Der Nutzen gepaarter Lichtpulse

Ultrakurze Laser­blitze 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.

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 – optische Solitonen – 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 elektrische 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 Georg Herink von der Universität Bayreuth. „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 sein Kollege Felix Kurtz aus Göttingen.

U. Bayreuth / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  F. Kurtz et al.: Resonant excitation and all-optical switching of femtosecond soliton molecules, Nat. Phot., online 14. Oktober 2019; DOI: 10.1038/s41566-019-0530-3
• Ultraschnelle Dynamik, Experimentalphysik VIII, Universität Bayreuth
• IV. Physikalisches Institut – Festkörper und Nanostrukturen, Universität Göttingen