Panorama

Vorstoß in den extremen UV-Bereich

03.09.2020 - ERC Starting Grant für Birgitta Schultze-Bernhardt von der TU Graz.

Die Wechselwirkung ultra­violetter Strahlung mit Materie ist von großer Bedeutung, da beispiels­weise die UV-Strahlung der Sonne chemische Reaktionen in atmo­sphärischen Spuren­gasen auslöst. Bislang gibt es aber keinen Laser, der direkt in diesem Bereich emittiert und so Forschungs­arbeiten im ultra­violetten Spektral­bereich einfach möglich macht. „Um von UV-Licht ausgelöste Prozesse möglichst präzise unter­suchen zu können, müssen wir uns derzeit mit Tricks behelfen, die leider sehr ineffizient sind“, erklärt Birgitta Schultze-Bernhardt von der TU Graz.

Die Forscherin wandelt Licht eines Infrarot-Lasers in UV-Licht um. Dann werden zwei dieser energie­reichen Licht­quellen in Form von Frequenz­kämmen durch eine Material­probe geschickt. Ein Frequenz­kamm ist ein sehr stabiler Kurzpuls­laser, der viele Millionen Pulse pro Sekunde aussendet. Im Inneren des Materials werden die Frequenzen unter­schied­lich stark absorbiert. Der Einsatz zweier Frequenz­kämme erlaubt es schließlich, die hohen optischen Frequenzen sehr genau mit einer herkömm­lichen Photo­diode zu messen. Damit sind Einblicke in die chemischen Komponenten sowie in die optischen Eigen­schaften von Materialien möglich. 

Für dieses Konzept wurde Schultze-Bernhardt jüngst bereits mit dem START-Preis des Fonds zur Förderung der wissen­schaft­lichen Forschung ausge­zeichnet. Leider geht bei dem Umwand­lungs­prozess aber sehr viel Leistung verloren. „Damit beim Konvertieren von infrarotem in ultra­violettes Licht noch genug übrig bleibt, muss man mit sehr viel Leistung starten“, so Schultze-Bernhardt. „Mit der derzeitigen Laser­techno­logie sind nur Messungen im nahen UV-Spektral­bereich möglich.“

Ein mit 2,2 Millionen Euro dotierte ERC Starting Grant des European Research Councils macht es der Forscherin nun möglich, auch in den höher­energe­tischen extremen UV-Bereich vorzu­dringen. Mit den Mitteln kann Schultze-Bernhardt zum einen eine eigene Forschungs­gruppe am Institut für Material­physik aufbauen, darüber hinaus aber auch besonders leistungs­starke Laser­quellen und teure Hoch­leistungs­verstärker an die TU Graz holen. „Damit können wir zukünftig spektrale Auflösungen erreichen, die mit derzeitigen Spektro­metern gar nie möglich wären und unsere Methode in UV-Bereiche über­tragen, die technisch bislang nicht zufrieden­stellend erforscht werden konnten.“

Wenngleich es sich derzeit noch um Grund­lagen­forschung handelt, denkt Schultze-Bernhardt ihre Arbeit schon weiter: „Ein Einsatz­gebiet ist die Atmo­sphären­forschung. Vielleicht können wir das Labor irgend­wann verlassen und die Messungen ins Feld verlagern. Kolleginnen und Kollegen von uns arbeiten bereits daran, die Technik portabel zu machen.“ Auch die Zusammen­arbeit mit anderen Instituten der TU Graz, wie beispiels­weise mit dem Institut für elektrische Messtechnik und Sensorik ist in Planung. Zusammen mit Instituts­leiter Alexander Bergmann möchte Schultze-Bernhardt zum Beispiel das Entstehen von Aerosolen in atmo­sphärischen Spurengasen genauer unter­suchen. 

TU Graz / RK

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