Physiker entwickeln ein “weitsichtiges” Lasersystem

Beispiel für einen Querschnitt durch einen Strahl, der von dem strukturierten Lasersystem erzeugt wurde. Die Zentralachse ist sehr dicht und von mehreren Lichthalos umgeben. (Image Credit: CERN / IPP)
Beispiel für einen Querschnitt durch einen Strahl, der von dem strukturierten Lasersystem erzeugt wurde. Die Zentralachse ist sehr dicht und von mehreren Lichthalos umgeben. (Image Credit: CERN / IPP)

Manchmal fallen einem die Gelegenheiten in den Schoß, wenn man es am wenigsten erwartet. Ein Team des CERN hat in Zusammenarbeit mit dem Institute of Plasma Physics (IPP) in Prag einen bahnbrechenden Laserstrahl entwickelt, als es an einem besonders anspruchsvollen Ausrichtungssystem arbeitete. “Als wir das Ausrichtungssystem für den HIE-ISOLDE-Beschleuniger entwickelten, entdeckten wir, dass das System, das einen strukturierten Laserstrahl erzeugt, verblüffende optische Eigenschaften besitzt”, erklärten Jean-Christophe Gayde (CERN, EN-SMM-ESA) und Miroslav Šulc (IPP), die Erfinder des Systems. “Anfangs planten wir nicht, einen Generator für diese Art Laserstrahl zu entwickeln, aber die Ergebnisse unserer Forschung waren vielversprechend.”

Im weiteren Verlauf des “ungeplanten” Projekts entwickelten die beiden Teams den “strukturierten Laserstrahl”. Dieses System ist extrem innovativ, weil es Strahlen produziert, die fast nicht-diffraktiv sind. Die Zentralachse der Strahlen weicht selbst über eine Distanz von mehreren hundert Metern nur sehr geringfügig voneinander ab: 200 Meter von dem System entfernt beträgt der Durchmesser der Zentralachse des Lasers nur ein paar Millimeter – kaum mehr als beim Verlassen des Generators. Die am Markt verfügbaren Systeme produzieren solche Strahlen nur über Distanzen von wenigen Metern.

Seine außergewöhnlichen Eigenschaften geben dem strukturierten Laserstrahl Potenzial auf vielen Gebieten, darunter Kommunikation, Medizin, Physik und vor allem Meteorologie. “Am CERN wäre dieser Laser dank seiner geringen zentralen Divergenz ein wertvolles Hilfsmittel für die Ausrichtung von Magneten”, sagte Jean-Christophe Gayde. “Und er besitzt eine besonders bemerkenswerte Eigenschaft: Unter bestimmten Bedingungen rekonstruiert sich der Strahl nach dem Auftreffen auf ein Hindernis selbst. Mit anderen Worten: Sein Halo kann den zentralen Strahl rekonstruieren, nachdem er das Hindernis passiert hat, ähnlich wie ein Bessel-Strahl.”

Vergleich der zentralen Divergenz eines nicht-strukturierten Laserstrahls (links) und eines strukturierten Laserstrahls (rechts) in Distanzen von 0 bis 3 Metern vom Generator. (Image: CERN / IPP)
Vergleich der zentralen Divergenz eines nicht-strukturierten Laserstrahls (links) und eines strukturierten Laserstrahls (rechts) in Distanzen von 0 bis 3 Metern vom Generator. (Image: CERN / IPP)

Der strukturierte Laserstrahl kann von Laserquellen in einem breiten Wellenlängenspektrum erzeugt werden, und seine Geometrie ist leicht anzupassen (Durchmesser der zentralen Divergenz, Anzahl der Kreise im Halo, usw.). Der Generator selbst kann sehr kompakt (von der Größe einer Streichholzschachtel) und justierbar sein, während er noch recht kostengünstig ist.

“Im Mai 2018 haben wir ein Patent eingereicht, und seitdem führen wir Gespräche mit mehreren potenziellen Kunden in Europa, um die Zusammenarbeit zu fördern”, sagte Amy Bilton, KTO (Knowledge Transfer Officer) für dieses Projekt innerhalb der Knowledge Transfer Group am CERN. “Die Studien laufen und weitere Tests sind erforderlich, aber der strukturierte Laserstrahl könnte manche Lichtstrahl-Anwendungen wesentlich verbessern, insbesondere Laserstrahlen.”

Quelle

(THK)

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