Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Leuchtender Zufall

26.09.2016

Es galt als kaum erreichbares Ziel in der Laserforschung: Gebündeltes Licht im Terahertz-Bereich, das aus vielen verschiedenen Wellenlängen besteht. An der TU Wien gelang nun eine erste Umsetzung mit einem überraschenden Trick.

Terahertzwellen sind zwar schwer herzustellen, aber sie sind äußerst nützlich. Man kann sie zum Beispiel für chemische Sensoren verwenden, die ganz bestimmte Stoffe detektieren. Dafür müssen sie allerdings zwei wichtige Anforderungen erfüllen: Erstens muss der Terahertz-Lichtstrahl eng gebündelt sein, damit man ihn gezielt an den gewünschten Ort lenken kann, und zweitens darf er nicht wie gewöhnliches Laserlicht bloß eine einzelne Wellenlänge aufweisen, sondern sollte aus vielen verschiedenen Wellenlängen zusammengesetzt sein. Beides gleichzeitig zu erreichen war bisher kaum möglich. An der TU Wien gelang es nun mit einem ungewöhnlichen Trick erstmals einen gebündelten Terahertz-Laser mit Breitband-Spektrum herzustellen: Durch zufällig angeordnete Löcher im aktiven Lasermedium.

Den Zufall mit einbauen

„Wir beschäftigen uns mit zwei unterschiedlichen Arten von Lasern, die auf den ersten Blick wenig miteinander zu tun haben“, sagt Sebastian Schönhuber vom Institut für Photonik (Fakultät für Elektrotechnik) der TU Wien. „Einerseits forschen wir an Quantenkaskadenlasern, die aus genau aufeinander abgestimmten dünnen Halbleiterschichten bestehen, andererseits haben wir uns in unserem aktuellen Projekt auch mit Zufallslasern beschäftigt.“

Quantenkaskadenlaser werden an der TU Wien bereits seit Jahren entwickelt. Sie bestehen aus einem ausgeklügelten Halbleiter-Schichtsystem. Schon bei der Konstruktion des Lasers kann man dadurch genau festlegen, welche Wellenlängen das abgestrahlte Licht haben soll. Allerdings senden Quantenkaskadenlaser ihr Licht nicht in eine bestimmte Richtung, sondern sie strahlen für gewöhnlich einen breiten Lichtkegel ab. Dieses Licht danach wieder auf einen engen Strahl zu fokussieren ist kaum möglich.

Ein ähnliches Problem hat man bei den sogenannten Zufallslasern - einem völlig anderen und recht neuen Konzept der Lasertechnik. „Zufallslaser bestehen typischerweise aus Pulvern oder Flüssigkeiten, die das Licht erzeugen und es dann gleichzeitig in ihrem Inneren immer wieder zufällig streuen“, erklärt Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik. So bewegen sich die Lichtwellen auf ungeordnete, schwer vorhersehbare Weise durch den Laser. Das kann dazu führen, dass viele unterschiedliche Wellenlängen gleichzeitig abgestrahlt werden – allerdings in alle Richtungen gleichzeitig, ähnlich wie bei einer Glühbirne.

Zufällige Löcher, wie im Schweizer Käse

In einem Forschungsprojekt, in dem die beiden TU-Forschungsgruppen aus der Elektrotechnik und aus der Physik zusammenarbeiteten, wurde nun beides miteinander verknüpft: An zufällig ausgewählten Positionen wurden Löcher in einen Quantenkaskadenlaser gebohrt, somit wurde er zum Zufallslaser. Der zunächst überraschende Nebeneffekt dieses neuen Konzepts: Der durchlöcherte Laser sendet seine Strahlung direkt nach oben, in Form eines sehr eng gebündelten Strahls.

„Diesen Effekt im Detail zu erklären, war zunächst gar nicht einfach“, sagt Martin Brandstetter vom Institut für Photonik. „Es liegt an der Art, wie sich die einzelnen Wellenlängen zu einem Strahl addieren. Einzelne Frequenzanteile können in verschiedene Richtungen ausgesandt werden, aber insgesamt ist der Strahl eng fokussiert. Er zeigt genau in die Richtung, in der man die Löcher in den Quantenkaskadenlaser gebohrt hat.“

Damit steht nun erstmals ein Laser zur Verfügung, der einerseits breitbandige Teraherzstrahlung aus vielen unterschiedlichen Wellenlängen absendet und andererseits seine Strahlung in eine genau definierte Richtung abgibt – ein wichtiger Schritt für die Anwendung von Zufallslasern in der Praxis. Nun möchte man an der TU Wien noch einen Schritt weitergehen: „Wir wollen eine noch größere spektrale Bandbreite erreichen. Dadurch sollen neue Anwendungen in der Spektroskopie und bei bildgebenden Verfahren in diesem hochinteressanten aber technisch herausfordernden Bereich der Terahertzstrahlung möglich werden“, ist Sebastian Schönhuber zuversichtlich.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Bildgebungsverfahren
Mehr über TU Wien
  • News

    Neue Technologie zum Speichern von Energie

    Es ist eines der großen technischen Probleme unserer Zeit: Wie kann man Energie effizient speichern und weiterverwenden? Eine mögliche Lösung kommt aus der Chemie. Unter Zufuhr von Energie lässt man eine chemische Reaktion ablaufen, das dabei entstandene Material wird gelagert, bis man die ... mehr

    Phönix-Preis für Chemikerin Miriam Unterlass

    Die TU-Chemikerin wird für neue Synthesemethoden für Hochleistungsmaterialien mit dem österreichischen Gründerpreis „Phönix“ in der Kategorie „Prototypen“ ausgezeichnet. Die besten Start-ups, Spin-offs und Prototypen werden vom Bundesministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Forschung mi ... mehr

    Auf dem Weg zum umweltfreundlichen Treibstoff

    Fast ein Drittel des europäischen Energiebedarfs wird im Transportbereich benötigt. Nach wie vor werden dafür große Mengen an Diesel und Kerosin eingesetzt. Um den CO2-Ausstoß zu reduzieren, sollen in Zukunft in neuartigen Bio-Raffinerien Bio-Treibstoffe hergestellt werden. Dass das prinzip ... mehr

  • Videos

    Epoxy Resin

    A flash of ultraviolet light sets off a chain reaction which hardens the whole object. mehr

    Noreia

    Zeitraffervideo, das die Installation der Beschichtungsmaschine Noreia an der TU Wien zeigt. mehr

    Shaping Drops: Control over Stiction and Wetting

    Some surfaces are wetted by water, others are water-repellent. TU Wien (Vienna), KU Leuven and the University of Zürich have discovered a robust surface whose adhesive and wetting properties can be switched using electricity. This remarkable result is featured on the cover of Nature magazin ... mehr

  • Universitäten

    Technische Universität Wien

    Die TU Wien ist mit knapp 30.000 Studierenden und rund 4.800 Mitarbeiter_innen Österreichs größte Forschungs- und Bildungsinstitution im naturwissenschaftlich-technischen Bereich. Unter dem Motto "Technik für Menschen" wird an der TU Wien schon seit über 200 Jahren geforscht, gelehrt und g ... mehr

    Technische Universität Wien

    mehr

  • q&more Artikel

    Das Herz in der Petrischale

    Regenerative Medizin stellt eine der großen Zukunftshoffnungen und Entwicklungsperspektiven in der medizinischen Forschung des 21. Jahrhunderts dar. Revolu­tionäre Resultate konnten bereits durch gentechnische Eingriffe erzielt werden, ­wobei allerdings ethische und regulatorische Aspekte e ... mehr

  • Autoren

    Dr. Kurt Brunner

    Kurt Brunner, geb. 1973, studierte Technische Chemie an der TU Wien, wo er 2003 am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften promovierte. Während seiner Dissertation arbeitete er im Bereich der Molekularbiologie der Pilze mit Forschungsaufenthalten an de ... mehr

    Prof. Dr. Marko D. Mihovilovic

    Marko D. Mihovilovic, Jg. 1970, studierte von 1988–1993 technische Chemie an der TU Wien und promovierte dort 1996 im Bereich Organische Synthesechemie. Anschließend war er für Postdoc-Aufenthalte als Erwin-Schrödinger-Stipendiat an der University of New Brunswick, Kanada sowie an der Unive ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.