Preisträger

Billards für Licht

Um Laser bis in den Mikrometerbereich hinein zu verkleinern, sind neue Konzepte gefragt, die sich z. B. mit nahezu kreisförmigen Limaçon-Resonatoren realisieren lassen.

  • Martina Hentschel
  • 09 / 2011 Seite: 39

Nahezu alle technischen Geräte und Bauelemente sollen für neue Anwendungen, den einfacheren Gebrauch und nicht zuletzt zur Ressourcenschonung immer kleiner werden. Diese Miniaturisierung stößt oft an die Grenzen des Machbaren − z. B. lässt sich das Fabry-Perot-Prinzip für Laser nicht ohne Weiteres auf der Mikroskala realisieren. Daher sind Alternativen gefragt. Im Mikrolaser wird Licht mittels Totalreflexion in deformierten Scheibenresonatoren gefangen. Um ihre Abstrahlcharakteristik zu verstehen, helfen Ideen aus der Theorie klassischer dynamischer Systeme.

Optische Mikroresonatoren und Mikrolaser haben vielfältige Einsatzgebiete und ein hohes Anwendungspotenzial von der medizinischen Diagnostik über die optische Datenverarbeitung, Filter und Schalter bis hin zu Umweltsensoren [1]. Mit ihren Abmessungen im Mikrometerbereich zählen sie zu den mesoskopischen Sys­temen − sie sind klein genug, um den Wellencharakter des Lichtes zu sehen, aber noch so groß, dass das Strahlenbild im Sinne der Strahlen-Wellen-Korrespondenz eine sehr gute Beschreibung gewisser Eigenschaften liefert.

Jeder konventionelle Laser besteht aus einem Spiegelsystem, in dem das Licht durch ein aktives Material bzw. Pumpen verstärkt wird. Ein kleiner Teil dieser monochromatischen Mode wird als kohärentes und eng gebündeltes Laserlicht ausgekoppelt. Die Miniaturisierung von Lasern erfordert also zum einen geeignete Mechanismen für die Verstärkung − das ist relativ einfach, denn optisches und elektrisches Pumpen von Halbleitermaterialien funktionieren auch hier. Mit den Quantenkaskadenlasern stehen zudem leistungsstarke Systeme zur Verfügung, die die Möglichkeiten der Nanostrukturierung nutzen, um das Licht in einer Kaskade zu verstärken und so bei gleichem Pumpstrom die Lichtausbeute zu erhöhen [2]. Zum anderen muss man mikrometerskalige Spiegelsysteme konzipieren, die die gerichtete Abstrahlung garantieren − das ist ungleich schwieriger und begrenzt die derzeitigen Anwendungsbereiche. Das Prinzip des Fabry-Perot-Lasers lässt sich z. B. miniaturisieren, indem reflektierende Schichtsys­teme (Distributed Bragg Reflectors, DBRs) die Spiegel ersetzen. Dabei entstehen VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers), die Laserlicht senkrecht zur (insgesamt sehr flachen) Schichtstruktur abstrahlen [3]. Aufgrund ihrer Miniaturisierung weitet sich allerdings der Laserstrahl durch Beugung auf. Generell besteht die Schwierigkeit darin, dass sich das Licht nur begrenzt verstärken lässt, da die Aufenthaltszeit im aktiven ­Material in kleinen Systemen verringert ist. ...

Share |
thumbnail image: Billards für Licht

Aktuelles Heft

Inhaltsverzeichnis
04 / 2017

thumbnail image: PJ 04 2017

Berufsreportage Robotik & künstliche Intelligenz

Chirale Quantenoptik

Molekulare Magnete

Zugang Physik Journal

Nur DPG-Mitglieder haben vollen Zugriff auf alle Hefte und Online-Inhalte des Physik Journal und müssen sich dafür mit ihrer Mitgliedsnummer registrieren » 

Erst wenn die Artikel des Physik Journal älter als drei Jahre sind, stehen sie kostenlos und frei zugänglich zur Verfügung

Als DPG-Mitglied erhalten Sie den Physik Journal Newsletter, wenn Sie sich dafür bei der DPG registrieren »

Mediadaten

Die Mediadaten 2017 für Werbe­mög­lich­kei­ten im Phy­sik Jour­nal finden Sie als PDFs hier: deutsch / eng­lisch.

Webinar

Optimierung: Der Schlüssel zur Bestimmung von unbekannten Parametern in Simulationsmodellen

  • 30. March 2017

Optimie­rungs­ver­fah­ren sind ein wich­ti­ges Werk­zeug in der Si­mu­la­tion. In die­sem We­bi­nar er­fah­ren Sie, wie Op­ti­mie­rung ein­ge­setzt wer­den kann, um die ge­nau­en Wer­te von Pa­ra­me­tern zu be­stim­men.

Alle Webinare »

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer