Ein Gespür für Infrarotlicht - Photonik

Ein Gespür für Infrarotlicht

Ein Messsystem für Lichtwellen im nahen Infrarotbereich ermöglicht, das Feld jeder einzelnen Schwingung innerhalb des Pulses zu analysieren.

Bild: Thorsten Naeser / MPQ
Über einen Lithiumniobat-Kristall wird ein nur wenige femtosekundenlanger Infrarotpuls erzeugt

In den letzten Jahren gelingt es immer besser, die Schwingungen des Lichts exakt zu bestimmen und sie sogar zu beeinflussen. Damit wird Licht zu einem schnellen Werkzeug zur Erkundung des Mikrokosmos. Physiker vom Labor für Attosekundenphysik am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) und der Ludwig-Maximilians Universität München (LMU) haben ein Messsystem entwickelt, mit dem sie Laserpulse mit großer Bandbreite im Infrarotspektrum des Lichts exakt bestimmen können. Das neue System kann für die präzise Erzeugung von attosekundenlangen Lichtblitzen zur Erforschung von Elektronenbewegungen eingesetzt werden, genauso wie zur kontrollierten Mobilisation von Elektronen in Kristallen.

Je besser man die Beschaffenheit der Infrarot-Laserpulse kennt, desto genauer können Experimente durchgeführt werden, die Aufschluss über Phänomene im Inneren von Kristallen geben. Im vom Wissenschaftlerteam um Dr. Nicholas Karpowicz und Sabine Keiber der LMU und des MPQ entwickelten Messsystem tastet ein weiterer, fünf femtosekundenlanger Laserpuls das elektromagnetische Feld des Infrarotpulses ab. Ein femtosekundenlanger Infrarot-Laserpuls bestehe aus synchronisierten Wellenschwingungen des Lichts und damit des elektromagnetischen Feldes, erklärt Karpowicz. Mit der Technik seien sie nun in der Lage nicht nur das elektromagnetische Feld des Lichtpulses in seiner Gesamtheit zu bestimmen, sondern auch das Feld jeder einzelnen Schwingung innerhalb des Pulses zu analysieren. In dem Infrarot-Wellenlängenbereich bis zu 1200 Nanometer war eine so exakte Analyse bis heute nur unter sehr aufwendigen Vakuumbedingungen möglich.

Mit der neu erworbenen Kontrolle über die nahen Infrarotpulse erweitern sich nun die Möglichkeiten zur Erkundung des Mikrokosmos. Ebenso haben die Forscher mit ihrer Analysemethode eine Möglichkeit geschaffen, die technologische Weiterentwicklung im Bereich der Datenübertragung mit Licht zu unterstützen. Da für die Übertragung von Informationen häufig eine Lichtwellenlänge von rund 1500 nm benutzt wird, bietet sich nun die Chance diese durch exakte Messtechnik noch effizienter zu gestalten. Und auch in der Grundlagenforschung kann das System eingesetzt werden. Das Messsystem kann die zeitaufgelöste Infrarotspektroskopie zur Untersuchung von biologischen und chemischen Proben verbessern.

Originalveröffentlichung:

[S. Keiber, S. Sederberg, A. Schwarz, M. Trubetskov, V. Pervak, F. Krausz, N. Karpowicz, Electro-optic sampling of near-infrared waveforms, Nature Photonics, DOI: 10.1038/NHPHOTON.2015.269]

www.mpq.mpg.de

 
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