Mikroskopischer Ring für pulsierendes Licht
Erzeugung auf chipgroßer Vorrichtung macht Frequenzkämme anwendungsfreundlicher.
Im Allgemeinen werden sowohl Licht- als auch Wasserwellen im Laufe ihrer Bewegung immer flacher, bis sie irgendwann ganz verschwinden. Es gibt aber auch Wellen, deren Form sich durch das Fortpflanzen nicht verändert: Solitonen. Einem Team von Forschern aus der Schweiz und aus Russland ist es gelungen, mithilfe eines Mikroresonators solche optische Solitonen zu erzeugen. Das erzeugte Licht setzt sich aus einer Vielzahl an Frequenzen zusammen, die stets genau denselben Abstand voneinander haben, ein Frequenzkamm also.
Mikroresonatoren auf einem Chip produzierenpulsierendes Laserlicht. (Bild: V. Brasch, EPFL)
Um die Solitonen zu erzeugen, haben die Forscher Mikroresonatoren verwendet. „Dabei handelt es sich um mikroskopisch kleine, sehr dünne Ringe aus Siliziumnitrid“, erklärt Tobias Kippenberg von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne. „Das Besondere an den Mikroresonatoren ist, dass sie das Licht des Lasers, an den sie gekoppelt sind, einige Nanosekunden lang speichern können. Während dieser Zeit zirkuliert das Licht tausende Male im Ring und akkumuliert sich, wodurch sich die Intensität im Ring deutlich verstärkt.“ Es entsteht eine nicht-lineare Interaktion zwischen Mikroresonator und Licht. Der normalerweise kontinuierliche Laser wird in ultrakurze Pulse umgewandelt: die Solitonen.
Indem sie den Aufbau der Mikroresonatoren anpassten, gelang es den Forschern, zusätzlich eine Solitonen-Tscherenkow-Strahlung zu erzeugen. Diese fördert die Erweiterung des Frequenzspektrums: Der Kamm umfasst mehr Zähne. Die Ergebnisse stellen einen neuen Rekord für diese Art von Struktur dar. Die erzeugten Frequenzen können nun im Vergleich zur Laserfrequenz einen Bereich von zwei Drittel einer Oktave umspannen.
„Diese Ergebnisse sind ein vielversprechender Fortschritt für Anwendungsbereiche, bei denen viele Frequenzen mit einem großen Abstand benötigt werden“, so Kippenberg. In der optischen Telekommunikation könnte ein einziger Laser eine Vielzahl individueller Frequenzen für die Übermittlung von Information erzeugen. Andere Anwendungsbereiche wären die Analyse chemischer Produkte und Atomuhren. „Wir haben ein Patent angemeldet, denn das Potenzial zur weiteren Entwicklung ist vorhanden.“
SNSF / RK
