Optischer Traktorstrahl für Submillimeterobjekte

Optische Traktorstrahlen ermöglichen es, Objekte kontaktfrei nur mittels eines Lichtstrahls in verschiedene Richtungen zu bewegen. Forscher um Vladlen Shvedov von der Australian National University in Canberra bewegten kleine Glaskörper bis zu zwanzig Zentimeter weit in und gegen Laufrichtung eines hohlzylindrischen Laserstrahls. Das neue Funktionsprinzip beziehe neben Licht und Objekt auch die Gasatmosphäre in den Lenkvorgang ein, so die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“.

Shvedov und sein Team verwendeten hohle Glasmurmeln, die circa einen Fünftel Millimeter maßen und mit Gold beschichtet waren. Die Forscher erhitzen mit einem die Murmeln röhrenförmig umschließenden Laserstrahl je ausgewählte Stellen der Kugeloberfläche. Die asymmetrische Temperaturverteilung übertrug sich auf die umgebende Laboratmosphäre, deren Gasteilchen nun stärker an den erhitzten Punkt stießen. Die Murmel erfuhr dadurch einen Rückstoß und bewegte sich so bis zu zwanzig Zentimeter weit in und gegen Strahlrichtung durch die Luft im Labor. Um die Position des „Hotspots“ zu kontrollieren – und damit die Bewegungsrichtung –, veränderten die Wissenschaftler die Schwingungsrichtung des Lichtfeldes – also die Polarisation. „Wir können graduell von einer Polarisation zu einer anderen wechseln und den Partikel auf diese Weise stoppen oder die Richtung nach Belieben ändern“, erklärt der Koautor Cyril Hnatovsky, ebenfalls von der Australian National University.

Während frühere Umsetzungen des Lasertraktorstrahls, bei denen ausschließlich die Stöße der Photonen das Objekt lenken, nur rund ein Hundertstel der Distanz überbrückten, hätte Shedov die Kugeln leicht noch weiter transportieren können: „Weil Laser die Qualität ihres Strahls auf lange Distanzen bewahren, könnte das auch über mehrere Meter funktionieren. Unser Labor war nur einfach nicht groß genug, um das zu demonstrieren.“