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Samstag, 27.05.2017
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Weg frei für bessere Laser?

Internationales Patent auf Terahertz-Laser und Verstärker angemeldet

Laser gehören in der Informationstechnologie und der Medizin aber auch in praktisch allen Naturwissenschaften längst zum Standard. Solche Laser aber, die im Terahertz-Bereich strahlen - Licht also mit einer Frequenz von Billionen Hertz aussenden -, sind bislang nur als Prototypen verfügbar. Forscher der Universität haben nun ein neues Verfahren für die Entwicklung von Terahertz-Lasern und Verstärkern vorgestellt, die beispielsweise bei der DNA-Analyse und der Umweltanalytik zum Einsatz kommen können.
Laserlicht

Laserlicht

Terahertz-Laser leiden bisher trotz weltweiter intensiver Forschung unter anderem darunter, dass sie apparativ sehr aufwändig sind, viel Energie verbrauchen oder sich nur unzureichend steuern lassen. Gleichzeitig aber werden viele Hoffnungen mit ihnen verknüpft: Terahertz-Laser könnten sich zum Beispiel für bildgebende Verfahren in der Medizin, die den Körper nicht durch Strahlen belasten, und für die schnelle Datenübertragung eignen, aber auch für die Untersuchung der Erdatmosphäre und die Astronomie.

Schon bald Laser Laser für kommerzielle Zwecke?


Sicherheitssysteme an Flughäfen dürften davon ebenso profitieren wie die physikalische Grundlagenforschung, wenn es beispielsweise darum geht, Quantenzustände in Halbleitern zu manipulieren.

Forscher der Philipps-Universität Marburg haben ein Verfahren für die Entwicklung von Terahertz-Lasern und optischen Verstärkersystemen zum internationalen Patent angemeldet, das es erlaubt, solche Laser für kommerzielle Zwecke zu bauen. Es zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die entstehenden Geräte nur wenig Energie benötigen und sich auf einfache Weise steuern lassen.


"Es sollte nun möglich sein", so der Marburger Physiker Professor Stephan W. Koch, der das Verfahren gemeinsam mit seinem Kollegen Professor Mackillo Kira erarbeitete, "durch die Wahl geeigneter Halbleitersysteme Verstärker beziehungsweise Laser für einen beträchtlichen Teil des Terahertz-Spektralbereichs zu entwickeln."

Exzitonen senden Terahertz-Strahlung aus


Das Prinzip des Verfahrens basiert auf der Erkenntnis, dass sich Halbleiter optisch so anregen lassen, dass es zu einer Besetzungsinversion zwischen exzitonischen Zuständen kommt. Als exzitonische Zustände werden dabei (negativ geladene) Elektronen in Halbleitern bezeichnet, die eine Bindung mit positiv geladenen "Löchern" eingegangen sind.

Diese Exzitonen wiederum können verschiedene energetische Zustände einnehmen. Während sich normalerweise mehr Exzitonen auf niedrigen Energienieveaus als auf hohen Energieniveaus befinden, ist dies im Fall der "Besetzungsinversion" genau umgekehrt. In dem Moment nun, in dem die optische Anregung endet, fallen viele Exzitonen von hohen Energieniveaus auf niedrigere Niveaus herunter, nehmen also wieder ihren "Normalzustand" ein. Dabei senden sie Strahlung aus - in diesem Fall Terahertz-Strahlung.
(idw - Universität Marburg, 28.03.2006 - DLO)
 
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