Dass der Laser 50 wird habe ich ja berichtet, daher wisst ihr jetzt auch alle, wie ein Laser funktioniert und steht mitten in den Feierlichkeiten zum Laserfest. Auch die Laser feiern und haben dazu einen Drummer angeheuert…
Vor kurzem habe ich über die Demonstration eines Phononenlasers berichtet, also ein -aser der nicht Lichtwellen sondern Schallwellen aussendet, und daher Saser getauft wird. (Phonon -aser, also Phaser, ist ja schon vergeben. Was Nature nicht an Wrtspielen in der Überschrift hindert). Dieser Saser arbeitete mit einem einzelnen, in der Laserfalle sitzenden Magnesium-Ion.
Kerry Vahala vom Caltech, der damals Erstautor war, steht jetzt auf der eminenten letzten Position eines neuen Paper in den Physical Review Letters (arXiv), in dem mit Lasern winzige Trommeln angeregt werden – und bei passender Frequenzanpassung in einen “lasenden” Modus fallen. Nur sind die Verhältnisse umgekehrt. Normalerweise besteht das Medium aus einem Festkörper, mit z.B. zwei Spiegeln am Ende, und die aufgebaute Schwingung ist das Licht. Hier ist das Licht das Trägermedium und es werden Schallwellen zwischen zwei gekoppelten Trommeln aufgebaut.
Im Bild sieht man die einige Mikrometer großen Resonatoren. Eine Glasfaser versorgt die Trommel mit Laserlicht. Zwischen den Trommeln gibt es einen kleinen Luftspalt, als “coupling gap” bezeichnet, über den man die Kopplung der Trommel regulieren kann. Die Trommeln können sich auf zwei verschiedene Arten koppeln, das sind also die Niveaus dieser einfachen Zwei-Level-Saser-Systems. Genau sind diese Level die symmetrische und antisymmetrische Kombination zweier optischer Moden der Mikrotrommeln. Die Breite des Luftspaltes reguliert den Frequenzunterschied zwischen den Leveln.
Der anregende Laser wird einmal um den Rand einer Trommel herumlaufen gelassen. Seine Photonen regen die Schwingungen der Trommel an, und indem man beobachtet wie der Laser hinterher aussieht, kann man bestätigen, dass eine Frequenz verstärkt wird – ein -asereffekt.
Jenseits eines Minimums an Pumpleistung durch den Laser waren die Forscher waren in der Lage, das Trommelsystem zum Aussenden einer einzelnen Frequenz anzuregen, also einem puren Ton. Und außerdem konnten sie durch Anpassen des Luftspaltes die Frequenz regulieren!
Für den Saser kann man sich auch schon Anwendungen vorstellen – z.B. ein ultrapräzises Ultraschallgerät für die Erkundung auf winziger Skala! Dafür sind, natürlich, noch einige Schritte notwendig, bislang arbeitet man bei viel zu niedriger Frequenz, und dann müsste man den Schall ja auch noch irgendwo hinein bekommen, aber ohne die Kopplung des Saser zu stören. Letztendlich aber sind diese Studien erstmal aus sich heraus interessant – wir sind jetzt langsam in der Lage, kontrolliert auch kohärente Schallwellen zu produzieren.
Und dass das Gebiet an Fahrt gewinnt, sieht man daran dass gleich noch eine zweite Gruppe einen Saser demonstriert hat (PRL). Die Forscher aus Nottingham haben dazu kleine Türme aufgeschichtet, abwechselnd aus Galliumarsenid und Aluminiumarsenid. Auch hier regt ein Laser die Spitze des Turms Phononen an und bewegt außerdem Elektron aus einem Material dazu, durch die Schicht des anderen Materials zu tunneln – wodurch der Schall verstärkt wird, was wieder mehr Elektronen zum Tunneln anregt, usw.
Diese Methode erreicht zwar schon eine interessante Gigahertz-Frequenz, aber nur kurz und mit zu hohem Energieverlust.
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