Forschung & Entwicklung

Zwei Laser zur ultraschnellen Modulation von Licht

15.05.2012

Unter Einfluss von Laserlicht und polarisierter THz-Strahlung entstehen vielfrequente Lichtspektren.

Grafische Darstellung einer Elektron-Loch-Rückkollision: nahinfrarote Strahlung (rötliche Stäbchen) und Terahertz-Wellen (gelbe Kegel) interagieren mit einem Halbleiter-Quantentopf

Physikern um Prof. Mark Sherwin an der University of California in Santa Barbara, USA, ist es gelungen, ein breites Lichtspektrum im Infraroten zu erzeugen, das als Grundlage für neue optische Schaltelementen mit Datenraten von nur wenigen Terabit/s dienen könnte. Dafür beschossen sie zuerst einen Halbleiter aus Galium-Arsenid mit hochfrequenter IR-Laserstrahlung. Dabei entstanden Paare – so genannten Exzitone – von aus dem Valenzband in das Leitungsband gehobenen Elektronen und den im Halbleiter verbleibenden Elektronenlöchern, die sich durch ihre entgegengesetzte Ladung anziehen.
Um diese Anziehung zu überwinden, wurden die Elektronen anschließend durch einen niederfrequenten Freie-Elektronen-Laser (FEL) aus dem Anziehungsfeld der Löcher herausgerissen und beschleunigt. Die Oszillation des niederfrequenten Feldes und der durch die Beschleunigung erhöhte Energiezustand der Elektronen ermöglichen ihr Zurückschnellen in die Löcher. Bei dieser Kollision werden Photonen mit neuen, klar voneinander abgegrenzten Frequenzen emittiert.
Bisher wird die hierfür erforderliche starke Terahertzstrahlung noch von einem Haus-großen Laser erzeugt und ist damit kaum für reale Industrieanwendungen nutzbar. Doch die Forscher sind zuversichtlich, den FEL zukünftig durch einen Transistor ersetzen zu können. In Kalifornien hofft man, dass das grundlegende Phänomen der „Elektron-Loch-Rückkollision“ neben einer signifikanten Steigerung von Datenraten und Kommunikationsprozessen in Zukunft hilfreich für vielfältige Forschungsansätze sein wird.

Photonik 3/2012

• http://www.physics.ucsb.edu

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