Schweizer Präzision: Echte Laserinnovation mit neuem Leistungsrekord

Schweizer Forscher übertreffen bisherige Grenzen der Lasertechnologie: An der ETH Zürich wurden ultrakurze Laserpulse mit Rekordleistung erzeugt. Die neuen Pulse könnten präzisere Uhren ermöglichen und rasante Prozesse sichtbar machen.

Starker Laser-Pulse in Rekordzeit

Das Forscherteam der ETH Zürich hat einen neuen Rekord für ultrakurze Laserpulse aufgestellt. Mit einer durchschnittlichen Leistung von 550 Watt mittlerer Leistung übertreffen sie den bisherigen Höchstwert um mehr als 50 Prozent. Diese Pulse können zur Materialbearbeitung eingesetzt werden oder hoch harmonische Frequenzen bis zu Röntgenstrahlen erzeugen. Dadurch lassen sich Prozesse im Attosekundenbereich sichtbar machen.

Das Team um Professorin Ursula Keller vom Institut für Quantenelektronik der ETH Zürich hat damit einen bedeutenden Fortschritt in der Lasertechnik erzielt. Die generierten Laserpulse dauern weniger als eine Picosekunde - dem millionsten Teil einer Millionstelsekunde - und werden mit einer Rate von 5 Millionen pro Sekunde erzeugt. Diese Kombination aus Leistung und Geschwindigkeit macht sie zu den stärksten Pulsen, die je von einem Laseroszillator erzeugt wurden.


Moritz Seidel, Doktorand in Kellers Labor, erklärt: "Die Kombination aus noch höherer Leistung und Pulsraten von 5,5 Megahertz, die wir jetzt erreicht haben, basiert auf zwei Innovationen." Zum einen nutzen die Forscher eine spezielle Spiegelanordnung, die das Licht mehrfach durch eine nur 100 Mikrometer dünne Kristallscheibe mit Ytterbium-Atomen leitet. Zum anderen kommt ein halbleitender Spiegel namens SESAM (Semiconductor Saturable Absorber Mirror) zum Einsatz, den Keller vor 30 Jahren erfand. Dieser zwingt den Laser in den gepulsten Modus, indem er Licht besonders effizient zurückwirft, wenn die Lichtintensität hoch ist. Laser-Puls-Rekord: Die Apparatur der ETH Zürich Die Leistungsfähigkeit dieser neuen Laserpulse stellt einen bedeutenden Fortschritt dar. Pulse mit vergleichbaren Leistungen konnten bisher nur erzeugt werden, indem schwächere Laserpulse durch mehrere separate Verstärker außerhalb des Lasers geschickt wurden. Diese neue Methode vereinfacht den Prozess erheblich und macht ihn effizienter, ohne das bei Verstärkern auftretende Problem des verstärkten Rauschens.

Die neuen Laserpulse eröffnen außerdem vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Sie könnten zur Erzeugung von Attosekundenpulsen genutzt werden, die plötzliche Prozesse beobachtbar machen. Auch die Entwicklung präziserer Uhren durch Frequenzkämme im ultravioletten bis Röntgenbereich wird möglich. Frequenzkämme, die aus einer Reihe gleichmäßig verteilter Frequenzlinien bestehen und wie die Zähne eines Kamms aussehen, dienen dabei als hochpräzise optische Messeinheit. In der Industrie könnte die Technologie für Materialprüfungen eingesetzt werden.

Professorin Keller fasst zusammen: "Insgesamt kann man sagen, dass wir mit unseren Pulslasern gezeigt haben, dass Laseroszillatoren eine gute Alternative zu verstärkerbasierenden Lasersystemen sind und dass sie neue und bessere Messungen ermöglichen." Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Optica veröffentlicht.


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