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Mikroskopisch abstimmbare Laser

27.09.2017

Resonatoren, die den sogenannten Whispering Gallery Mode (WGM)-Effekt für ihre eigenen Zwecke nutzen, werden seit einiger Zeit zur Herstellung von Mikrolasern, Sensoren, optischen Schaltern, Routern usw. verwendet. Diese winzigen Geräte nutzen ein ähnliches Phänomen wie der akustische Effekt, der in runden Räumen wie einigen Kathedralen, Museen und Kunstgalerien auftritt. Die Ausbreitung, Reflexion, Überlagerung und Fokussierung von Schallwellen in solchen Räumen ermöglicht es, auf der einen Seite deutlich zu hören, was auf der anderen Seite geflüstert wurde.

Ein ähnlicher Effekt ist auch bei elektromagnetischen Wellen im optischen Bereich zu beobachten. Wenn Licht nach innen geschossen und in einem aktiven Kugelresonator gespeichert wird, kann dieser Resonator einer zusätzlichen Aktion unterzogen werden, die ihn zu einer Quelle monochromatischer kohärenter Strahlung macht, mit anderen Worten zu einem Laser. Die Parameter des WGM-Resonators sowie von Resonatoren anderer Typen werden jedoch in erster Linie durch das Material und die Abmessungen der Vorrichtung und in der anderen durch einige andere Parameter bestimmt. Daher kann ein auf einem solchen Resonator basierender Laser Licht mit einer streng definierten Frequenz emittieren, die direkt von der Resonanzfrequenz der Vorrichtung abhängt.

Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie ist es jedoch gelungen, einen frequenzabstimmbaren WGM-Resonator zu entwickeln, der die Grundlage eines abstimmbaren Nanolasers bildet, eines Lasers, der Licht bei verschiedenen Wellenlängen emittieren kann. Der Resonator wird eingestellt, indem die Größe und Form der flexiblen Basis geändert wird, auf der er installiert ist. Durch das Strecken dieser Basis vergrößert sich der Abstand zwischen den beiden Hälften der Resonatorscheibe, was zu einer Vergrößerung der Wellenlänge des vom Laser emittierten Lichts führt.

Die Scheibe des WGM-Resonators hat einen Durchmesser von 25 Mikron, und ihre Hälften sind durch einen Spalt von 2.5 Mikron getrennt. Die Scheibenhälften werden von zwei "Beinen" gehalten, die Teil einer Kunststoffbasis aus Elastomer sind, einem Material, das komprimiert oder gedehnt werden kann. Mit der minimalen Breite des Spalts, der die Hälften der Resonatorscheibe trennt, wird das Laseremissionsspektrum in den Blaulichtbereich gemischt, und der Wellenlängeneinstellbereich des Laserlichts beträgt mehrere Mikrometer, was den gesamten sichtbaren Bereich abdeckt.

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