Photonik 01. Jul 2021 Von Stefan Asche

Laser können künftig kompakter werden

Neuentwicklung von Wissenschaftlern aus Harvard kann sämtliche Eigenschaften des Lichts steuern.


Foto: Christina Spägele/Harvard SEAS

Eine neue Metaoberfläche verspricht kompaktere Laser für Anwendungen von Quantensensorik bis hin zu Augmented-Reality-Headsets. Denn die Entwicklung von Forschern der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) steuert diverse Eigenschaften des Lichts – von der Wellenlänge bis hin zur Form des Strahls. Das macht größere Bauteile für einzelne Aufgaben, durch die bisherige Laser oft recht klobig ausfallen, überflüssig.

Kompakte Kontrolle

Bislang sind große, rotierende Elemente nötig, um die Wellenlänge eines Laserstrahls zu steuern. Andere Lichteigenschaften erfordern zusätzliche Bauteile. Damit könnte jetzt Schluss sein. „Unser Zugang ebnet den Weg für neue Arten, die Emission optischer Quellen zu manipulieren und mehrere Funktionen, wie Fokussierung, Hologramme, Polarisation und Strahlformung, gleichzeitig in einer einzigen Metaoberfläche zu steuern“, erklärt SEAS-Physikprofessor Federico Capasso. In „Nature Communications“ haben er und seine Kollegen einen Laser vorgestellt, der einfach nur aus einer Laserdiode und eben der neuen, reflektierenden Metaoberfläche besteht.

Wellenlänge lässt sich schnell ändern

„Wenn Licht auf die Metaoberfläche fällt, werden verschiedene Farben in verschiedene Richtungen abgelenkt“, sagt SEAS-Doktorandin Christina Spägele. Eben diese Tatsache nutzen die Forscher, um unter anderem die Wellenlänge des Laserstrahls zu steuern. Um diese zu ändern, reicht letztendlich eine kleine Verschiebung der Metaoberfläche gegenüber der Diode. Außerdem ist es mit der gleichen Oberfläche möglich, die Form eines Strahls so zu beeinflussen, dass ein komplexes Hologramm entsteht, wie das Wappen der Universität Harvard.

Ein Laser, drei Strahlen

Die Metaoberfläche kann zudem das Licht in drei unterschiedliche Strahlen teilen: in einen klassischen, einen optischen Wirbel und einen sogenannten Bessel-Strahl, der beispielsweise in der optischen Pinzette zum Einsatz kommt. „Neben der Steuerung jeder Art von Laser wird diese Fähigkeit, mehrere Strahlen parallel und in beliebigen Winkeln zu erzeugen, die jeweils eine andere Funktion bieten, viele Anwendungen ermöglichen, von wissenschaftlichen Instrumenten bis hin zu Augmented oder Virtual Reality sowie Holografie“, meint Capasso.

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