Monsterwellen aus Licht

02.01.2014 - Deutschland

Ein neues optisches System, in dem Monsterwellen aus Licht erzeugt werden können, haben jetzt Wissenschaftler des Berliner Max-Born-Instituts (MBI) vorgestellt. Sie benutzen dafür eine Gaszelle, in der Turbulenzen zur kurzzeitigen Verschmelzung von einzelnen Lichtstrahlen zu starken Lichtblitzen führen.

Zufällige Ereignisse in der Natur unterliegen oft einer sogenannten Normalverteilung, die es erlaubt, die Wahrscheinlichkeit extremer Ereignisse zuverlässig vorauszusagen. Es gibt nun insbesondere in der Meteorologie eine Reihe von Prozessen, bei denen extrem starke und zerstörerische Ereignisse häufiger auftreten als sich aus langjähriger Beobachtung schwächerer Ereignisse vorhersagen ließe. Beispiele hierfür sind unerwartet starke Stürme oder andere Extremwetterereignisse, ein weiteres das Auftreten von sogenannten Monsterwellen im Meer.

Vor 5 Jahren wurde nun qualitativ ähnliches Verhalten bei der Propagation von intensiven Lichtimpulsen durch eine Glasfaser beobachtet, also in einem völlig unterschiedlichen physikalischen System. Da die Beobachtung extremer Impulsenergien in diesem System verhältnismäßig wenig Aufwand erfordert, hat diese Beobachtung ein eigenes Forschungsgebiet über „optische Monsterwellen“ initiiert. In einer bei Physical Review Letters erschienenen Arbeit stellen Forscher des Max-Born-Instituts ein neues optisches System vor, in dem Monsterwellen auftreten. Anders als in allen Vorgängerarbeiten ist dieses Phänomen durch atmosphärische Turbulenz in einer Gaszelle verursacht, also eine Art Sturm im Reagenzglas und somit durch ein mikroskopisches meteorologisches Phänomen. Wird in einer solchen Zelle ein Bündel hochintensiver paralleler Lichtstrahlen (sogenannte Filamente) erzeugt, so kann die Turbulenz zur kurzzeitigen Verschmelzung von Einzelstrahlen führen, die mit dem bloßen Auge beobachtbare Lichtblitze erzeugt.

Eine genaue Analyse der experimentellen Daten zeigt, dass die statistische Verteilung dieser Lichtblitze viel extremer ist als jene von meteorologischen Ereignissen. Meereswellen gelten bereits als Monsterwellen, wenn sie die signifikante Wellenhöhe um einen Faktor zwei überschreiten. Im optischen System treten hingegen sogar Lichtblitze auf, die die charakteristische Intensität um einen Faktor 10 übertreffen, also wirklich raues optisches Wetter.

Originalveröffentlichung

Simon Birkholz, Erik T. J. Nibbering, Carsten Brée, Stefan Skupin, Ayhan Demircan, Goëry Genty, and Günter Steinmeyer, "Spatiotemporal Rogue Events in Optical Multiple Filamentation," Physical Review Letters 111, 243903 (2013).

https://www.chemie.de/news/146281/monsterwellen-aus-licht.html