Neues Konzept zur Entwicklung von Röntgenlasern

Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, Laser mit immer kürzeren Wellenlängen zu erzeugen. Denn je kürzer die Wellenlänge, desto kleiner sind die Strukturen, die man mit solchen Lichtquellen untersuchen und auch erzeugen kann. Bei einem Kongress in Berlin-Adlershof werden sich in der kommenden Woche international führende Forscher treffen, um über Röntgenlaser zu diskutieren und neue Konzepte vorzustellen. Ausrichter ist das Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI), das selbst eine Pionierrolle auf dem Gebiet dieser kurzwelligen Lichtquellen einnimmt.

"Erstmalig soll bei uns ein solch kurzwellig strahlender Laser aufgebaut werden, der von einem neuartigen diodengepumpten Festkörperlaser angeregt wird", sagt Dr. Peter-Viktor Nickles vom MBI. Bislang nutzen die Labore herkömmliche Festkörperlaser, um die Röntgenlaser mit der benötigten Lichtenergie zu versorgen ("pumpen"). Diese Laser besitzen jedoch bisher eine begrenzte Stabilität, die dazu führt, dass Messungen zu ungenau werden. "Vor allem bei der Summierung von Messwerten und der Mittelung entstehen ,verschmierte' Mess-Signale", erläutert Nickles. Diodenbetriebene Laser dagegen seien als Pumplaser weitaus stabiler und führten daher zu genaueren Messergebnissen auch bei sich schnell wiederholenden Lichtblitzen, im Fachjargon hohe Repetitionsraten genannt.

Das Konzept, einen Röntgenlaser auf der Basis von diodengepumpten Festkörperlasern zu entwickeln sei völlig neu, sagt Nickles. Angestrebt sind erstmalig Repetitionsraten von vorerst bis zu 100 Hertz. "Das geht nur mit Diodenbarren", sagt Nickles. Der Aufbau, geplant bis Ende 2007, stelle einen "Meilenstein in der Entwicklung von Röntgenlasern dar". Die Investitionsbank Berlin unterstützt das MBI-Projekt über das Programm zur Förderung von Forschung, Innovationen und Technologien (ProFIT). Beteiligt ist auch das benachbarte Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), von dem die speziellen Diodenbarren kommen. Diese Diodenlaser basieren auf neuen Ansätzen für die Schichtstrukturen (Epitaxie) und der lateralen Strukturierung. Die hochbrillanten und effizienten Diodenlaser emittieren im Wellenlängenbereich um 935 Nanometer und erlauben eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Strahlformung.

Einer der ganz großen Vorteile eines solchen Apparats ist neben dem kurzwelligen Licht seine vergleichsweise geringe Größe. Überdies ist eine relativ geringe Pumplaserenergie erforderlich. Die Fläche mehrerer Schreibtische soll ausreichen, um einen Röntgenlaser aufzubauen. Damit kann die intensive kurzwellige Lichtquelle auch in anderen Labors aufgebaut werden und wird für industrielle Anwendungen interessant. Ihre Flexibilität und Verbreitungsmöglichkeit macht sie zu einer interessanten Komplementärquelle zu den so genannten kurzwelligen Freien Elektronen Lasern (FEL), die als einzelne Großanlagen auf der Basis von Teilchenbeschleunigern arbeiten.

Quelle: idw / Forschungsverbund Berlin