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Plasmonik: Neues Verfahren bündelt Laserstrahlen stärker

Forschern um Nanfang Yu von der Harvard University gelang es, die Strahldivergenz eines Lasers mit Hilfe so genannter Oberflächenplasmonen zu reduzieren. Bislang wird ein Laserstrahl mittels Linsen oder gekrümmter Spiegel fokussiert oder gebündelt, was in der Regel sorgfältige optische Justierung erfordert.

Laser mit KollimatorLaden...
Laser mit Kollimator | Der neu entwickelte Kollimator besteht aus einer Blende, die auf die optisch aktive Region des Lasers zentriert ist und einer Reihe von Rillen, wie auf der Abbildung gezeigt.
Die Wissenschaftler nutzten das neue Verfahren, um den Strahl eines Halbleiterlasers zu beeinflussen, der infrarotes Licht mit einer Wellenlänge von rund zehn Mikrometern aussendet [1]. Ein Metallplättchen mit einem eingeätzten Schlitz sowie einem periodisches Muster aus Rillen, die allesamt kleiner als die Wellenlänge des Lasers waren, diente ihnen als Blende. Diese fixierten Yu und seine Kollegen an der Vorderseite des Lasers. Durch das auftreffende Licht können die freien Elektronen an der Oberfläche des Metalls nun zu kollektiven Schwingungen angeregt werden. Die Strukturen darauf ermöglichen es dem Laserlicht dann, mit diesen Oberflächenplasmonenwellen in Wechselwirkung zu treten und dadurch in einem sehr engen Lichtstrahl gestreut zu werden.

Um den Aufbau zu optimieren, variierten die Wissenschaftler die Breite des Schlitzes sowie Breite und Tiefe jeder einzelnen Rille. Letztlich verbreiterte sich der Strahl in vertikaler Richtung 25 Mal weniger als bei demselben Laser ohne Kollimator. Er wies nun eine Strahldivergenz von nur rund 2,4 Grad auf. Die Methode lässt sich auf eine Reihe von verschiedenen Lasern anwenden, berichten die Forscher.

Eine Team um Harumasa Yoshida, das für das Unternehmen Hamamatsu Photonics forscht, entwickelte hingegen eine Halbleiterlaserdiode mit einer Wellenlänge von 342 Nanometern [2]. Damit erzeugt sie im Vergleich zu baugleichen Geräten die bislang kürzesten Wellenlängen. Zudem enthält das optisch aktive Medium des Lasers kein Indium, das zwar die Effizienz einer solchen ultravioletten Laserdiode verbessert, aber den Betrieb bei längeren Wellenlängen begrenzt, heben die Wissenschaftler hervor.

Die neu entwickelte Laserdiode arbeitet bei Raumtemperatur und hat eine Leistung im Milliwattbereich. Sie könnte sich für die nächste Generation von optischen Speichersystemen eignen, etwa dem Nachfolger der heutigen Blu-Ray Disc, aber auch für chemische Analysen oder die Materialbearbeitung. (mp)
30.07.2008

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 30.07.2008

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