Forscher der Universität der Bundeswehr Hamburg, des MPI für Quantenoptik München und der Universität München haben das weltweit leistungsstärkste Dual-Comb-Spektrometer entwickelt, das den Weg für viele Anwendungen in der Atmosphärenforschung und der biomedizinischen Diagnostik, unter anderem auch für die Krebsfrüherkennung, ebnet. Das Herzstück des Systems besteht aus einer speziellen Art von laseraktivem Medium, einer dünnen Kristallscheibe, und einem Laserresonator, der dieses Medium umgibt.
„Der Schlüssel zu unserer Dual-Comb-Laserquelle liegt in ihrer Schlichtheit”, erklärt Teamleiter Oleg Pronin. „Anstatt zwei voneinander getrennte Laser zu verwenden, die jeweils aktiv stabilisiert und aneinandergekoppelt werden müssen, stammen unsere beiden Laserstrahlen aus demselben Laserresonator, was zu einer hervorragenden gegenseitigen Stabilität führt.” Der Laser mit zwei Ausgängen liefert eine mehr als zehnfach höhere Leistung als alle bisherigen Dual-Comb-Laserquellen.
Das ebnet den Weg für viele Anwendungen in der Atmosphärenforschung und in der biomedizinischen Diagnostik. Anwendungen in der Grundlagenforschung – wie die präzise Vermessung atomarer Spektrallinien in bisher unzugänglichen Wellenlängenbereichen und Kernuhren, den potenziell genauesten Uhren in unserem Universum – kommen dank dieser neuartigen Laserquelle in Reichweite.
Die Dual-Comb-Laserquelle wandelt extrem schnell oszillierende elektrische Felder des Lichts in den Bereich der Radiofrequenzen um, wo das Signal mit moderner Elektronik in Echtzeit erfasst werden kann. Dieses Verfahren wird mit zwei überlagerten Pulszügen von Laserpulsen mit leicht unterschiedlichen zeitlichen Abständen realisiert. Es bietet eine hohe Empfindlichkeit und subpikometer Auflösung mit schnellen Erfassungszeiten im Millisekundenbereich.
Die erreichten Spitzenleistungen im Megawattbereich ebnen mittels Frequenzkonversion den Weg zur hochauflösenden Spektroskopie im tiefen ultravioletten Frequenzbereich – ein Spektralbereich, der von den heutigen Spektrometern nur mit unzureichender Auflösung abgedeckt wird. Im Vergleich zu komplexen, aktiv stabilisierten Lasersystemen vereinfacht die kompakte Größe des Lasersystems Anwendungen wie beispielsweise Spektroskopie der Atmosphäre und hochpräzise Entfernungsmessungen enorm.
HSU / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
K. Fritsch et al.: Dual-comb thin-disk oscillator, Nat. Commun. 13, 2584 (2022); DOI: 10.1038/s41467-022-30078-0 - Lasertechnologie und Spektroskopie (O. Pronin), Fklt. für Elektrotechnik, Helmut-Schmidt-Universität – Universität der Bundeswehr Hamburg
Weitere Beiträge
- Ionisierung in Zeitlupe (pro-physik.de Nachrichten, 22. Februar 2018)
