Wien - Ultrakurze Laserpulse sind ein unverzichtbares Werkzeug in der Forschung geworden. Wissenschafter greifen darauf zurück, um etwa damit den Ablauf chemischer Reaktionen zu beobachten. Ihre Erzeugung ist derzeit aber aufwendig und benötigt komplizierte Aufbauten. Wiener Wissenschafter haben nun ein Tischgerät entwickelt, das billig und einfach extrem kurze Lichtblitze erzeugt, berichten sie im Fachjournal "Nature Communications".

Licht erreicht nur im Vakuum jene Ausbreitungsgeschwindigkeit, die man in der Schule unter dem Buchstaben "c" lernt (299.792.458 Meter pro Sekunde). In Medien wie Luft, Wasser oder Glas wird es etwas langsamer - und zwar abhängig von der Farbe, also der Wellenlänge: Rotes Licht bewegt sich etwas schneller als blaues. Wenn man daher einen aus verschiedenen Farben zusammengesetzten Lichtpuls zum Beispiel durch Glas schickt, laufen die verschiedenen Wellenlängen mit leicht unterschiedlicher Geschwindigkeit. Das führt dazu, dass die Dauer des Lichtblitzes länger wird.

Spezielle Glasfasern für ultrakurze Laserblitze

Es geht aber auch in die andere Richtung: Tadas Balciunas vom Institut für Photonik der Technischen Universität (TU) Wien und seinem Team ist es gelungen, mithilfe eines Mediums einen Laserpuls kürzer zu machen und seine Dauer von 80 auf 4,5 Femtosekunden zu komprimieren (eine Femtosekunde ist eine Billiardstel Sekunde). Sie müssen den Laserpuls dafür nur durch eine speziell designte Glasfaser schicken. Diese Technologie sei viel einfacher und billiger als bisher für so kurze Lichtblitze notwendige Anlagen, berichtet die TU Wien in einer Aussendung.

Konkret wird ein infraroter Laserpuls in eine mit Gas gefüllte Glasfaser geschickt, wobei das Gas wieder verschiedene Wellenlängen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit passieren lässt - lange Wellenlängen schneller als kurze. Dagegen lässt die mit einer speziellen Nanostruktur versehene Innenseite der Glasfaser kurze Wellenlängen schneller reisen als lange. "Die Kombination dieser beiden widersprüchlichen Effekte führt zu einer Verkürzung des Laserpulses", erklärte Balciunas, der das Phänomen mit einem Rennen vergleicht, bei dem die Läufer im Intervallstart loslaufen, aber alle gleichzeitig die Ziellinie überqueren.

Boost für die Forschung

Der so erzeugte Laserpuls ist nicht nur sehr kurz, sondern auch von extrem hoher Intensität und erreicht Spitzenwerte von einem Gigawatt. Die Wissenschafter konnten bereits in einem konkreten Versuch zeigen, dass sich die mit ihrer Methode erzeugten Laserpulse gut für Experimente eignen. Sie wollen die neue Technologie für zahlreiche verschiedene Messungen einsetzen und gehen davon aus, dass auch andere Forschergruppen die Idee aufgreifen werden. "Ein billiges, kleines und einfaches Femtolasersystem könnte der Forschung in diesem Bereich einen Boost geben", so Balciunas. (APA/red, derStandard.at, 1.2.2015)