Anti-Laser-Laser
Zwei hell leuchtende Laser können sich gegenseitig ausschalten: ein „Laser-Blackout“.
Zwei Lampen sind heller als eine. Das klingt eigentlich völlig selbstverständlich. Bei Lasern muss das aber nicht unbedingt der Fall sein, erkannte nun ein internationales Forschungsteam, angeführt von der TU Wien. Wenn ein Laser leuchtet und daneben noch ein zweiter Laser hochfährt, können sich beide durch komplizierte Wechselwirkungen gegenseitig so stark stören, dass sie schließlich gar kein Laserlicht mehr abgestrahlen. Für Technologien im Grenzbereich zwischen Elektronik und Photonik könnte das von großer Bedeutung sein.
Abb.: Zwei gekoppelte Mikrolaser mit Lichtwellen in ihrem Inneren (Bild: TU Wien)
„Denken Sie an eine leuchtende Glühbirne, zu der man eine zweite dazu gibt und mit einem Dimmer langsam einschaltet: Das Zimmer wird immer heller. Bei Lasern kann man sich darauf nicht verlassen“, sagt Matthias Liertzer. Er untersuchte am Institut für Theoretische Physik der TU Wien gemeinsam mit Professor Stefan Rotter das Verhalten von gekoppelten Lasern mit Hilfe von Computersimulationen. Kollegen der Universitäten Princeton und Yale (USA) sowie der ETH Zürich (CH) unterstützen sie bei dem Projekt.
Pumpt man einen von zwei benachbarten Mikro-Lasern, dann leuchtet nur dieser. Wenn nun auch der zweite Laser gepumpt wird, könnte man wegen der gesteigerten Energiezufuhr auch mehr Lichtausbeute erwarten. Doch in diesem Fall kann immer stärkeres Pumpen des zweiten Lasers die Gesamtstrahlungsausbeute sogar reduzieren, bis schließlich keiner der beiden Laser mehr leuchtet. „Als wir gesehen haben, dass die beiden Laser sich durch gegenseitige Kopplung abschalten können, war uns klar: Entweder ist das ein Rechenfehler oder ein spektakuläres Ergebnis“, sagt Stefan Rotter. Mittlerweile bestätigen unabhängige Rechnungen der amerikanischen Mitautoren den Effekt.
Das Zusammenspiel der beiden Laser ist aber noch etwas komplizierter. „Es geht nicht allein um die Überlagerung von Lichtwellen – sondern um das Wechselspiel zwischen Überlagerung und Verstärkung des Lichts, das bei Lasern zu scheinbar paradoxen Effekten führen kann“, betont Matthias Liertzer. Methoden wie sie an der Fakultät für Mathematik der TU-Wien entwickelt wurden waren nötig, um die komplizierten nichtlinearen Gleichungen zu lösen, die dieses Problem beschreieben. Der physikalische Effekt lässt sich nur verstehen, wenn man tief in die Mathematik eindringt: „Das Phänomen beruht auf dem, was man in der Mathematik einen Ausnahmepunkt nennt“, erklärt Stefan Rotter. Ausnahmepunkte sind spezielle Schnittpunkte von Flächen in komplexen Räumen. „Treten nun solche Ausnahmepunkte auch in unseren Lasergleichungen auf, kann dies zu seinem Abschaltenführen. Dadurch können wir eine relativ abstrakte mathematische Struktur mit einem messbaren Phänomen in Verbindung bringen.“ sagt Rotter.
An der Fakultät für Elektrotechnik der TU Wien werden derzeit Experimente mit Mikrolasern durchgeführt, die diese spektakulären Vorhersagen im Labor reproduzieren sollen. Interessant sind solche Laser-Effekte vor allem deshalb, weil sie neue Ideen für das Zusammenwirken von Mikroelektronik und Lasertechnologie aufzeigen. In heutigen Computern wird Information hauptsächlich über elektrische Signale übertragen – die Einbeziehung von Laserlicht könnte hier völlig neue Möglichkeiten eröffnen.
TU Wien / OD
