Nr. 41 / 2015

05. Februar 2015 : Mit Lichtgeschwindigkeit geblitzt: Physiker publizieren über Kohärenz auf der Femtosekunden-Zeitskala in renommierter Zeitschrift

Wie Physiker der Universität Osnabrück in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift »Nature Communications« berichten, wurde erstmals die Interferenz von grünen und blauen Laserpulsen experimentell beobachtet. Das Anwendungspotenzial dieser Entdeckung liegt unter anderem in der dynamischen Holographie, einer hochpräzisen optischen, also zerstörungsfreien und schnellen Messtechnik.

»Die Publikation in dieser Zeitschrift ist für uns eine ganz besondere Form der Auszeichnung«, so der Osnabrücker Physiker Prof. Dr. Mirco Imlau.

Zum theoretischen Hintergrund der Entdeckung: Während die Überlagerung (Interferenz) zweier Laserstrahlen gleicher Farbe vielen schon in der Schule begegnet sein mag, ist die Interferenz von Laserstrahlen unterschiedlicher Farbe bislang in der Literatur nicht bekannt. »Der Grund hierfür liegt in der Problematik, das zugehörige Interferenzmuster sichtbar zu machen«, erklärt Imlau. Dieses Muster bewegt sich mit 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit und lässt sich daher mit herkömmlichen Messmethoden nicht nachweisen. Erst die Verwendung von sehr kurzen Laserpulsen mit Pulsdauern im Bereich von Femtosekunden, also der Millionstel einer Milliardstel Sekunde, ermöglicht  diese für die Fachwelt verblüffende Beobachtung. »Während einer Femtosekunde breitet sich Licht nur wenige tausendstel Millimeter aus, und erlaubt so eine Momentaufnahme sehr schneller Vorgänge«, so Doktorand Holger Badorreck.  

Seit nunmehr zwei Jahren tüfteln die Osnabrücker Forscher, darunter auch der theoretische Physiker Dr. Kay-Michael Voit und Masterstudent Stefan Nolte, an der Entwicklung einer speziellen Femtosekunden-Kamera zur Beobachtung sich blitzschnell bewegender Interferenzmuster. Zunächst wurde die Entdeckung mit renommierten Forscherkollegen diskutiert, darunter der Humboldt-Forschungspreisträger Prof. Dr. Serguey Odoulov aus Kiew.

Speziell der Begriff der Kohärenz, eine der wichtigsten Eigenschaften von Laserlicht und Grundvoraussetzung für die Interferenz, ist durch die experimentellen Erkenntnisse für Femtosekunden-Laserpulse neu zu fassen. »Gemeinsam haben wir dann sogar das Aufzeichnen von Hologrammen mit grünen und blauen Pulsen realisiert«, so Imlau.  Neben der bereits genannten Messtechnik umfassen weitere Anwendungen die Erzeugung frequenzverschobener Lichtwellen oder die Untersuchung von ultraschnellen Ladungstransportmechanismen.

Die Erzeugung von Femtosekunden-Laserpulsen und deren Anwendung im Bereich der physikalischen Grundlagenforschung stehen im Mittelpunkt des Labors für Ultrakurzzeitphysik (e·ultra) der Forschungsgruppe Imlau. Das seit 2011 am Standort Westerberg im Fachbereich Physik betriebene Forschungslabor wird aus Mitteln des Bundes und des Landes Niedersachsen finanziell gefördert und ist mit modernsten Lasersystemen ausgestattet. In diesem Jahr wird nach vierjähriger Entwicklungszeit der letzte Bauabschnitt von e·ultra abgeschlossen. »Dann werden wir physikalische Prozesse mit noch höherer Geschwindigkeit studieren können«, erklärt Imlau.

Weitere Informationen für die Redaktionen:
Prof. Dr. Mirco Imlau, Universität Osnabrück
Fachbereich Physik, Labor für Ultrakurzzeitphysik (e·ultra)
Barbarastraße 7, 49076 Osnabrück
Tel. +49 541 969 2654
mirco.imlau@uni-osnabrueck.de
http//www.imlau.physik.uos.de
Artikel DOI: 10.1038/ncomms6866 
http://www.nature.com/naturecommunications