Präzise Pulskontrolle

Wer den Mikrokosmos erforschen möchte, der benötigt eine exakte Kontrolle über Laserlicht. Jetzt haben Physiker vom Labor für Attosekunden­physik am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) ein Messsystem entwickelt, mit dem sie Laserpulse mit großer Bandbreite im Infrarotspektrum des Lichts exakt bestimmen können. Im Infrarot-Wellenlängenbereich bis zu 1200 Nanometern war dies bis jetzt nur mit aufwändigen Vakuumsystemen möglich. Das neue System kann für die präzise Erzeugung von Atto­sekunden-langen Lichtblitzen zur Erforschung von Elektronen­bewegungen eingesetzt werden, genauso wie zur kontrollierten Mobilisation von Elektronen in Kristallen.

Infrarote Laserpulse mit wenigen Femtosekunden Dauer dienen in diesem Zusammenhang einerseits dazu, eine verlässliche Lichtquelle für die Erzeugung von Attosekunden-Lichtblitzen zu schaffen. Mit Attosekunden-langen Lichtblitzen ist man in der Lage, Elektronen zu „fotografieren“. Zum anderen kann man mit Infrarot-Laserpulsen Elektronen­bewegungen in Molekülen und Kristallen anregen und damit ihre elektronischen Eigenschaften innerhalb von Femtosekunden verändern.

Je besser man die Beschaffenheit der Infrarot-Laserpulse kennt, desto genauer können Experimente durchgeführt werden, die Aufschluss über Phänomene im Inneren von Kristallen geben. Jetzt haben Laserphysiker vom Labor für Atto­sekunden­physik um Nicholas Karpowicz und Sabine Keiber am Max-Planck-Institut für Quanten­optik und der Ludwig-Maximilians-Universität München ein Messsystem entwickelt, mit dem man den genauen Schwingungs­verlauf von Lichtwellen im infraroten Bereich des Spektrums, bis zu 1200 Nanometer Wellenlänge, analysieren kann.

In diesem Messsystem tastet ein weiterer, fünf Femtosekunden-langer Laserpuls das elektromagnetische Feld des Infrarotpulses ab. „Ein Femto­sekunden-langer Infrarot-Laserpuls besteht aus synchronisierten Wellen­schwingungen des Lichts und damit des elektro­magnetischen Feldes“, erklärt Nicholas Karpowicz. „Mit unserer Technik sind wir nun in der Lage, nicht nur das elektro­magnetische Feld des Lichtpulses in seiner Gesamtheit zu bestimmen, sondern auch das Feld jeder einzelnen Schwingung innerhalb des Pulses zu analysieren.“ In dem Wellen­längen­bereich bis zu 1200 Nanometer war eine so exakte Analyse bis heute nur unter sehr aufwändigen Bedingungen möglich.

Mit der neu erworbenen Kontrolle über die nahen Infrarot­pulse erweitern sich nun die Möglichkeiten zur Erkundung des Mikrokosmos. Ebenso haben die Forscher mit ihrer Analyse­methode eine Möglichkeit geschaffen, die technologische Weiterentwicklung im Bereich der Datenübertragung mit Licht zu unterstützen. Da für die Übertragung von Informationen häufig eine Licht­wellen­länge von rund 1500 Nanometern benutzt wird, bietet sich nun die Chance diese durch exakte Messtechnik noch effizienter zu gestalten. Und auch in der Grundlagenforschung kann das System eingesetzt werden. Das Messsystem kann die zeit­aufgelöste Infrarot­spektroskopie zur Untersuchung von biologischen und chemischen Proben verbessern.

MPQ / DE