Laserstrahlen können sich auf Knopfdruck gegenseitig auslöschen - Neues Schaltelement für photonische Lichtchips möglich

Der Anti-Laser

New Haven (USA) - Schall und Antischall löschen sich heute in modernen Kopfhörern bereits erfolgreich aus. Ein entsprechendes Experiment mit Laserlicht gelang nun erstmals in einem Labor der Yale University in New Haven. Der Schlüssel zur perfekten Auslöschung eines Laserstrahls liegt dabei in einem Anti-Laser. Wie die Physiker um Hui Cao in der Zeitschrift "Science" berichten, könnte ein solches Konstrukt zu vielen neuen Anwendungen in der Optik führen, bis hin zur besseren Datenverarbeitung in den Lichtchips der Zukunft.

Als einen "perfekten kohärenten Absorber" bezeichneten Cao und Kollegen ihren Anti-Laser, da er Laserlicht ausgewählter Wellenlängen zu fast 100 Prozent auslöschen kann. Genau diese Eigenschaft hebt den Anti-Laser von einfachen, oft tiefschwarzen Lichtbarrieren ab, die alle Wellenlängen des einfallenden Lichts schon gut, aber meist nur unvollständig absorbieren können. Da der Anti-Laser eine exakte Justage für die Lichtintensität und die Schwingungsphase der Lichtwelle benötigte, ließ sich das Maß der Absorption zusätzlich quasi per Knopfdruck regeln.

In ihren Experimenten nutzten die Forscher das infrarote Licht eines Titan-Saphir-Lasers. Dieses spalteten sie in zwei Strahlen auf und lenkten sie von zwei entgegensetzten Seiten auf einen Silizium-Wafer. In der etwa 110 Mikrometer dünnen Siliziumschicht trafen die völlig im Gleichschritt schwingenden Lichtwellen so aufeinander, dass sie sich zu 99,4 Prozent gegenseitig auslöschten. Die im Licht enthaltene Energie wurde dabei im Wesentlichen als Wärme auf die Siliziumscheibe übertragen. "Ich bin zuversichtlich, dass wir das theoretische Limit von 99,999 Prozent mit ausgereifteren Absorbern erreichen werden", sagt Douglas Stone, der ebenfalls an den Experimenten beteiligte war.

Da dieses erste Experiment nur die Machbarkeit von Anti-Lasern demonstrieren sollte, könnte bald auch mit perfekten Absorbern für das sichtbare Lichtspektrum gerechnet werden. Gelingt dieser Schritt, steht für die Entwicklung beispielsweise von extrem schnellen, optischen Schaltkreisen ein neues Modul zur Steuerung der datentragenden Lichtpulse zur Verfügung.

Dieser Anti-Laser ist nicht zu verwechseln mit dem Rückwärts-Laser, den Physiker von der Princeton University vor wenigen Wochen präsentierten. Ihr Kunststück bestand nicht darin, Laserlicht auszulöschen, sondern Licht gezielt außerhalb eines klassischen Laser in einem kleinen Luftbereich zu erzeugen. Da solch eine Laserquelle an einem fast beliebigen Ort erzeugt und die Strahlen konzentriert in eine Richtung emittiert werden, sind Anwendungen für sehr viel empfindlichere Sprengstoffdetektoren oder Analysegeräte für Gase möglich.