Lasergläser zur Unterstützung wissenschaftlicher Fortschritte
Ein Durchbruch in der Lasertechnologie
Wie lassen sich hochintensive, ultrakurze Laserpulse mit extrem hoher Energie erzeugen? Viele Jahre lang haben sich Laserphysiker intensiv mit diesem Thema beschäftigt. Erstmals mit der Verleihung des Nobelpreises für Physik 2018 wurde offiziell ein Durchbruch gewürdigt. Die beiden Preisträger, Gérard Mourou und die Kanadierin Donna Strickland – die dritte Frau, die jemals mit diesem Preis ausgezeichnet wurde – erfanden gemeinsam eine ausgefeilte Methode, mit der sich die Leistung von Lasern steigern lässt. Es gelang ihnen, sie zu leistungsstarken Präzisionswerkzeugen für alles von der Augenchirurgie bis zur Mikrobearbeitung zu verwandeln.
Der intensivste Laserpuls der Welt
Die Technik zur Erzeugung der intensivsten Laserpulse aller Zeiten heißt „Chirped Pulse Amplification“ (CPA) und wurde bereits 1985 von beiden Wissenschaftlern im Rahmen von Stricklands Doktorarbeit entwickelt. CPA ermöglicht die Erzeugung ultrakurzer Laserpulse von wenigen Femtosekunden (1fs = 10-15 s) und mit sehr hoher Leistung im Petawatt-Bereich (1PW=1015 W). Das Prinzip besteht darin, einen unglaublich ultrakurzen Puls mit einem optischen Gitter vorübergehend zu streuen, um seine sofortige Intensität zu verringern, bevor er wieder verstärkt wird. Der Puls wird dann wieder komprimiert und erreicht eine Intensität, die größer ist als die aller Kraftwerke der Welt.
Lasergläser von SCHOTT spielen als Verstärkermaterial in Hochleistungslasern eine wichtige Rolle.
Die zentrale Rolle von SCHOTT in der Laserentwicklung
Die einstige Vision der beiden Forscher ist Realität geworden. Die von ihnen erfundene CPA-Technologie wurde bereits in einem der fortschrittlichsten Lasersysteme eingesetzt – der europäischen ELI (Extreme Light Infrastructure), der weltweit ersten wissenschaftlichen Laseranlage mit mehreren Standorten (Ungarn, Rumänien und in der Tschechischen Republik), die von Professor Mourou initiiert wurde.
Hier, sowie in anderen anspruchsvollen Lasersystemen auf der ganzen Welt – z.B. Apollon, NIF und Laser MejaJoule – sind aktive phosphat- und silikatbasierte Lasergläser von SCHOTT die Enabler und Schlüsselkomponenten in den jeweiligen Durchstrahlsystemen. Sie verfügen über außergewöhnliche optische Eigenschaften, die gestreckte Pulse extrem verstärken können.
„Wir sind stolz darauf, seit Jahrzehnten an einer solchen Technologie beteiligt zu sein. Wir können uns auch bei unseren internationalen Projekten für große Laserprojekte bedanken, die den nötigen Antrieb zur Weiterentwicklung unserer Lasergläser liefern“, erklärt Alain Danielou, Strategic Market Manager für Laserkomponenten EMEA bei SCHOTT Advanced Optics. Als Verstärker in diesen Anwendungen mit ultrahoher Spitzenleistung bieten die Gläser nun die selten geforderte größere Bandbreite von 30 bis 50 Nanometern.
Danielou: „Aufgrund der fundamentalen Unschärferelation haben ultrakurze Pulse ein breites Spektrum, das bei der Verstärkung erhalten bleiben muss, um eine anschließende Kompression zu ermöglichen. Deshalb stehen wir immer noch vor der Herausforderung, die Bandbreite der Pumpe in unseren Phosphatgläsern auf 80 Nanometer zu vergrößern.“
Lasergläser werden in naher Zukunft noch viel mehr zu leisten haben. Viele ältere Laseranlagen müssen bald renoviert werden – und SCHOTT ist schon jetzt bereit Glasplatten für die Laserdesigns und Wellenlängen für die neuen Hochleistungslaser zu liefern.
10. Dezember 2018
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