Zum ersten Mal ist es Wissenschaftler*innen gelungen, in winzigen Glasringen, den Mikroresonatoren, ultrakurze helle und dunkle Lichtpulse miteinander zu koppeln. Jeder der Lichtblitze setzt sich aus vielen verschiedenen, exakt definierten Farben zusammen, einem sogenannten Frequenzkamm. Die Kombination der Pulse verbreitert das Lichtspektrum, das die Mikroresonatoren aussenden. Die neue Lichtquelle kann daher zum Beispiel helfen, Sensoren empfindlicher zu machen, die Sprengstoffe an Flughäfen aufspüren, oder Entfernungen in autonomen Autos messen, um Hindernisse auf der Straße aufzuspüren.

Es klingt nach Zauberei: Laserlicht mit genau einer Farbe erzeugt einen Regenbogen vieler verschiedener Farben. Forscher*innen können diesen außergewöhnlichen Effekt in Mikroresonatoren erzeugen, kleinen Scheiben aus Glas. Schicken sie einen gepulsten Laserstrahl in diese Strukturen, beginnen Wellenpakete in ihrem Inneren zu kreisen – und senden dabei Licht aus, das sich aus verschiedenen, exakt aufgereihten Frequenzen zusammensetzt, so wie die Zinken eines Kamms. Für die Erfindung des optischen Frequenzkammes wurde der Nobelpreis in Physik im Jahr 2005 vergeben.

Jetzt haben Forschungsteams vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen und vom Imperial College in London einen noch ungewöhnlicheren Effekt erzielt: Indem sie zwei Laserstrahlen mit leicht versetzten infrarotem Licht auf die äußere Kante der Mikroresonatoren lenkten, erhielten sie zwei Wellenpakete, Solitonen genannt: ein helles und ein dunkles, die sich kreisförmig bewegen. Bei einem dunklen Lichtpuls verringert sich schlagartig die Intensität des Lichts für einen sehr kurzen Moment. Die Lichtpulse sind nur den 1/10.000.000.000.000 Teil einer Sekunde lang.

Mikroresonatoren lassen sich leicht in großen Stückzahlen herstellen

Beide koppeln sich aneinander und bleiben im Mikroresonator gefangen. Das Paar erzeugt einen breiten Lichtkamm aus hunderten präzisen definierten Frequenzen. "Damit verfügen wir über mehr Frequenzen, um etwa Informationen in einer Glasfaser zu übertragen“, beschreibt Pascal Del’Haye, Leiter der unabhängigen Forschungsruppe "Mikrophotonik" am MPL, eine mögliche Anwendung in der Telekommunikation. Er und seine Kolleg*innen haben kürzlich ihre Ergebnisse im renommierten Fachjournal „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Die breiteren Frequenzkämme können etwa in der Spektroskopie genutzt werden, ein weiteres Einsatzgebiet für Mikroresonatoren, die sich in großen Stückzahlen mit ähnlichen Verfahren wie Computerchips herstellen lassen. Sie können beispielsweise in Sensoren Sprengstoffe an Flughäfen aufspüren oder die Luftqualität messen. Zurzeit arbeitet der Luft- und Raumfahrtkonzern Airbus gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut daran, mit Mikroresonatoren erzeugte Frequenzkämme für Messungen von Satelliten aus zu verwenden. Eine weitere Anwendung sind Lidar-Systeme. Sie sind die Augen in autonomen Autos und ermöglichen ihnen Fußgänger auf der Straße zu erkennen.


Den Artikel finden Sie unter:

https://mpl.mpg.de/de/news-events/neues-aus-dem-institut/news-detail/article/News/detail/vielversprechendes-paar-wenn-finsternis-und-licht-sich-vermaehlen/

Quelle: Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (01/2022)


Publikation:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.033901