Der Klang des Lichts

Wie verdrehtes Licht stabile Schallwellen erzeugt.

Werden Laserstrahlen in hohlen Kristall­fasern auf eine schrauben­förmige Achterbahn geschickt, erzeugen sie akustische Wellen: Aus Lichtwellen werden Töne – die allerdings unhörbar für Menschen sind. Dabei wird ein Teil des Lichts zurück­ge­worfen und ändert schlagartig seine Drehrichtung. Diesen verblüffenden Effekt haben jetzt Forscher des MPI für die Physik des Lichts experi­mentell nach­ge­wiesen. Das Phänomen eröffnet Wege zu neuen Anwendungen in der Quantenoptik, Sensorik und Navigation.

Abb.: Versuchs­aufbau zur Brillouin-Streuung. (Bild: X. Zeng, MPL)
Abb.: Versuchs­aufbau zur Brillouin-Streuung. (Bild: X. Zeng, MPL)

Die Wissenschaftler haben spezielle photonische Kristall­fasern hergestellt, die dünner als ein menschliches Haar sind und in deren Inneren sich zahlreiche winzige Hohlräume befinden, die umeinander verdreht sind. In ihnen zeigen infrarote Laserstrahlen, die kreisförmig polarisiert sind und sich damit mit einer genau definierten Drehbewegung ausbreiten, ein ganz besonderes Verhalten: Ab einer bestimmten Lichtstärke beginnt der Kern der Fasern zu vibrieren. Diese akustischen Wellen schwingen stabil rund zehn Milliarden Mal pro Sekunde auf und ab. Derartige Effekte nennen Physiker Brillouin-Streuung.

„Gleichzeitig wird ein Teil des Lichts in der Faser zurück­ge­worfen und kehrt auf einmal seine Dreh­bewegung um“, erklärt Xinglin Zeng vom MPL. „Das Phänomen eröffnet ein völlig neues Forschungs­feld“, ergänzt Birgit Stiller, Leiterin der Gruppe Quanten-Opto­akustik am MPL. Mit seiner Hilfe könnten künftig Laser-Gyroskope zur Lage­bestimmung etwa eines Smartphones, optische Pinzetten oder quanten­optische Schaltungen entwickelt werden.

MPL / RK

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