Infrarotlicht hat ein feines Gespür für Moleküle. Grundlage dafür ist, dass Moleküle durch infrarote Strahlung in Schwingungen versetzt werden. Deshalb lässt sich Infrarotlicht beispielsweise zur Analyse der molekularen Zusammensetzung von Proben verwenden. Damit diese Analyse künftig noch exakter wird, haben Forscher der Uni München und des MPI für Quantenoptik jetzt eine Infrarotlichtquelle entwickelt, die über ein enorm breites Spektrum verfügt. Diese weltweit einzigartige Quelle kann künftig helfen, kleinste Mengen an Molekülen aufzuspüren.
Abb.: Das neue Lasersystem ist das weltweit erste, das bei Leistungen von 19 Watt Infrarotlichtpulse bei Wellenlängen bis knapp unter 20.000 Nanometern erzeugt. (Bild: T. Naeser)
Trifft Infrarotlicht auf Moleküle, beginnen diese zu schwingen. Für jedes Molekül einer bestimmten Art ist ein Wellenlängen-Bereich von ein bis dreißig Mikrometern verantwortlich. Interagiert das Infrarotlicht mit den Molekülen werden diese Wellenlängen ausgelöscht. Über die Analyse des Spektrums schließen die Forscher auf die Zusammensetzung der Probe. Je stärker dabei die Infrarotlichtquelle ist und je mehr Wellenlängen eingestrahlt werden, desto sensitiver wird die Analyse der Molekül-Zusammensetzung einer Probe.
Das Team hat jetzt eine Infrarotlichtquelle, basierend auf einem neuen Scheibenlaser mit einem Holmium-YAG-Kristall entwickelt, die über ein Spektrum an Wellenlängen von fünf bis zwanzig Mikrometern verfügt. Das neue System ist ein Kurzpulslaser, der 77.000 Pulse pro Sekunde emittiert. Die Pulse selber dauern nur Femtosekunden lang. Das Lasersystem ist das weltweit erste, das bei hohen Leistungen von 19 Watt Infrarotlichtpulse bei Wellenlängen bis knapp unter 20.000 Nanometern erzeugt. Damit haben die Forscher mit ihrem Lasersystem eine zehn Mal höhere Leistungsfähigkeit in diesem Wellenlängenbereich erzielt, als bisher erreicht wurde. Die emittierten Laserpulse haben zudem eine fünfmal kürzere Dauer als bei aktuellen Infrarot-Lasersystemen.
Die neue Lichtquelle eröffnet zahlreiche Möglichkeiten, den Mikrokosmos besser zu verstehen. So können etwa über Spektroskopie und Infrarot-Mikroskopie Untersuchungsmethoden viel sensitiver und verlässlicher konzipiert werden. Für das Team bietet sich das besonders im Hinblick auf Moleküle an. Der Infrarotlaser wird im Projekt „Broadband Infrared Diagnostics“ zum Einsatz kommen. Hier wollen die Wissenschaftler Blut und Atemluft auf ihre molekulare Zusammensetzung untersuchen. Sind im Blut oder der Atemluft bestimmte Moleküle vorhanden, wie sie nur im Fall einer Krebserkrankung eines Patienten vorkommen, wäre das ein verlässlicher Hinweis, der weitere Untersuchungen nötig machen würde. Man hätte damit ein neues Diagnosewerkzeug zur Früherkennung von Krankheiten geschaffen.
MPQ / RK
