haben längst ihren Weg aus den For­schungs­la­bo­ren in die indu­stri­el­le Fer­ti­gung und in medi­zi­ni­sche The­ra­pien gefun­den. Bei die­sen Anwen­dun­gen ist es oft ent­schei­dend, dass die Blit­ze – sie wer­den auch als opti­sche Soli­to­nen bezeich­net – in bestimm­ten Abstän­den auf­ein­an­der fol­gen. Mit­tels einer spe­zi­el­len Hoch­ge­schwin­dig­keits-Mess­tech­nik konn­ten die For­scher jetzt zei­gen, wie sich ein in der For­schung weit­ver­brei­te­ter Kurz­puls­la­ser dazu brin­gen lässt, auto­ma­tisch Paa­re aus Licht­pul­sen mit dem jeweils gewünsch­ten Abstand zu erzeu­gen. Klei­ne, durch opti­sche Signa­le aus­ge­lö­ste Stö­run­gen im grü­nen „Pump­strahl“, der die Laser­pul­se erzeugt, rei­chen dafür aus.

Der Kern des neu­en Ver­fah­rens ist die geziel­te Beein­flus­sung von Soli­to­nen. Hier­bei han­delt es sich um Pake­te von Licht­wel­len, die in ultra­kur­zen Laser­blit­zen paar­wei­se gebün­delt auf­tre­ten kön­nen. „Die Reso­nanz­an­re­gung und die kur­ze Stö­rung von Soli­to­nen-Paa­ren lösen Effek­te aus, die genutzt wer­den kön­nen, um ultra­kur­ze Laser­pul­se gezielt zu kon­trol­lie­ren. Hier eröff­net sich ein span­nen­des neu­es For­schungs­feld mit einer noch unab­seh­ba­ren Span­ne an Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten“, sagt Prof. Dr. Georg Her­ink aus Bay­reuth, kor­re­spon­die­ren­der Autor der neu­en Stu­die. „Bei der rich­ti­gen Fre­quenz genügt eine win­zi­ge äuße­re Modu­la­ti­on des Lasers, und ultra­kur­ze Laser­pul­se gera­ten in eine gegen­sei­ti­ge reso­nante Schwin­gung. Ähn­li­che Phä­no­me­ne ken­nen wir von Was­ser­mo­le­kü­len in der Mikro­wel­le“, ergänzt Erst­au­tor Felix Kurtz aus Göt­tin­gen. Die jetzt ver­öf­fent­lich­ten Erkennt­nis­se zei­gen: Ultra­kurz­puls-Laser wer­den auch in Zukunft nicht nur ein Werk­zeug, son­dern zugleich ein fas­zi­nie­ren­des Objekt der For­schung blei­ben.

Ver­öf­fent­li­chung:

F. Kurtz, C. Ropers, G. Her­ink: Reso­nant exci­ta­ti­on and all-opti­cal swit­ching of fem­to­se­cond soli­ton mole­cu­les. Natu­re Pho­to­nics (2019), DOI: 10.1038/s41566-019‑0530‑3