licht aus der kälte - Laser

Laser-Community | Das Laser Magazin von Trumpf
© Illustration | Universität Tübingen, Physikalisches Institut
LICHT AUS DER KÄLTE
Tübinger Physiker haben einen Laser nur aus Gas und Licht erzeugt. Dr.
William Guerin erklärt, was den Laser von allen anderen unterscheidet.
26-06-2012
Mehr zum Thema
ZUR PERSON
Gaslaser sind nichts Neues. Was ist das Besondere an dem Laser, den Ihr
Team erzeugt hat?
Neu an unserer Arbeit ist, dass wir einen Laser nur aus Kaltatomdampf aufgebaut
haben — einem Medium, das vor uns noch niemand für diesen Zweck verwendet
hat. Unser Laser basiert auf dem Prinzip der verteilten Rückkopplung —
„distributed feedback“ oder DFB. Er braucht also keine Spiegel, weil sich die
Rückkopplung im Verstärkungsmedium selbst räumlich verteilt. Der Trick besteht
nun darin, eine räumliche Modulation des Brechungsindex in das
Verstärkungsmedium einzuführen. Die Modulation bildet ein Gitter aus vielen
Atomschichten, die als teilreflektierende Spiegel wirken und eine mehrfache
Bragg-Reflexion entstehen lassen. Dieses Gitter erzeugt die Rückkopplung. Laser
dieses Typs sind seit den 1970er-Jahren bekannt und sehr gebräuchlich dank ihrer
interessanten Eigenschaften: Kompaktheit, Stabilität und Single-Mode-Betrieb.
Wie haben Sie einen DFB-Laser nur aus Atomdampf erzeugt?
Artikel online: http://www.laser-community.com/de/licht-aus-der-kalte/
Dr. William Guerin experimentiert
an der Eberhard Karls Universität
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Laser-Community | Das Laser Magazin von Trumpf
Tübingen mit optischen Gittern aus
kalten Atomen.
Er steuert an der Universität
Tübingen das Projekt „Photonic
band gaps in cold atoms“, für das
er ein Stipendium der Alexander
von Humboldt Stiftung erhalten
hat. Unter der Leitung von Prof.
Claus Zimmermann veröffentlichte
er mit seinen Kollegen Alexander
Schilke und Prof. Phillipe
Courteille in Nature Photonics ihre
Forschungsergebnisse „Optical
parametric oscillation with
Atome werden eingefangen und
bilden ein optisches Gitter (rot);
bei Anregung durch einen anderen
Laser (blau) entsteht ein
konischer Laserstrahl (gelber
Kreis).
Ein gasförmiges Verstärkungsmedium scheint für die Erzeugung eines DFB-Lasers
zunächst einmal nicht gut geeignet zu sein: Gas ist ein ungeordnetes Medium und
DFB-Laser hängen stark von einer geordneten Struktur ab. Außerdem hat Gas
einen sehr niedrigen Brechungsindex. Es ist also schwierig, eine Modulation zu
erzeugen, die so groß ist, dass es zur Rückkopplung kommt. Überdies sind Atome
bei normalen Temperaturen mit 500 Metern pro Sekunde unterwegs — zu schnell,
um sie mit optischen Fallen einzufangen. Die Physik kann Atome jedoch heute mit
Lasertechniken auf extrem niedrige Temperaturen abkühlen und so bis auf eine
Geschwindigkeit von 0,1 Meter pro Sekunde abbremsen. Wenn man nun eine
optische Falle aus einer stehenden Welle aufbaut, können die kalten Atome in einer
geordneten Struktur eingefangen werden. Sie bilden dann extrem dünne,
ausgedehnte Scheiben — ähnlich wie ein Stapel Pfannkuchen.
distributed feedback in cold atoms“
(Volltext kostenpflichtig).
HINTERGRUND
Das Verfahren der Laserkühlung
ist in diesem Wikipedia-Artikel
beschrieben.
Informationen über BraggReflektion erhalten Sie hier in der
Encyclopedia of Laser Physics and
Technology.
Mehr über DFB-Laser erfahren Sie
ebenfalls dort und in diesem Video
(Youtube).
Und wie entsteht daraus nun ein Laser?
Wir haben unlängst gezeigt, dass eine derartige atomare Probe aus extrem dünnem
Rubidiumgas 80 Prozent eines einfallenden Sondenstrahls reflektieren kann. Dies
war möglich, weil wir die geringe Atomdichte durch Verwendung von rund 10.000
Schichten ausgeglichen haben. Dann mussten wir nur noch die zweite Zutat
zugeben: Verstärkung. Wie bei vielen anderen Lasern erreichen wir diese mit
einem Pumplaser und dank der Eigenschaften der Rubidiumatome.
Welche Anwendungsmöglichkeiten sehen Sie für Ihren DFB-Laser?
Dies ist alles noch Grundlagenforschung. Aber um ein Beispiel zu nennen: Unser
DFB-Laser emittiert aufgrund der sehr scharfen Atomresonanz einen besonderen
konischen Strahl. Vielleicht findet jemand eine konkrete Anwendung, die auf dieser
Eigenschaft beruht — möglicherweise ja einer Ihrer Leser!
Artikel online: http://www.laser-community.com/de/licht-aus-der-kalte/
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