Ultrakurze Laserpulse sind ein Forschungsgebiet, auf dem die TU Wien seit Jahren höchstes internationales Ansehen genießt. Am Institut für Photonik an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik gelang es immer wieder, die Lasertechnik weiterzuentwickeln und neue Einblicke in die Wechselwirkung von Licht und Materie zu erhalten. Dieser Forschungsbereich wird vom European Research Council nun zusätzlich gestärkt: Professor Andrius Baltuska erhält ein „ERC Starting Grant“ für sein Projekt, in dem er eine Methode entwickeln will, ultrakurze Laserpulse maßzuschneidern und ihnen die gewünschte Form zu geben. Dazu müssen Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlängen überlagert werden – mit einer Präzision im Bereich von Milliardsteln einer Milliardstelsekunde.

Komplizierte Wellenformen

Wie sich Wellen überlagern, kennen wir aus der Akustik: Wenn verschiedene Musikinstrumente denselben Ton spielen, produzieren sie Schallwellen mit derselben Grundwellenlänge. Trotzdem klingen sie alle anders. Das liegt daran, dass jedes Musikinstrument zusätzlich zum Grundton auch noch höhere Frequenzen mitliefert. Es werden also gleichzeitig mehrere Schallwellen mit unterschiedlicher Tonhöhe produziert, die sich zu einer Gesamtwelle mit komplizierterer Wellenform zusammenfügen – und unser Gehirn nimmt die unterschiedlichen Wellenformen als unterschiedliche Klangfarben wahr.

Unvorstellbar kurze Zeitskalen

Etwas Ähnliches soll nun mit den Lichtwellen von kurzen Laserpulsen gemacht werden: „Wenn es gelingt, Lichtpulse unterschiedlicher Wellenlängen präzise kontrolliert zu überlagern, kann man maßgeschneiderte Wellenformen erzeugen“, ist Andrius Baltuska zuversichtlich. Die Zeitskala, um die es hier geht, ist unvorstellbar klein: Die Dauer der Lichtpulse bewegt sich im Attosekundenbereich. Eine Attosekunde (10^-18 Sekunden) ist ein Milliardstel einer Milliardstelsekunde. Sie verhält sich zu einer Sekunde etwa so, wie eine Sekunde zum Alter des Universums. Mit Begriffen aus unserer Alltagserfahrung lässt sich eine Attosekunde kaum veranschaulichen. Selbst ein Überschall-Flugzeug legt in einer Attosekunde nicht einmal den Weg zurück, der dem Durchmesser eines Atomkerns entspricht. Allerdings laufen viele Prozesse auf Ebene der Atome und Moleküle auf solchen winzig kleinen Zeitskalen ab – und um das zu erforschen, sind ultrakurze Laserpulse heute ein unverzichtbares Werkzeug.

Wellenpulse maßschneidern

In den letzten Jahren hat sich das Gebiet der Attosekunden-Forschung rasant entwickelt. Verschiedene Forschungsgruppen auf der ganzen Welt sind heute in der Lage, mit solchen extrem kurzen Laserpulsen zu arbeiten. „Die Laserpulse maßzuschneidern und gezielt zu formen, ist nun der logische nächste Schritt“, meint Andrius Baltuska. „Mit unseren Geräten und dem Know-How, das wir in unserer Arbeitsgruppe aufgebaut haben, sind wir in der hervorragenden Position, dieses neue Gebiet als erste zu beschreiten“, ist Baltuska zuversichtlich. Erste Vorversuche am Institut für Photonik gab es bereits – im Prinzip sollte das maßgeschneiderte Formen der Lichtpulse möglich sein. Durch die finanzielle Unterstützung des ERC-Grants können die Ideen nun tatsächlich umgesetzt werden. Mit kurzen Laserpulsen lassen sich Elektronen aus Atomen herausreißen. Das Elektron kann dann wieder zum Atom zurückkehren und die aufgenommene Energie in Form eines noch kürzeren Laserpulses wieder abgeben. „Solche Vorgänge wollen wir entscheidend verbessern, indem wir die Form der Laserpulse speziell dafür optimieren“, hofft Andrius Baltuska.

Webseite der Photonik-Gruppe an der TU Wien: www.photonik.tuwien.ac.at, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Kontakt

Prof. Andrius Baltuska
Institut für Photonik
Gusshausstraße 25-29, 1040 Wien
Telefon: +43 1 58801 38749
E-Mail: andrius.baltuska@tuwien.ac.at

Aussender

Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
Telefon: +43 1 58801 41027
E-Mail: florian.aigner@tuwien.ac.at