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Optik: Extrem dünner Laserspiegel getestet

Wissenschaftler von der Universität von Kalifornien in Berkeley haben einen sehr flachen und zugleich leistungsfähigen Spiegel entwickelt und ihn erfolgreich in einem Laser eingesetzt.

Spiegelgitter im Rastertunnelmikroskop | Gitterstäbe des Spiegels in einer Aufnahme eines Rastertunnelmikroskops: Die Gitterperiode beträgt 375 Nanometer, die Höhe 235 Nanometer.
Wie Michael Huang, Ye Zhou und Connie Chang-Hasnain berichten, reflektiert der neue Spiegel mit 99,9 Prozent ebenso viel Licht wie bisher verwendete, arbeitet aber in einem zehnfach breiterem Lichtspektrum und ist nur ein Viertel so dünn. Da er sich aus nur zwei Schichten zusammensetzt, lässt er sich auch einfacher produzieren.

In die erste, 235 Nanometer dicke und aus Aluminium-Gallium-Arsenid bestehende Schicht haben die Wissenschaftler Gitterlinien eingraviert, deren Abstände mit wenigen hundert Nanometern die Wellenlänge des Lichts unterschreiten. Durch die Richtung des Gitters kann bei Bedarf die Polarisation des Laserlichts gesteuert werden. Bei der zweiten, etwa einen Mikrometer dicken Spiegelschicht handelt es sich um Luft, die sich aber auch durch andere Materialien, wie etwa Siliziumdioxid, ersetzen ließe.

Größenvergleich von Laserspiegeln | Größenvergleich von bisherigen und dem neuen Laserspiegel: Links im Bild ist der neue Spiegel zu sehen – mit dem Spiegelgitter über der Luftschicht. Im Vergleich dazu steht rechts ein herkömmlicher Spiegel mit mehreren Schichten.
Die bislang in Lasern verwendeten Spiegel bestehen aus mehreren Schichten zweier sich abwechselnder Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes. Um hohe Reflexionsraten zu erreichen, werden bis zu achtzig solcher Schichten mit einer Gesamtdicke von mehreren Mikrometern benötigt. Auf Grund ihres Aufbaus arbeiten sie zudem nur in einem engen Spektralbereich. Moderne optische Speichertechnologien benötigen jedoch ein breites Frequenzspektrum, weil sie mit blau-violetten Lasern arbeiten, die sich genauer fokussieren lassen.

Spiegel bilden zusammen mit einem optisch aktiven Medium das Herzstück eines Lasern. Sie sorgen dafür, dass das Licht im Laserhohlraum bleibt und dort kohärent verstärkt wird. Auch in optischen Schaltungen werden Spiegel eingesetzt, die umso kleiner und leichter sein müssen, je schneller sie bewegt werden. Erste Entwürfe des neuen Spiegels haben die Forscher bereits 2004 präsentiert, doch erst jetzt konnten sie seine Tauglichkeit in einem Laser beweisen. Er soll außerdem in der Sensorik und Fotovoltaik Anwendung finden. (vs)

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