Preisregen auf weltgrößter Photonik-Konferenz

Gleich sechs Preise konnten Doktoranden der Friedrich-Schiller-Universität Jena von der internationalen Fachtagung „Photonics West“ in den USA mit nach Hause bringen. Die Nachwuchswissenschaftler vom Institut für Angewandte Physik (IAP) sind dort für wissenschaftliche Vorträge und Forschungsarbeiten ausgezeichnet worden. Die „Photonics West“ in San Francisco gilt als die weltweit größte Fachmesse und -konferenz auf den Gebieten Photonik, Laser und optische Technologien und zog in diesem Jahr rund 20.300 Besucher und 1200 Aussteller an.

Dort ist der Doktorand Hans-Jürgen Otto mit dem 1. Platz in der Kategorie Best Student Paper der Teilkonferenz „Fiber Lasers: Technology, Systems, and Applications“ geehrt worden. Otto präsentierte eine experimentelle Möglichkeit zur aktiven Strahlstabilisierung und gleichzeitigen Erhöhung der Strahlqualität von Hochleistungsfaserverstärkern.

Im selben Forum ist sein Kollege Christoph Jocher mit dem 2. Platz ausgezeichnet worden. Er zeigte ein gepulstes Hochleistungs-Lasersystem mit einer Repetitions-Rate von 250 Megahertz, wobei eine Pulsdauer von 23 Femtosekunden bei einer mittleren Leistung von 250 Watt erreicht wurde.

Den drittbesten Vortrag eines Studenten in dieser Teilkonferenz hielt Sven Breitkopf, ebenfalls vom IAP, über ein System zur Erzeugung von hochenergetischen, ultrakurzen Laserpulszügen aus einem Faserverstärker bei hohen Pulswiederholraten. Auf der Teilkonferenz „Frontiers in Ultrafast Optics: Biomedical, Scientific, and Industrial Applications“ erreichten Martin Baumgartl Platz 2 sowie Robert Kammel und Sören Richter jeweils den 3. Platz in der Kategorie Best Student Paper für ihre Beiträge.

Martin Baumgartl referierte über die Entwicklung von kompakten Faserlaserquellen für nichtlineare Mikroskopieverfahren. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Multiphotonen-Prozessen für die mikroskopische Bildgebung haben die nichtlineare Mikroskopie zu einem leistungsstarken Werkzeug für biologische und medizinische Anwendungen werden lassen. Die Signalerzeugung bei kohärenter Anti-Stokes-Raman-Streuung (CARS) stellt allerdings hohe Anforderungen an die benötigte Lichtquelle. So werden zwei zueinander synchronisierte kurze Laserpulse unterschiedlicher Wellenlänge benötigt, deren Frequenzunterschied genau auf die zu untersuchende Molekülresonanz einzustellen ist. Es ist den Jenaer Physikern gelungen, die Erzeugung der benötigten Laserpulspaare vollständig in optischen Glasfasern zu implementieren. Da das Licht im gesamten System in optischen Fasern geführt wird, ist der Aufbau besonders kompakt und vollständig justage- und wartungsfrei. Das ermöglicht die Anwendung der sonst teuren und komplexen Technologie auch in Kliniken.

Sören Richter, der auch Stipendiat der Hans L. Merkle-Stiftung ist, hat in seinem Vortrag demonstriert, wie durch ultrakurze Laserpulse aus hochrepetierenden Lasersystemen eine Verbesserung der erzielten Bruchfestigkeiten beim Laserbonden von Gläsern erreicht werden kann. Dazu werden diese Laserpulse in die Grenzflächen zweier Gläser fokussiert. Durch nichtlineare Absorption wird das Glas lokal aufgeschmolzen, was zur Bildung von Schweißnähten führt. Die dabei erzielte Festigkeit der gebondeten Materialien kann auf bis zu 95 Prozent des Volumenmaterials gesteigert werden, indem man sogenannte Laser Bursts verwendet. Dabei handelt es sich um zeitlich getrennte Laserimpulse, welche wiederum aus mehreren intensiven Laserpulsen bestehen. Der zeitliche Abstand der Laserpulse beträgt einige Mikrosekunden, so dass in dieser Zeit das Material relaxieren kann und somit die Spannungen deutlich reduziert werden. Dadurch können höhere Festigkeiten erzielt werden, als bei der Verwendung von kontinuierlichen Pulszügen.

Robert Kammel hat in seinem Vortrag eine Technik für den Einsatz von Laserchirurgie in der Ophthalmologie beschrieben. Hier erlaubt der Einsatz ultrakurzer Laserpulse eine Vielzahl neuer Behandlungsansätze im hinteren Augenabschnitt, etwa die präzise Chirurgie an Linse oder Glaskörper. Da die Geometrie des Auges jedoch in diesem Bereich eine starke Fokussierung der Laserpulse begrenzt, führt die hohe Intensität vor dem Laserfokus zu einem unpräzisen Energieeintrag und einer inhomogenen Schnittqualität. In seinem Vortrag konnte der Physiker zeigen, wie mittels des neuartigen Fokussierungskonzeptes des „simultaneous spatial and temporal focusing (SSTF)“ der Energieeintrag stärker auf den Laserfokus eingegrenzt und so die Homogenität chirurgischer Schnitte erhöht werden kann. Durch die Begrenzung der ultrakurzen Pulsdauer auf den Bereich des Fokus konnte die Länge der eingetragenen Schnittpunkte halbiert und ein Aufspalten der Schnittpunkte vermieden werden.

Während der Konferenz ist ebenfalls der „Biophotonic Solutions Outstanding Research Award“ verliehen worden. Die Auszeichnung erhält die Arbeitsgruppe von Jens Limpert. Die geehrte wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit kohärenten Hochleistungs-XUV-Quellen.

U. Jena / PH