News

Zufallslaser: Bald im Blutkreislauf?

In der Laserphysik reift eine neue Generation von winzigen Mikrolasern heran, die in Form von kleinen Kügelchen Anwendung in Medizin und Technik finden könnten. In einer Publikation der Zeitschrift "Science" untersuchte eine Gruppe von WissenschafterInnen mit Beteiligung der Technischen Universität (TU) Wien Eigenschaften und Theorie dieser Laser. Die Ergebnisse erklären im Vorfeld durchgeführte Messungen und erhöhen die Vorhersagekraft von theoretischen Modellen für die Mikrolaser.

Ein Zufallslaser wir von oben bestrahlt und sendet in zufällige Richtung Laserlicht aus. By Robert Tandy & Science Magazine zur Verwendung unter Angabe der Quelle

Ein Zufallslaser wir von oben bestrahlt und sendet in zufällige Richtung Laserlicht aus. By Robert Tandy & Science Magazine zur Verwendung unter Angabe der Quelle

Ein Zufallslaser wir von oben bestrahlt und sendet in zufällige Richtung Laserlicht aus. By Robert Tandy & Science Magazine zur Verwendung unter Angabe der Quelle

Ein Zufallslaser wir von oben bestrahlt und sendet in zufällige Richtung Laserlicht aus. By Robert Tandy & Science Magazine zur Verwendung unter Angabe der Quelle

Autoren der Publikation: Hakan E. Türeci (l. oben, ETH Zürich), Li Ge (r. oben, Yale), Stefan Rotter (l. unten, TU-Wien/Yale), A. Douglas Stone (r. unten, Yale)

Autoren der Publikation: Hakan E. Türeci (l. oben, ETH Zürich), Li Ge (r. oben, Yale), Stefan Rotter (l. unten, TU-Wien/Yale), A. Douglas Stone (r. unten, Yale)

Autoren der Publikation: Hakan E. Türeci (l. oben, ETH Zürich), Li Ge (r. oben, Yale), Stefan Rotter (l. unten, TU-Wien/Yale), A. Douglas Stone (r. unten, Yale)

Autoren der Publikation: Hakan E. Türeci (l. oben, ETH Zürich), Li Ge (r. oben, Yale), Stefan Rotter (l. unten, TU-Wien/Yale), A. Douglas Stone (r. unten, Yale)

Wien (TU). – Der sogenannte Zufallslaser beinhaltet das Wort Zufall, das sich auf die chaotische oder zufällige Streuung des Lichtes und damit auf das Zustandekommen seiner Leuchtkraft bezieht. Bei konventionellen Lasern wird Licht zwischen zwei Spiegeln eingesperrt, um es dort durch Energiezufuhr von außen zu verstärken. Erst wenn dieser Verstärkungsprozess effizient genug ist, wird die Laserschwelle überschritten und der Laser beginnt zu leuchten. Vor wenigen Jahren wurden nun die winzig kleinen Mikro-Zufallslaser erfolgreich entwickelt. „Zufallslaser sind kleine Kügelchen mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern. Licht wird hier nicht durch Spiegel eingeschlossen, sondern der Einfangprozess der Photonen erfolgt über die Zufallsstreuung. In das Medium werden viele Störstellen eingebaut. Wenn das Licht auf eine Störstelle trifft, wird es in irgendeine zufällige Richtung abgelenkt. Auf diese Weise kommt das Licht nicht sofort aus dem Medium raus, sondern erreicht durch den chaotischen Streuungsprozess die Schwelle ab der das Kügelchen Laserlicht aussendet“, erklärt Universitätsassistent Stefan Rotter vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien.

Während seiner zweijährigen Forschungstätigkeit an der Yale Universität untersuchte Rotter mit seinen KollegInnen einige interessante Eigenschaften der Zufallslaser. „Es gibt viele Vorstellungen, wofür man diese Mikrolaser einmal einsetzen könnte. Beispielsweise in der Medizin, indem man die Kügelchen in Blutbahnen einschleust und sie anschließend wieder zum Leuchten bringt. Für die nicht sichtbare Kennzeichnung von Papier würden sich Zufallslaser ebenfalls gut eignen. Ein Vorteil ist jedenfalls, dass sie sehr billig herzustellen sind“, so Rotter.

Konventionelle Lasertheorien versuchen die Physik eines Lasers über seine Resonanzzustände zu beschreiben. Diese Theorien funktionieren bei Zufallslasern allerdings nicht, da es durch die chaotische Streuung zu viele Resonanzzustände gibt. Sie alle liegen eng beieinander und können nicht mehr unabhängig voneinander betrachtet werden. Rotter und seine ForscherkollegInnen in den USA und der Schweiz haben versucht die bestehenden Theorien dahingehend zu verbessern, dass sie auch auf Zufallslaser angewandt werden können. Gezeigt hat sich unter anderem, dass die Resonanzzustände überlappen und eine sehr starke Wechselwirkung miteinander haben. Rotter: „In Experimenten hat man festgestellt, dass Zufallslaser zwar immer ungefähr mit der gleichen Frequenz leuchten, dafür aber mit unterschiedlicher Intensität. Diese Tatsache wird durch unser Paper mit dem Titel: ‚Strong interactions in multimode random lasers’ nun erklärt.“ Diese Arbeit auf dem Gebiet der Zufallslaser berücksichtigt die Eigenschaften von vielen überlappenden Resonanzen und wird helfen, um anhand theoretischer Modelle zukünftige experimentelle Messungen mit Mikrolasern vorhersagen und interpretieren zu können.
Link: http://dollywood.itp.tuwien.ac.at/~rotter/science.html

Fotodownload: https://www.tuwien.ac.at/index.php?id=7294

Rückfragehinweis:
Univ.Ass. Dipl.-Ing. Dr. Stefan Rotter
Institut für Theoretische Physik      
Technische Universität Wien
Wiedner-Haupstr. 8-10 // 136, 1040 Wien
T +43/1/58801 - 13618
F +43/1/58801 - 13699
E stefan.rotter@tuwien.ac.at

Aussender:
Mag. Daniela Hallegger
TU Wien - PR und Kommunikation
Karlsplatz 13/E011, A-1040 Wien
T +43-1-58801-41027
F +43-1-58801-41093
E daniela.hallegger@tuwien.ac.at
http://www.tuwien.ac.at/pr