Zum ersten Mal ist es Forschern gelungen, Luft zur Ablenkung eines Lasers einzusetzen!

Kürzlich gaben Forscher des Deutschen Forschungszentrums Elektronen-Synchrotron (DESY) bekannt, dass sie Laserstrahlen nun mithilfe eines unsichtbaren Gittersystems aus Luft ablenken können. Es wird beschrieben, dass das optische System aus Ultraschall besteht und durch den Laser nicht beschädigt wird (schließlich handelt es sich nur um Luft) und auch die Qualität des Strahls nicht beeinträchtigt wird.
Das Team hat ein Patent für diese neue Methode angemeldet und eine entsprechende Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht. Dabei kommt ein spezieller Lautsprecher zum Einsatz, der die Erzeugung von Luftmustern unterschiedlicher Dichte ermöglicht. Während die Masse konstant bleibt, ist das Gerät derzeit nur zu 50 Prozent effizient, aber das Team glaubt, dass diese Aspekte in Zukunft noch weiter verbessert werden können.
Yannick Schrödel, der Erstautor der oben genannten Forschungsarbeit und Doktorand bei DESY und dem Helmholtz-Institut in Jena, sagte in einer Erklärung, dass sie ein optisches Gitter auf Basis akustischer Dichtewellen hergestellt hätten.
Die innovative Technik nutzt Schallwellen von 140 Dezibel (entspricht dem Schallpegel eines Düsentriebwerks in wenigen Metern Entfernung), allerdings im Ultraschallbereich, sodass sie für das menschliche Ohr nicht hörbar sind. Diese Schallwellen bilden Schichten unterschiedlicher Dichte. Die Arbeit wurde von der Art und Weise inspiriert, wie Licht von der Erdatmosphäre gebogen wird, wenn es Schichten unterschiedlicher Dichte durchdringt.
„Die Ablenkung des Lichts durch ein Beugungsgitter ermöglicht jedoch eine präzisere Steuerung des Lasers als die Ablenkung in der Erdatmosphäre.“ Schrödel erklärte, dass die Eigenschaften des Gitters durch die Frequenz und Intensität der Schallwellen beeinflusst werden.
In ihren Experimenten verwendeten die Forscher Infrarot-Laserpulse mit einer Spitzenleistung von 20 GW – das entspricht etwa 2 Milliarden LEDs oder der Energiemenge, die benötigt wird, um 16,5 Drohnenautos zurück in die Zukunft zu schicken. Aufgrund ihrer Leistungseigenschaften können solche Laser unter anderem zur Materialbearbeitung eingesetzt werden.
„In diesem Leistungsbereich schränken die Materialeigenschaften von Spiegeln, Linsen und Prismen ihren Einsatz stark ein und diese Optiken werden in der Praxis durch starke Laserstrahlen leicht beschädigt.“ Christoph Heyl, Projektleiter, ebenfalls von DESY und dem Helmholtz-Institut, ergänzt: „Darüber hinaus wird auch die Qualität des Laserstrahls beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu ist es uns gelungen, den Laserstrahl so abzulenken, dass die Qualität berührungslos erhalten bleibt.“ ."
Die DESY-Forscher erwähnten, dass für die Studie extreme Schallpegel notwendig seien. Obwohl extreme Schallpegel zunächst technisch unerreichbar schienen, fanden sie schließlich mit Unterstützung der Forscher der Technischen Universität Darmstadt und der Firma Inoson eine Lösung. Dem DESY-Team ist es nun gelungen, die Technologie mit gewöhnlicher Luft zu relevanten Anwendungen zu kombinieren.
Nun ist es dem Team gelungen, ein Gittersystem zu entwickeln, aber sie gehen davon aus, dass sie auch andere Gase verwenden werden, um andere Wellenlängen anzuwenden oder andere optische Eigenschaften, optische Strukturen – wie Linsen und Wellenleiter – zu erzeugen. Und es könnte sogar möglich sein, verschiedene Gase zu verwenden, um mit verschiedenen Lasertypen zu interagieren.
„Das Potenzial für die berührungslose Steuerung von Licht und die weiteren Anwendungen, für die es erweitert werden kann, liegt derzeit nur auf der Ebene der Vorstellungskraft“, sagt Heyl und fügt hinzu, dass „moderne Optik fast vollständig auf der Wechselwirkung von Licht basiert.“ mit fester Materie. Unser Ansatz eröffnet eine völlig neue Richtung.“