Ein Forscherteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat in Zusammenarbeit mit einem Kollegen von der ShanghaiTech University und einem weiteren vom Zhangjiang Laboratory eine neue Methode entwickelt, um einen Laser mit Licht in einem breiten Wellenlängenbereich herzustellen.
In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Natur, beschreibt die Gruppe ihren neuen Laser und wie er gesteuert werden kann. Nicholas Rivera von der Harvard University hat einen Artikel in News & Views veröffentlicht, in dem die Funktionsweise herkömmlicher Laser und die vom Team in China entwickelte Technik beschrieben werden. Das Team von CAS hat außerdem zwei Artikel auf der Website der Akademie veröffentlicht, in denen die Arbeit skizziert wird.
Wie Rivera feststellt, hatte die Entwicklung des Lasers trotz einiger Einschränkungen einen tiefgreifenden Einfluss auf die wissenschaftliche Forschung und die Entwicklung kommerzieller Produkte. Typischerweise ist ein Laser darauf beschränkt, Licht bei einer gegebenen Wellenlänge zu emittieren, was die Praktikabilität verringert. Eine andere Art von Vorrichtung, die als Freie-Elektronen-Laser bekannt ist, überwindet dieses Problem, aber diejenigen, die unter Verwendung dieser Technik hergestellt werden, sind sperrig und teuer. Bei dieser neuen Anstrengung wichen die Forscher von der Standardmethode zur Erzeugung von Laserlicht ab, indem sie einen neuen Ansatz verfolgten.
Der neue Ansatz ist relativ einfach: Licht eines herkömmlichen Lasers wird schräg auf einen Eisendraht geschossen. Der Laserpuls dauert kurz – in der Größenordnung von Femtosekunden. Dadurch wird über die Länge des Drahtes ein elektrisches Feld erzeugt, das dazu führt, dass Elektronen aus den Eisenatomen gezogen werden, die den äußeren Rand des Drahtes bilden. Es beschleunigt auch die Elektronen auf eine hohe Geschwindigkeit entlang des Drahtes.
Unter dem Aufbau dient der Draht als Quelle, Kanal und auch als optisches Medium. Unter diesen Bedingungen bringt das entlang des Drahts erzeugte elektrische Feld andere, mobilere Elektronen, die sich noch im Draht befinden, zum Schwingen, was zu spontanen Emissionen führt, die die Form einer elektromagnetischen Welle annehmen, die sich durch den Draht bewegt und mit den freien Elektronen in jedem Impuls interagiert. Beim Auftreffen auf das Ende des Drahtes setzt sich die Welle in Form von Laserlicht fort. Die Steuerung des Laserlichts erfolgte mit zwei Arten von Kristallen, einem Terbium-Gallium-Granat, dem anderen Zinktellurid.
Mehr Informationen:
Dongdong Zhang et al, Coherent surface plasmon polariton amplification via free-electron pumping, Natur (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05239-2
Nicholas Rivera, Elektronen verwandeln ein Stück Draht in eine laserähnliche Lichtquelle, Natur (2022). DOI: 10.1038/d41586-022-03455-4
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