26.10.2022

Universeller Frequenzschieber für Laserlicht

Neuer Ansatz für eine effiziente, durchstimmbare Laserlichtquelle.

Forschende vom Swiss Nanoscience Institute haben eine Plattform für resonante Verstärkung von nicht­linearen optischen Prozessen entwickelt, die es ermöglichen könnte Laserlicht beliebiger Wellenlänge zu produzieren. Sie verbinden dabei eine keilförmige Diamant­membran mit zwei eng beieinander liegenden, stark reflektierenden Spiegeln (Fabry-Perot-Mikrokavität). Auf diese Weise können die Forschenden die Resonanzfrequenz der Kavität und damit die Wellenlänge des nichtlinearen Prozesses sowohl über den Abstand der Spiegel zueinander wie auch über die Dicke der Diamant­membran regulieren. Das Team aus Stanford, Calgary und Basel berichtet, dass ihr Ansatz auf andere Materialsysteme und nichtlineare Prozesse übertragen werden kann und somit den Weg zu einem universellen Frequenz­schieber für Laserlicht ebnen könnte.

Abb.: Die Plattform mit zwei eng beieinander liegenden, stark reflektierenden...
Abb.: Die Plattform mit zwei eng beieinander liegenden, stark reflektierenden Spiegeln und einer keilförmigen Diamantmembran ebnet den Weg für einen universellen, niedrigschwelligen Frequenzschieber für Laserlicht. (Bild: Flågan, Riedel / scixel.es)

Forschende weltweit arbeiten daran, neue Wege zur Erzeugung von Laser­emissionen beliebiger Wellenlängen zu entwickeln. Festkörperlaser haben sich aufgrund ihrer kompakten Bauweise, ihrer Zuver­lässigkeit, ihrer stabilen Leistung und ihrer Strahlqualität dahingehend durchgesetzt. Bei den meisten Konstruktionen dient ein elektrischer Halbleiter­diodenlaser entweder als direkte Strahlungsquelle oder als Pumpquelle zur Erzeugung von Laserstrahlung in anderen Materialien. Es existieren jedoch verschiedene Wellenlängen­bereiche, die mit derartigen Halbleiterlasern nicht erzeugt werden können.

Nichtlineare optische Prozesse lassen sich nutzen, um diese Einschränkung zu überwinden, da sie die Umwandlung der Wellen­länge eines Lasers in eine andere Farbe ermöglichen. Diese nicht­linearen Prozesse sind jedoch von Natur aus schwach und zur Überwindung der Laserschwelle sind Pumplaser mit hoher Leistung erforderlich. An diesen nichtlinearen Prozessen sind mehrere optische Felder mit unter­schiedlichen Farben beteiligt. Die Intensität dieser Felder kann erheblich gesteigert werden, indem das Licht auf ein kleines Volumen in einem optischen Resonator begrenzt wird, wodurch sich der Leistungs­bedarf erheblich verringert.

In einem optischen Resonator wird das Licht bei bestimmten Frequenzen verstärkt. Daniel Riedel von der Stanford University und Sigurd Flågan von der University of Calgary haben nun eine neuartige Plattform entwickelt, mit der sie zwei optische Felder verstärken können. Die Plattform basiert auf einer Fabry-Perot-Mikrokavität – zwei eng beieinander liegenden, hoch reflek­tierenden Spiegeln, in die sie eine dünne Diamantmembran mit einem keilförmigen Dickenprofil integrieren. Die Plattform zeigt einen eleganten Weg auf, um die Resonanz­frequenzen zweier optischer Felder mit zwei unabhängigen Stell­schrauben zu steuern: dem Spiegelabstand und der Diamantdicke. Beide können durch vertikale und laterale Verschiebungen der beiden Spiegel mit Hilfe von Nano­positionierern gesteuert werden – das keilförmige Oberflächen­profil übersetzt die laterale Verschiebung in eine Änderung der Diamantdicke.

„Die Plattform ebnet den Weg für einen universellen, niedrig­schwelligen Frequenz­schieber für Laserlicht, der die Umsetzung kosten­günstiger Lösungen für Laser in exotischen Wellenlängen­bereichen ermöglichen könnte. Unser Ansatz kann auf andere nichtlineare Prozesse und Material­plattformen übertragen werden und damit viele weitere potenzielle Anwendungen ermöglichen“, fassen Daniel Riedel und Sigurd Flågan zusammen. Die beiden Wissen­schaftler waren Doktoranden in den Gruppen von Patrick Maletinsky und Richard Warburton und haben diese Arbeiten während ihrer Zeit in Basel am Departement Physik durchgeführt.

U. Basel / JOL

Weitere Infos

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Meist gelesen

Themen