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Der gefrorene Regenbogen

Wie sich mit Metamaterialien Licht verlangsamen und sogar stoppen lässt.

  • Kosmas L. Tsakmakidis und Ortwin Hess
  • 07 / 2011 Seite: 25

Rein optische Netzwerke würden den weltweiten Datenverkehr enorm beschleunigen. Doch dazu ist es erforderlich, mit Licht zu schalten – wofür es abgebremst werden muss. Erste Ansätze dazu gelangen mit ultrakalten Gasen. An Metamaterial-Grenzflächen und auf Oberflächen von plasmonischen Nanostrukturen könnte es mithilfe von negativen Phasen­verschiebungen sogar gelingen, Licht gänzlich anzuhalten.

Photonen zum Stillstand zu bringen klingt nach dem wohlbekannten Streich der Schildbürger, die Licht in einem Sack einfingen, um es in ihr fensterloses Rathaus zu tragen. Doch bereits der sechzehnjährige Albert Einstein machte sich zum „gestoppten Licht“ ganz ernsthaft Gedanken, welche „die Wurzeln der Speziellen Relativitätstheorie“ berührten: „Verfolgte ich, mich mit der Geschwindigkeit c fortbewegend, einen Lichtstrahl, so müsste mir dieser Lichtstrahl als ein im Raum lokalisiertes, auf der Stelle oszillierendes elektromagnetisches Feld erscheinen. Dies scheint jedoch sowohl der Erkenntnis als auch den Maxwellschen Gleichungen zu widersprechen“ [1]. Die Spezielle Relativitätstheorie lehrt uns in der Tat, dass die Lichtgeschwindigkeit c eine Naturkonstante ist und damit für alle Beobachter in Inertialsystemen gleich sein muss. Demnach sollte es unmöglich sein, Licht zu beobachten, das nur noch auf der Stelle oszil­liert. Dies hat allerdings Physiker wie Sommerfeld und Brillouin nicht davon abgehalten, zu untersuchen, ob sich Licht nicht doch bremsen oder gar einfangen lässt – insbesondere, ohne es irgendwie umzuwandeln.Das wäre nicht nur ein grundlegender Durchbruch in der Optik bzw. Quantenoptik, sondern gerade auch technisch bedeutsam. Denn heutzutage bilden optische Signale in Glasfasern die Grundlage für den Datenverkehr im Internet. Um diesen zu steuern, sind Router nötig, welche die optischen Signale in elektrische umwandeln, einen Schaltvorgang durchführen und schließlich die elektrischen Signale wieder in optische zurückwandeln. Das bremst die Systeme um einen Faktor von bis zu Tausend. Die Lösung wäre ein rein optisches Netzwerk, das ohne Umwandlung in elektrische Signale auskommt. Aber um eine Breitbandspeicherung und -verarbeitung von Licht zu ermöglichen, gilt es Methoden zu entwickeln, die das Licht tatsächlich stoppen. ...

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