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Laser aus winzigen Glaskugeln

Mögliche Anwendungen in der optischen Kommunikation

Von Rainer Scharf

Mikroskopisch kleine Kügelchen aus Quarzglas können einfallendes infrarotes Licht für längere Zeit speichern und kohärente Laserstrahlung wieder aussenden. Das haben Forscher vom California Institute of Technology in Pasadena/Kalifornien herausgefunden. Die Kügelchen, die kleiner sind als der Durchmesser eines menschlichen Haares, könnten damit das Herzstück von neuartigen, äußerst effizienten Lasern bilden.

Zur Herstellung der Glaskugeln haben die Forscher um Kerry Vahala eine Glasfaser verwendet, deren Spitze sie schmolzen. Die Tropfen waren weniger als einen zehntel Millimeter dick und hatten nahezu perfekte Kugelgestalt. An eine der Glaskugeln wurde eine weitere Glasfaser dicht herangebracht, durch die man schwaches infrarotes Licht schickte. Da der Abstand zwischen Faser und Kugel weniger als einen tausendstel Millimeter betrug, konnte ein Teil des Lichtes unter einem sehr flachen Winkel in die Kugel eintreten.

In der Kugel wurde das Licht immer wieder unter einem flachen Winkel von der Oberfläche reflektiert. Das Licht breitete sich dadurch nahe der Kugeloberfläche aus. Ein ähnlicher Effekt ist auch von sogenannten Flüstergalerien bekannt, wo sich Schallwellen entlang der Innenwand einer Kuppel fortpflanzen können. Die Forscher schätzen, daß ein Lichtstrahl mehr als hunderttausendmal von der Oberfläche reflektiert wurde, bevor er die Kugel schließlich wieder verließ. Die Oberfläche schien für einen solchen total reflektierten Lichtstrahl ein fast perfekter Spiegel zu sein.

Während der Zeit, in der das infrarote Licht in der Kugel gefangen war, nahm auch dessen Intensität nach und nach zu. Dabei verstärkte sich die Wirkung des Lichtes auf das Quarzglas, das dadurch geringfügig langwelligeres Licht abzustrahlen begann. Man spricht in diesem Zusammenhang vom sogenannten Raman-Effekt. Auch die langwelligere Strahlung war wie das einfallende infrarote Licht zunächst in der Kugel gefangen. Auf diese Weise wurde immer mehr davon erzeugt. Es entstand gewissermaßen eine Lichtlawine, die aus der Kugel schließlich als Laserstrahlung entweichen konnte ("Nature", Bd. 415, S. 621).

Es reichte schon recht schwaches infrarotes Licht aus, in den Kugeln Laserstrahlung zu erzeugen. Die Wellenlänge des Laserlichtes hing vom Durchmesser der verwendeten Glaskugel ab. Daß man in den Glaskugeln Licht speichern und umwandeln kann, ist auch für die optische Telekommunikation und Datenverarbeitung interessant. Durch gezielte Verunreinigung des Quarzglases mit Substanzen, die spezielle optische Eigenschaften haben, könnte man aus den Glaskugeln vielseitige optische Bauelemente herstellen. 
 
Frankfurter Allgemeine Zeitung, 18.02.2002, Nr. 41 / Seite 50

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