Nichtlineare Lichtquelle auf der Nanoskala

Wissenschaftlern aus Stanford ist es gelungen ein Bauteil zu entwickeln, dass den sogenannten Efish-Effekt auf der Nanoebene ermöglicht. Efish steht für „electric-field-induced second harmonic light generation“. Mit diesem Effekt lassen sich in einem Kristall die Frequenzen von eingestrahltem Licht verdoppeln, sofern eine externe Spannung anliegt. Bisher waren allerdings Hochleistungslaser, große Kristalle und Spannungen von mehreren tausend Volt nötig, um den Effekt zu erzeugen.

Das Bauteil der Ingenieure aus Stanford basiert auf nichtlinearen Kräften, die auftreten, wenn intensives Laserlicht auf optisch nichtlineare Kristalle fällt. Es besteht aus zwei goldenen Elektroden-Plättchen, die durch einen winzigen Spalt getrennt sind. In diesem 100 Nanometer schmalen Spalt befindet sich ein nichtlineares Material. Durch die Enge des Spaltes genügt eine Spannung von einem Volt um sehr hohe elektrische Feldstärken zu erzeugen, wie sie für den Efish-Effekt nötig sind.

Die Forscher bestrahlten diesen schmalen Spalt mit intensivem Laserlicht. Durch die Wechselwirkung zwichen Licht und Metall entstanden in dem Bauteil Plasmonen, Wellen von Elektronen im Metall, die vom einfallenden Licht moduliert wurden. Die Forscher lenkten die Plasmonenwellen auf die Mitte des Bauteils zum Spalt hin. Dort traten die Plasmonen mit dem nichtlinearen Material im Spalt und dem eingestrahlten Laserlicht in Wechselwirkung. Die von außen angelegte elektrische Spannung sorgte im Spalt für die nötige Feldstärke, bei der durch einen miniaturisierten Efish-Effekt Lichtpulse entstanden, die die Intensität des eingestrahlten Lichts um das Achtzigfache übertrafen.

Durch eine Modulation der angelegten Spannung, ließ sich das intensive Laserlicht ein- oder ausschalten, wie die Forscher zeigten. Sie sehen daher potentielle Anwendungen für das Bauteil, das Signale auch niedriger Spannung in Licht umwandeln kann, in der optischen Telekommunikation.

PH / Stanford School of Engineering