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Göttinger Forscher blicken in den Regenbogen

Ultrakurze Laserpulse gefilmt Göttinger Forscher blicken in den Regenbogen

Mit Blitzen aus einem Ultrakurzpulslaser wird in Grundlagenforschung, Automobilindustrie und Augenheilkunde gearbeitet. Ihr Licht besteht aus einem Regenbogenspektrum, und je kürzer der Puls, desto reicher die Farben. Wissenschaftler aus Göttingen und den USA haben die Entstehung dieses „Regenbogens“ gefilmt.

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Blick in einen Ultrakurzpulslaser. Aus zufälligen Fluktuationen wächst eine periodische Kette intensiver Laserpulse. Entscheidend dafür ist ein nichtlinearer Prozess im Titan-Saphir-Kristall (Mitte, rötlich).

Quelle: Herink /pug

Göttingen. Ein stabil laufender Ultrakurzpulslaser zeichnet sich durch eine streng periodische Kette von ausgesandten Lichtblitzen aus. Der Start eines jeden Laservorgangs hingegen ist unregelmäßig, hochgradig komplex und einzigartig – er entwickelt sich aus einem Gewirr zufälliger Fluktuationen.

Um diesen Vorgang zu verstehen, nutzten die Forscher die derzeit schnellste Spektrometertechnik weltweit: Sie erfasst lückenlos das Stakkato von hunderttausenden von Pulsen mit Abständen von wenigen Milliardstel Sekunden und macht das Farbspektrum jedes einzelnen Pulses sichtbar.

So konnte nach Angaben der Universität Göttingen in Echtzeit und mit einer Bildrate von 90 Millionen Schnappschüssen pro Sekunde gefilmt werden. Die Ergebnisse könnten relevant für die Entwicklung zukünftiger Laser sein und sind in der Fachzeitschrift Nature Photonics erschienen, teilte die Hochschule mit.

Die Wissenschaftler verwendeten bei ihrer Messung der intensivsten und schnellsten optischen Signale einen Trick: In einer Glasfaser läuft das Licht einer jeden Farbe mit einer anderen Geschwindigkeit. Ein kurzer „weißer“ Puls zerfließt so entsprechend seiner Farben zu einem zeitlichen Regenbogen.

Mit einer kilometerlangen Glasfaser konnte das Team so die Farbspektren jedes Pulses in gestreckte Zeitsignale umwandeln und mit spezieller Hochgeschwindigkeitselektronik festhalten. Somit ließ sich die komplette Entstehung des Regenbogenspektrums vieler Laserstarts beobachten und detailliert analysieren.

„Diese Echtzeitspektroskopie schließt eine Lücke in der Laserdiagnostik“, erläutert der Erstautor der Studie, Dr. Georg Herink vom IV. Physikalischen Institut der Universität Göttingen. „Wir erhalten in Sekundenbruchteilen einmalige Einblicke in Lasersysteme und kurzlebige nichtlineare Effekte.“

So entdeckten die Forscher beispielsweise einen bisher unbekannten Mechanismus, bei dem das Wechselspiel zweier kleinerer Lichtpulse den Laser startet. Auch beobachteten sie, dass sich nicht zwangsläufig die intensivste Fluktuation zum Riesenregenbogen entwickelt: Aufgrund der komplexen Dynamik schafft es manchmal auch eine schwächere Störung und überholt im richtigen Zeitpunkt den ursprünglichen Favoriten. jes/pug

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