Himmlische Laser-Lichtfasern für Messung der Atmosphäre

TU Wien

Eine Kooperation der TU Wien mit Forschungsteams aus Moskau hat einen neuen Laser zur chemischen Untersuchung der Atmosphäre entwickelt.

Es sieht ein wenig aus wie ein Lichtschwert aus einem Star-Wars-Film: Wenn ein extrem intensiver Laserpuls durch die Luft geschickt wird, dann kann er sich selbst fokussieren und eine dünne Lichtfaser erzeugen. Werden solche Licht-Filamente in den Himmel geschickt, dann kann das zurückgestreute Licht analysiert und Schadstoffe in der Luft untersucht werden.
Nötig dafür sind allerdings Laser im mittleren Infrarotbereich. Mit solchen Lasern ist es sehr schwierig, die kritische Intensität zur Herstellung einer Lichtfaser zu erreichen, bisher war das nur in Hochdruck-Gasröhren möglich. Einem österreichisch-russischen Team ist es nun gelungen, einen so starken Mid-Infrarot-Laser herzustellen, der ein Laser-Filament in der Luft unter gewöhnlichen atmosphärischen Bedingungen erzeugt.

Der Laser aus Luft
Im Labor konnte das Team zeigen, dass der Infrarot-Laser mit Stickstoffatomen derart wechselwirken kann, dass nicht bloß ein leuchtendes Plasma-Filament entsteht, sondern das Filament selbst zu einem Laser wird, der direkt zurück zur Infrarot-Laserquelle leuchtet.
„Wenn es uns gelingt, diesen Effekt in einem Filament in der Atmosphäre hervorzurufen, könnten wir einen Laser am Himmel erzeugen. Wir hätten dann zwei Laserstrahlen, die sich entlang derselben Achse in beide Richtungen ausbreiten – einer, den wir nach oben schießen, und ein zweiter, der von der Luft selbst zurück auf die Erde gefeuert wird“, sagt Audrius Pugzlys, Experte am Institut für Photonik der TU Wien.
„Wenn die Moleküle dazwischen von zwei verschiedenen Lasern gleichzeitig getroffen werden, kann man sie über nichtlineare Streuprozesse sehr präzise untersuchen,“ ergänzt Pugzlys. Das Mid-Infrarot-Filament könnte verwendet werden um die Konzentration von Schadstoffen in der Luft zu messen oder um aus der Ferne schädliche Substanzen nach einem Chemie-Unfall nachzuweisen.