Neuartiger Laser mit sehr niedrigem Energieverbrauch

Physiker an der Universität Würzburg haben eine neuartige Lasertechnologie entwickelt. Das Prinzip ist gänzlich anders als bei konventionellen Bauformen. Dadurch lässt sich der Energiebedarf erheblich reduzieren.

Wie der klassische Halbleiter-Laser, der heute vom Labor bis zur Unterhaltungselektronik praktisch überall Verwendung findet, sendet auch der Polariton-Laser im Gleichtakt schwingende Lichtwellen aus. Die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse sind jedoch gänzlich verschieden. „Vereinfacht gesagt schicken wir Elektronen und Löcher durch das Anlegen einer elektrischen Spannung in einen Quantenfilm“, sagt Sven Höfling, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Technische Physik der Universität Würzburg. Über eine ganze Kette an komplexen Prozessen entstehen „Quasiteilchen“, die sogenannten Polaritonen. Bei deren Zerfall werden schließlich Photonen emittiert.

„Die Masse eines Polaritons ist extrem klein, annähernd so gering wie die eines Lichtteilchens in der Mikrokavität“, sagt Höflings Kollege Christian Schneider. Prinzipiell seien in einem Polariton jedoch die Eigenschaften von Exzitonen und Photonen gemischt. Welche von ihnen in welchem Grad ausgeprägt sind, können die Physiker durch den Aufbau ihres Experiments steuern.

Das Ergebnis lässt sich von den Eigenschaften des Lichtstrahls her kaum von dem eines konventionellen Lasers unterscheiden, auch wenn es auf einem gänzlich anderen Wirkmechanismus beruht. Allerdings benötigt ein Polariton-Laser für diesen Prozess deutlich weniger Energie. Der Verbrauch sinke um ein bis zwei Größenordnungen, so Schneider.

Noch sind Temperaturen von zehn Grad Kelvin – also minus 263 Grad Celsius – notwendig, damit der Würzburger Polariton-Laser funktioniert. Das wollen die Physiker ändern. Ihr Ziel ist es, den Prozess auch bei Raumtemperatur zum Laufen zu bringen. Das ist für sie noch aus einem weiteren Grund interessant: „Die Prozesse, die in einem Polariton-Laser ablaufen, sind eng verwandt mit denen in einem Bose-Einstein-Kondensat“, so Schneider weiter. Bevor aber in diese noch kaum untersuchte Richtung weitergeforscht werden kann, steht vorerst die Nutzbarmachung des Polariton-Lasers für verschiedene Anwendungen im Vordergrund. Die konventionelle Lasertechnologie könnte dann in Zukunft von der energiesparenden Version verdrängt werden.

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