Gut ausgeleuchtet von Infrarot bis Ultraviolett
Gasgefüllte Kristallfaser liefert Licht hoher Intensität über sehr großen Spektralbereich.
Optische Analysemethoden sind lebenswichtig für unsere moderne Gesellschaft: Sie ermöglichen es, Substanzen in Gasen, Flüssigkeiten sowie Feststoffen schnell und sicher nachzuweisen. In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftler verschiedene Verfahren für die hyperspektrale Spektroskopie und die entsprechende Aufnahmetechnik entwickelt. Das erlaubt es beispielsweise, das Verhalten von Molekülen zu beobachten, wenn sie sich falten, rotieren oder vibrieren. So können die Forscher Molekülen, die eine Krebserkrankung signalisieren, Treibhausgasen, Schadstoffen oder anderen potenziell gefährlichen Substanzen auf die Spur kommen. Diese hochempfindlichen Methoden haben sich bereits in vielen Anwendungsfeldern als sehr nützlich erwiesen, etwa in der Lebensmittelüberwachung, der biochemischen Sensorik oder in den Kulturwissenschaften, beispielsweise um die Strukturen historischer Objekte, Gemälde oder Skulpturen zu untersuchen.
Die Herausforderung war dabei immer, dass kompakte Lichtquellen fehlten, die einen großen Frequenzbereich mit ausreichender Helligkeit abdecken. Teilchenbeschleuniger können große Spektren abdecken. Doch sie besitzen nicht die gleiche hohe zeitliche Kohärenz wie Laser. Zudem handelt es sich bei diesen ringförmigen Synchrotonen um teure Großgeräte mit erheblichem Platzbedarf.
Jetzt ist es einem internationalen Team unter der Führung von Jens Biegert, ICREA Professor am Forschungszentrum ICFO in Barcelona, gelungen, mit Hilfe einer neuartigen gasgefüllten, photonischen Kristallfaser eine kompakte, sehr helle Lichtquelle zu schaffen. An den jetzt veröffentlichten Arbeiten waren neben den Wissenschaftlern in Spanien Forscher vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen, von der Staatlichen Universität Kuban in Russland und vom Max-Born-Institut für nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie in Berlin beteiligt. Das System von etwa der Größe einer Tischtennisplatte liefert ein sieben Oktaven umfassendes Spektrum, das von 340 bis 40.000 Nanometer Wellenlänge reicht. Das Licht ist dabei zwei bis fünf Größenordnungen heller als die Strahlung, die Synchrotone liefern.
Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, die wenige Zyklen umfassende Pulsdauer des Lichts zu nutzen, um Prozesse in Substanzen mit hoher zeitlicher Auflösung zu untersuchen. Das eröffnet neue Möglichkeiten in der Molekularspektroskopie, der physikalischen Chemie und der Festkörperphysik – um nur einige Beispiele zu nennen.
MPL / DE
