Forschung & Entwicklung

Am Puls einer Lichtwelle

Mithilfe eines neu entwickelten Detektors lässt sich der Verlauf von Lichtwellen exakt bestimmen.

Will man mit Licht exakt arbeiten und es steuern, muss man es sehr genau kennen. So genau, dass man weiß, wo und zu welcher Zeit sich einzelne Wellenberge und Täler von Lichtwellen befinden. Physiker des Labors für Attosekundenphysik der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik (MPQ) haben nun einen neuartigen Detektor entwickelt, der in der Lage ist, die exakte Position der Lichtwellenberge von ultrakurzen Infrarotlaserpulsen exakt zu messen.

Dazu erzeugen die Physiker zunächst zirkular polarisierte Laserpulse, bei denen sich die Richtung des Lichtfeldes wie die Zeiger einer Uhr dreht, und fokussieren diese rotierenden Pulse anschließend in der Umgebungsluft. Dadurch wird ein kurzer Strompuls erzeugt, dessen Richtung von der exakten Lage des Wellenberges abhängt. Über die anschließende Analyse der genauen Richtung des Strompulses rekonstruieren die Forscher den Verlauf der Lichtwelle.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Technik, für die eine komplexe Vakuumapparatur benötigt wird, funktioniert die neue Methode einfach in der Umgebungsluft und benötigt nur wenige Komponenten. „Die Einfachheit der Messapparatur verspricht, dass sich die Methode zu einem neuen Standard in der Lasertechnologie entwickelt“, erläutert Professor Matthias Kling, Leiter der Forschungsgruppe ‚Ultraschnelle Bildgebung und Nanophotonik‘ an der LMU.

„Wir denken, dass sich die Technik bei noch viel höheren Wiederholungsraten und auch in anderen Wellenlängenbereichen anwenden lässt“, sagt Dr. Boris Bergues. „Unsere Technologie ist insbesondere vielversprechend für die Charakterisierung kurzer Lichtpulse mit hoher Wiederholraten, wie sie an neuen Laser-Infrastrukturen wie der European Light Infrastructure (ELI) erzeugt werden“, fügt Matthias Kling hinzu. Eingesetzt an den modernsten Ultrakurzpulslaserquellen, könnte die neue Lichtanalysetechnik zu technologischen Durchbrüchen sowie zu neuen Erkenntnissen über das Verhalten von Teilchen im Mikrokosmos führen.

von mn

Originalveröffentlichung:

[M. Kubullek, Z. Wang, K. von der Brelje, D. Zimin, P. Rosenberger, J. Schötz, M. Neuhaus, S. Sederberg, A. Staudte, N. Karpowicz, M. F. Kling, B. Bergues, Single-shot carrier-envelope-phase measurement in ambient air, Optica (2020), DOI: 10.1364/OPTICA.7.000035]

www.uni-muenchen.de

www.mpq.mpg.de

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