Luft lenkt den Laserstrahl direkt in das Ziel
Deutsche Forscher schaffen unsichtbares optisches Gitter mithilfe akustischer Dichtewellen
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Laserstrahl-Teilung zwischen zwei Lautsprechern (Foto: Science Communication Lab for DESY) |
Hamburg/Jena (pte023/04.10.2023/12:30)
Mit einem unsichtbaren optischen Gitter lassen sich Laserstrahlen ablenken, sodass sie das gewünschte Ziel erreichen. Das interdisziplinäre Entwicklungs-Team am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) nutzt Schallwellen, um die Luft in dem Bereich zu modulieren, den der Laserstrahl durchkreuzen will, um ihn abzulenken. "Wir erzeugen ein optisches Gitter mithilfe akustischer Dichtewellen", so Yannick Schrödel, Doktorand beim DESY und am Helmholtz-Institut Jena.
Dichter und weniger dichte Luft
Leistungsstarke Speziallautsprecher schaffen in die Luft ein Streifenmuster aus dichteren und weniger dichten Bereichen. Ähnlich wie unterschiedlich dichte Luftschichten auch in der Erdatmosphäre Licht ablenken - Beispiel Fata Morgana - übernimmt das Dichtemuster in der Luft die Funktion eines optischen Gitters, das den Laserstrahl beugt.
"Die Lichtablenkung per Beugungsgitter erlaubt eine viel präzisere Kontrolle des Laserlichtes im Vergleich zur Ablenkung in der Erdatmosphäre", betont Schrödel und ergänzt: "Die Eigenschaften des optischen Gitters lassen sich über die Frequenz und die Intensität, also die Lautstärke der Schallwellen, beeinflussen."
So laut wie ein Düsentriebwerk
In ersten Labortests hat sich ein starker Infrarot-Laserpuls mit einer Effizienz von 50 Prozent ablenken lassen. Deutlich höhere Effizienzen sollen künftig möglich sein, wie numerische Modellierungen zeigen. Für den ersten Test haben die Forscher ihre Speziallautsprecher weit aufdrehen müssen.
"Wir bewegen uns bei einem Schallpegel von etwa 140 Dezibel, das entspricht einem Düsentriebwerk in wenigen Metern Entfernung. Zum Glück befinden wir uns im Ultraschallbereich, den unsere Ohren nicht wahrnehmen", so Christoph Heyl, Wissenschaftler bei DESY und dem Helmholtz-Institut Jena, der das Forschungsprojekt leitet.
Leistung von rund zwei Mrd. LEDs
Bei ihren Versuchen haben die Forscher einen Infrarot-Laserpuls mit einer Spitzenleistung von 20 Gigawatt verwendet, das entspricht der Leistung von etwa zwei Mrd. LED-Birnen. Laser dieser und noch höherer Leistungsklassen werden beispielsweise zur Materialbearbeitung, in der Fusionsforschung und in Teilchenbeschleunigern eingesetzt.
"In diesem Leistungsbereich schränken die Materialeigenschaften von Spiegeln, Linsen und Prismen, mit denen der Strahl bisher gelenkt wird, den Einsatz des Laserstrahlt deutlich ein. Zudem werden optische Elemente leicht von starken Laserstrahlen beschädigt und die verschlechtern die Qualität des Laserstrahls. Wir schaffen es dagegen, Laserstrahlen qualitätserhaltend berührungslos abzulenken", meint Heyl.
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